BR112019013078B1 - Método e sistema para sintetizar combustível a partir de fonte de dióxido de carbono diluído - Google Patents
Método e sistema para sintetizar combustível a partir de fonte de dióxido de carbono diluído Download PDFInfo
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Abstract
um método para produzir um combustível sintético a partir de hidrogênio e dióxido de carbono compreende extrair moléculas de hidrogênio a partir de compostos de hidrogênio em um insumo de hidrogênio para produzir um fluxo de fluido contendo hidrogênio; extrair moléculas de dióxido de carbono a partir de uma mistura gasosa diluída em um insumo de dióxido de carbono para produzir um fluxo de fluido contendo dióxido de carbono; e processar os fluxos de fluido contendo dióxido de carbono e hidrogênio para produzir um combustível sintético. pelo menos um pouco de energia térmica e/ou material usado para pelo menos uma das etapas de extrair moléculas de hidrogênio, extrair moléculas de dióxido de carbono e processar os fluxos de fluido contendo dióxido de carbono e hidrogênio é obtida da energia térmica e/ou material produzido por outra das etapas de extrair moléculas de hidrogênio, extrair moléculas de dióxido de carbono e processar os fluxos de fluido contendo dióxido de carbono e hidrogênio.
Description
[0001] A presente revelação refere-se em geral a um método e a um sistema para sintetizar um combustível a partir de uma fonte de dióxido de carbono diluído (CO2) .
[0002] O incentivo global para reduzir as emissões de CO2 está ganhando impulso. Entretanto, reduções de emissões no setor de transporte foram reconhecidas como sendo particularmente desafiadoras e caras. A vasta maioria de veículos, incluindo automóveis, navios, aviões e trens, queimam combustíveis de hidrocarboneto de densidade de energia alta, e aproximadamente $50 trilhão de infraestrutura existe globalmente para produzir, distribuir e consumir esses combustíveis.
[0003] A síntese direta de combustíveis de hidrocarboneto líquido apresenta uma abordagem promissora para reduzir as emissões de CO2. Também conhecido como “síntese de combustível”, “combustíveis de síntese”, ou “combustíveis solares”, métodos conhecidos de síntese de combustível envolvem reagir uma fonte de carbono (como CO2) com uma fonte de hidrogênio para formar moléculas de hidrocarboneto. É um objetivo de essa revelação fornecer um método e um sistema novos para sintetizar combustível a partir de uma fonte de CO2 diluída.
[0004] De acordo com um aspecto da revelação, é fornecido um método para produzir um combustível sintético a partir de hidrogênio e dióxido de carbono. O método compreende: extrair moléculas de hidrogênio a partir de insumo de hidrogênio para produzir um fluxo de alimentação contendo hidrogênio; extrair moléculas de dióxido de carbono a partir de uma mistura gasosa diluída em um insumo de dióxido de carbono para produzir um fluxo de alimentação contendo dióxido de carbono; e processar os fluxos de alimentação contendo hidrogênio e dióxido de carbono para produzir um combustível sintético. Em alguns aspectos, pelo menos parte de material usado em pelo menos uma das etapas acima é obtida a partir do material produzido em outra das etapas. Alternativa ou adicionalmente, pelo menos parte de energia usada para pelo menos uma das etapas pode ser obtida de energia produzida por outra das etapas.
[0005] Nas etapas de extrair moléculas de hidrogênio e extrair dióxido de carbono, o insumo de hidrogênio pode ser água e a mistura gasosa diluída pode ser ar, respectivamente.
[0006] Em outro aspecto da revelação, o material produzido pode incluir água produzida durante a etapa de extrair moléculas de dióxido de carbono ou a etapa de processar os fluxos de alimentação contendo hidrogênio e dióxido de carbono, e pelo menos parte de água é usado para pelo menos parte do insumo de hidrogênio. A água produzida pode ser vapor. Em particular, a etapa de extrair moléculas de dióxido de carbono pode compreender: colocar a mistura gasosa diluída em contato com uma solução de captura de dióxido de carbono; precipitar pelo menos parte do dióxido de carbono capturado em sólidos de CaCO3; calcinar os sólidos de CaCO3 para produzir um fluxo de gás de produto de calcinador; e extrair água a partir do fluxo de gás de produto de calcinador para produzir pelo menos parte da água produzida. Além disso, a etapa de processar os fluxos de alimentação contendo hidrogênio e dióxido de carbono pode compreender combinar e aquecer os fluxos de alimentação contendo hidrogênio e dióxido de carbono, produzir um fluxo de gás de síntese e extrair água a partir do fluxo de gás de síntese para produzir pelo menos parte da água produzida. A etapa de extrair moléculas de dióxido de carbono também pode compreender alimentar pelo menos uma porção do fluxo de gás de produto de calcinador para uma célula de eletrolisador de óxido sólido usada na etapa de extrair moléculas de hidrogênio.
[0007] A etapa de extrair moléculas de dióxido de carbono também pode compreender usar um slaker, em que o material produzido pode incluir água produzida durante a etapa de processar os fluxos de alimentação contendo hidrogênio e dióxido de carbono e pelo menos parte da água produzida é usada pelo slaker.
[0008] Em outro aspecto da revelação, o material produzido pode incluir moléculas de oxigênio produzidas durante a etapa de extrair moléculas de hidrogênio, e o método pode compreender queimar um combustível usando pelo menos uma porção das moléculas de oxigênio produzidas durante pelo menos uma das etapas de extrair moléculas de dióxido de carbono e processar os fluxos de alimentação contendo hidrogênio e dióxido de carbono.
[0009] Em um aspecto adicional da revelação, a combustão de pelo menos uma porção das moléculas de oxigênio produzidas e o combustível pode produzir calor para produzir um fluxo de gás de produto de calcinador durante a etapa de extrair moléculas de dióxido de carbono. Alternativa ou adicionalmente, o calor pode ser usado para produzir um fluxo de gás de síntese durante a etapa de processar os fluxos de alimentação contendo hidrogênio e dióxido de carbono.
[00010] Ainda em outro aspecto da revelação, o método pode compreender ainda regenerar uma solução de captura aquosa rica em dióxido de carbono durante a etapa de extrair moléculas de dióxido de carbono usando pelo menos uma porção das moléculas de oxigênio produzidas e um combustível. O combustível pode ser um combustível produzido.
[00011] O material produzido pode incluir um combustível produzido durante a etapa de processar os fluxos de alimentação contendo hidrogênio e dióxido de carbono, e o método pode compreender ainda a combustão de pelo menos uma porção do combustível produzido durante pelo menos uma das etapas de extrair moléculas de dióxido de carbono e processar os fluxos de alimentação contendo hidrogênio e dióxido de carbono.
[00012] Em outro aspecto da revelação, pelo menos parte de energia para executar as etapas de extrair molecular de hidrogênio, extrair moléculas de dióxido de carbono e processar os fluxos de alimentação contendo hidrogênio e dióxido de carbono pode ser fornecida por uma fonte de eletricidade.
[00013] Em um aspecto adicional da revelação, a etapa de extrair moléculas de dióxido de carbono pode compreender operar um calcinador para produzir o fluxo de alimentação contendo dióxido de carbono e em que a etapa de processar os fluxos de alimentação contendo hidrogênio e dióxido de carbono compreende operar uma unidade de reator de geração de gás de síntese (SGR) em uma pressão selecionada para permitir que a unidade SGR receba o fluxo de alimentação contendo dióxido de carbono a partir do calcinador sem ser substancialmente resfriado e comprimido entre o calcinador e a unidade SGR. A unidade SGR pode ser operada em uma pressão entre 1 e 10 bar e o fluxo de alimentação contendo dióxido de carbono recebido pode ter uma temperatura entre 850-900°C.
[00014] Ainda em outro aspecto da revelação, o método pode compreender ainda alimentar o fluxo de alimentação contendo dióxido de carbono e um ou mais fluxos de alimentação de reagente para a unidade SGR. Um ou mais fluxos de alimentação de reagente podem compreender pelo menos um de um fluxo de alimentação de reagente de hidrogênio, um fluxo de alimentação de reagente CH4, um fluxo de alimentação de reagente de água ou um fluxo de alimentação de reagente de hidrocarboneto de extremidade leve Fischer-Tropsch. A unidade SGR pode ser operada para produzir um fluxo de produto de gás de síntese por uma ou mais de uma reação de mudança de água-gás reversa (RWGS), uma reação de reforma de metano vapor (SMR) e uma reação de reforma de metano seca (DMR).
[00015] Em outro aspecto da revelação, o fluxo de produto de gás de síntese pode ser tratado para produzir um ou mais fluxos de reciclagem que fornecem reagente à unidade SGR. Pelo menos um ou mais dos fluxos de reciclagem e os fluxos de alimentação de reagente podem ser eletricamente aquecidos.
[00016] Ainda em outro aspecto da revelação, o método pode compreender ainda aquecer a unidade SGR com energia térmica produzida por eletricidade. Alternativamente, a unidade SGR pode ser aquecida com energia térmica produzida por queimar um oxidante e um combustível compreendendo pelo menos um entre hidrogênio a partir do fluxo de alimentação contendo hidrogênio, gás natural ou um hidrocarboneto de extremidade leve Fisher Tropsch.
[00017] A etapa de extrair moléculas de dióxido de carbono pode compreender aquecer o calcinador com energia térmica produzida por queimar um oxidante e um combustível compreendendo pelo menos um entre hidrogênio a partir do fluxo contendo hidrogênio, gás natural, ou hidrocarbonetos de extremidade leve Fischer Tropsch.
[00018] Em outro aspecto da revelação, a etapa de extrair moléculas de hidrogênio pode compreender ainda produzir um fluxo contendo oxigênio, pelo menos parte do qual é usado como oxidante por um ou ambos entre a unidade SGR e o calcinador.
[00019] Ainda em outro aspecto da revelação, um fluxo de material de CaCO3 pode ser aquecido e usado na extração de moléculas de dióxido de carbono com energia térmica a partir de um fluxo de produto de gás de síntese a partir da unidade SGR. O fluxo de material de CaCO3 pode ser colocado diretamente em contato com o fluxo de produto de gás de síntese e operando o SGR em um modo RWGS, com um ou mais de um modo SMR, um modo DMR ou uma combinação dos mesmos.
[00020] Em outro aspecto da revelação, o método pode compreender ainda aquecer o calcinador com energia térmica produzida por eletricidade.
[00021] A etapa de extrair moléculas de dióxido de carbono pode compreender ainda calcinar material de CaCO3 em um recipiente de reator de leito fluidizado do calcinador e descarregar um fluxo de sólidos de CaO quente a partir do calcinador.
[00022] O material de CaCO3 pode ser pré-aquecido antes da entrada no calcinador com energia térmica a partir de um fluxo de gás de produto de calcinador. Em outro aspecto da revelação, o método pode compreender extrair água a partir do fluxo de gás de produto de calcinador, ferver a água extraída para produzir vapor a seguir fluidificar o recipiente de reator de leito fluidizado com o vapor.
[00023] A etapa de processar os fluxos de alimentação contendo dióxido de carbono e hidrogênio pode compreender operar uma unidade SGR, e o método pode compreender ainda pré-aquecer um ou mais fluxos de alimentação de reagente SGR antes de alimentar para a unidade SGR, com energia térmica a partir de um fluxo de produto de gás de síntese descarregado da unidade SGR. Os fluxos de alimentação de reagente SGR podem compreender pelo menos um de um fluxo de alimentação de reagente de dióxido de carbono, um fluxo de alimentação de reagente de hidrogênio, um fluxo de alimentação de reagente CH4, um fluxo de alimentação de reagente de água, ou um fluxo de alimentação de reagente de hidrocarboneto de extremidade leve Fischer Tropsch, em que o fluxo de alimentação de reagente de dióxido de carbono inclui pelo menos parte do fluxo de alimentação de dióxido de carbono, e o fluxo de alimentação de reagente de hidrogênio compreende pelo menos parte do fluxo de alimentação contendo hidrogênio.
[00024] Em um aspecto adicional da revelação, o método pode compreender queimar um oxidante e um combustível em um queimador SGR da unidade SGR e produzir um fluxo de descarga de queimador quente, a seguir aquecer pelo menos um de um fluxo de alimentação de oxidante do queimador SGR e um fluxo de alimentação de reagente de água para a unidade SGR, usando energia térmica a partir do fluxo de descarga de queimador quente.
[00025] Em outro aspecto da revelação, pelo menos uma porção da energia usada para extrair as moléculas de hidrogênio, extrair as moléculas de dióxido de carbono e processar os fluxos de alimentação contendo hidrogênio e dióxido de carbono é eletricidade fornecida por uma fonte de energia externa.
[00026] Ainda em outro aspecto da revelação, pelo menos parte de energia é energia térmica usada pelo menos em uma das etapas de extrair moléculas de hidrogênio, extrair moléculas de dióxido de carbono e processar os fluxos de alimentação contendo hidrogênio e dióxido de carbono.
[00027] Pelo menos parte da energia térmica usada no processamento dos fluxos de alimentação contendo hidrogênio e dióxido de carbono pode ser produzida durante uma operação de calcinação na extração de moléculas de dióxido de carbono e a energia térmica produzida pode ser transferida pelo fluxo de alimentação contendo dióxido de carbono.
[00028] Em um aspecto adicional da revelação, moléculas de oxigênio podem ser produzidas durante a etapa de extrair moléculas de hidrogênio, e o método pode compreender ainda aquecer as moléculas de oxigênio pela energia térmica produzida durante a etapa de extrair moléculas de dióxido de carbono.
[00029] Na etapa de extrair moléculas de dióxido de carbono, as moléculas de oxigênio aquecidas e um combustível podem ser queimados em uma operação de combustão. A operação de combustão pode fornecer calor para um calcinador e um pouco de energia térmica a partir do material de óxido de cálcio produzido no calcinador pode ser usado para aquecer as moléculas de oxigênio.
[00030] Em outro aspecto da revelação o método compreende destilar e refinar o combustível sintético, e pelo menos parte da energia térmica produzida durante a etapa de extrair moléculas de dióxido de carbono pode ser usada durante a destilação e refino do combustível sintético ou usada para gerar energia.
[00031] Ainda em outro aspecto da revelação, o insumo de hidrogênio pode compreender água e o método pode compreender ainda aquecer pelo menos uma porção da água usando pelo menos uma porção da energia térmica produzida durante a etapa de extrair moléculas de dióxido de carbono. Pelo menos parte da água aquecida pode ser produzida durante a etapa de extrair moléculas de dióxido de carbono.
[00032] O método pode compreender ainda aquecer um fluxo de material produzido durante a etapa de extrair moléculas de dióxido de carbono usando pelo menos parte da energia térmica produzida durante a etapa de processar os fluxos de alimentação contendo hidrogênio e dióxido de carbono.
[00033] Em outro aspecto da revelação, o método pode compreender ainda pré-aquecer um fluxo de material que flui para dentro de uma unidade SGR durante a etapa de processar os fluxos de alimentação contendo hidrogênio e dióxido de carbono, e usar energia térmica produzida pela unidade SGR.
[00034] Em outro aspecto da revelação, o método compreende ainda regenerar um sorvente usado durante a etapa de extrair moléculas de dióxido de carbono usando energia térmica produzida durante a etapa de processar os fluxos de alimentação contendo hidrogênio e dióxido de carbono.
[00035] De acordo com um aspecto da revelação, um sistema é fornecido para produzir um combustível sintético a partir de hidrogênio e dióxido de carbono, compreendendo: um subsistema de produção de hidrogênio configurado para extrair moléculas de hidrogênio a partir dos compostos de hidrogênio em um insumo de hidrogênio para produzir um fluxo de alimentação contendo hidrogênio; um subsistema de captura de dióxido de carbono configurado para extrair moléculas de dióxido de carbono a partir de uma mistura gasosa diluída em um insumo de dióxido de carbono para produzir um fluxo de alimentação contendo dióxido de carbono; e um subsistema de produção de combustível sintético configurado para processar os fluxos de alimentação contendo hidrogênio e dióxido de carbono para produzir um combustível sintético. Em alguns aspectos, pelo menos um dos subsistemas é fisicamente acoplado a pelo menos outro dos subsistemas por um acoplamento de transferência de material para transferir pelo menos parte de material produzido em um subsistema para pelo menos outro dos subsistemas para uso no mesmo. Alternativa ou adicionalmente, pelo menos um dos subsistemas pode ser termicamente acoplado a pelo menos outro dos subsistemas, de modo que pelo menos parte da energia térmica produzida por um subsistema é transferível para pelo menos outro dos subsistemas.
[00036] O insumo de hidrogênio pode ser água, o subsistema de produção de hidrogênio pode compreender um eletrolisador, e o acoplamento de transferência de material pode compreender um conduto de oxidante acoplando de modo fluido o eletrolisador com o subsistema de captura de dióxido de carbono ou o subsistema de produção de combustível sintético, de modo que moléculas de oxigênio produzidas pelo eletrolisador sejam transferíveis através do conduto de oxidante para o subsistema de captura de dióxido de carbono ou o subsistema de produção de combustível sintético para uso em uma operação de combustão.
[00037] O subsistema de captura de dióxido de carbono pode compreender um aquecedor calcinador acoplado ao conduto oxidante de modo que pelo menos parte das moléculas de oxigênio é usado em uma operação de combustão no aquecedor calcinador. O subsistema de produção de combustível sintético pode compreender um aquecedor SGR acoplado de modo fluido ao conduto de oxidante de modo que pelo menos parte das moléculas de oxigênio é usado em uma operação de combustão no aquecedor SGR.
[00038] Em outro aspecto da revelação, o acoplamento de transferência de material pode compreender um primeiro conduto de água e o subsistema de produção de combustível sintético pode compreender uma unidade SGR acoplada de modo fluido ao subsistema de produção de hidrogênio através do primeiro conduto de água de modo que a água produzida pela unidade SGR seja transferível para o subsistema de produção de hidrogênio como insumo de hidrogênio.
[00039] Em um aspecto adicional da revelação, o acoplamento de transferência de material pode compreender um segundo conduto de água, o subsistema de captura de dióxido de carbono pode compreender um slaker, e o subsistema de produto de combustível sintético pode compreender uma unidade SGR. A unidade SGR pode ser acoplada de modo fluido ao slaker através do segundo conduto de água de modo que água produzida pela unidade SGR seja transferível para o slaker.
[00040] Ainda em outro aspecto da revelação, o acoplamento de transferência de material pode compreender um terceiro conduto de água e o subsistema de captura de dióxido de carbono compreende um slaker acoplado de modo fluido ao subsistema de produção de hidrogênio pelo terceiro conduto de água de modo que água produzida pelo slaker seja transferível para o subsistema de produção de hidrogênio como insumo de hidrogênio.
[00041] Em outro aspecto da revelação, o acoplamento de transferência de material pode compreender um quarto conduto de água, o calcinador pode ser acoplado de modo fluido a uma unidade de remoção de sólidos em temperatura alta por um conduto de produto de calcinador, e a unidade de remoção de sólidos em alta temperatura pode ser acoplado de modo fluido ao subsistema de produção de hidrogênio pelo quarto conduto de água, de modo que água produzida pelo calcinador seja transferível para o subsistema de produção de hidrogênio.
[00042] Em um aspecto adicional da revelação, o acoplamento de transferência de material pode compreender um primeiro conduto de combustível e o subsistema de captura de dióxido de carbono pode compreender um calcinador acoplado de modo fluido ao subsistema de produção de combustível sintético pelo primeiro conduto de combustível de modo que pelo menos parte do combustível sintético produzido pelo subsistema de produção de combustível sintético seja transferível para o calcinador para uma operação de combustão.
[00043] A unidade de remoção de sólidos em alta temperatura pode compreender uma membrana de remoção de água em comunicação de fluido com o conduto de produto de calcinador e o quarto conduto de água, de modo que água seja extraída de um fluxo de produto de calcinador em contato com a membrana de remoção de água, a água extraída é dirigida para dentro do quarto conduto de água e pelo menos parte de dióxido de carbono no fluxo de produto de calcinador restante é dirigido a um reator de geração de gás de síntese do subsistema de produção de combustível sintético.
[00044] Ainda em outro aspecto da revelação, o acoplamento de transferência de material pode compreender um conduto de produto, o calcinador pode ser acoplado a uma unidade de remoção de sólidos em alta temperatura por um conduto de produto de calcinador e a unidade de remoção de sólidos em alta temperatura pode ser acoplada ao subsistema de produção de hidrogênio pelo conduto de produto, de modo que gases de produto produzidos pelo calcinador sejam transferíveis para o subsistema de produção de hidrogênio.
[00045] Em outro aspecto da revelação, o subsistema de captura de dióxido de carbono pode compreender um contator de ar e uma unidade de processamento de solução em comunicação de fluido com o contator de ar por uma solução de captura aquosa de CO2. A solução de captura aquosa de CO2 pode ser termicamente acoplada ao subsistema de produção de combustível sintético de modo que calor seja transferível do subsistema de produção de combustível sintético para a solução de captura aquosa de CO2. O sistema de captura de dióxido de carbono pode compreender ainda uma unidade de regeneração para regenerar um sorvente, e o condutor de transferência de material pode compreender um segundo conduto de combustível que acopla de modo fluido a unidade de regeneração a uma saída de combustível do subsistema de produção de combustível sintético de modo que pelo menos uma porção do combustível produzido pelo subsistema de produção de combustível sintético seja transferível para a unidade de regeneração para uma operação de combustão. O conduto de transferência de material pode compreender um conduto de oxidante que acopla de modo fluido o subsistema de geração de hidrogênio à unidade de regeneração de modo que pelo menos uma porção de moléculas de oxigênio produzidas pelo subsistema de geração de hidrogênio seja transferível para a unidade de regeneração para uma operação de combustão. O subsistema de produção de combustível sintético pode compreender pelo menos uma entre uma unidade SGR ou uma unidade Fischer Tropsch acoplada de modo fluido à unidade de regeneração de modo que água produzida por pelo menos uma entre a unidade SGR ou a unidade Fischer Tropsch é transferível para a unidade de regeneração.
[00046] De acordo com outro aspecto da revelação, o subsistema de produção de hidrogênio pode compreender um eletrolisador, o subsistema de produção de combustível sintético pode compreender uma unidade SGR, e o subsistema de captura de dióxido de carbono pode compreender um calcinador, e em que pelo menos um entre o eletrolisador, unidade SGR ou calcinador são eletricamente acionados ou aquecidos. A unidade SGR pode ter uma pressão operacional selecionada para permitir que a unidade SGR receba o fluxo de alimentação contendo dióxido de carbono sem ser substancialmente resfriado e comprimido entre o calcinador e a unidade SGR. A unidade SGR pode ter uma pressão operacional entre 1 e 10 bar e o fluxo de alimentação contendo dióxido de carbono recebido pode ter uma temperatura entre 850-90°C. a unidade SGR pode compreender uma ou mais entradas de reagente acopladas de modo fluido com um ou mais fluxos de alimentação de reagente compreendendo pelo menos um entre um fluxo de alimentação de reagente de dióxido de carbono, um fluxo de alimentação de reagente de hidrogênio, um fluxo de alimentação de reagente CH4, um fluxo de alimentação de reagente de água ou um fluxo de alimentação de reagente de hidrocarboneto de extremidade livre Fischer Tropsch.
[00047] O fluxo de alimentação de reagente de dióxido de carbono pode compreender pelo menos parte do fluxo de alimentação contendo dióxido de carbono produzido.
[00048] Em outro aspecto da revelação, o subsistema de produção de combustível sintético pode compreender ainda uma unidade de tratamento de gás de síntese que recebe um fluxo de produto de gás de síntese a partir da unidade SGR e transmite um ou mais fluxos de reciclagem, em que os fluxos de reciclagem compreendem pelo menos um entre água, hidrogênio ou dióxido de carbono para uso pela unidade SGR. O sistema pode compreender ainda pelo menos um aquecedor elétrico termicamente acoplado a um ou mais dos fluxos de reciclagem e os fluxos de alimentação de reagente. O aquecedor elétrico pode compreender pelo menos um entre um aquecedor elétrico em linha, fita de aquecimento elétrico, fio de aquecimento de resistência, bobinas ou elementos.
[00049] De acordo com outro aspecto da revelação, a unidade SGR pode ser termicamente acoplada a uma fonte de calor elétrico compreendendo um aquecedor elétrico. Alternativamente, a unidade SGR pode compreender um queimador SGR e um recipiente SGR termicamente acoplado ao queimador SGR, em que o queimador SGR compreende uma entrada de combustível acoplada ao fluxo de alimentação contendo hidrogênio para receber hidrogênio como combustível para combustão. O queimador SGR pode produzir um fluxo de descarga de queimador quente que é termicamente acoplado a pelo menos um entre um trocador de calor para aquecer um fluxo de alimentação de oxidante do queimador SGR e uma caldeira par aquecer um fluxo de alimentação de água para o recipiente SGR.
[00050] Em outro aspecto da revelação, o calcinador pode compreender um queimador calcinador e um recipiente de reator de calcinador termicamente acoplado ao queimador calcinador, em que o queimador calcinador compreende uma entrada de combustível acoplada ao fluxo de alimentação contendo hidrogênio para receber hidrogênio como combustível para combustão.
[00051] Em um aspecto adicional da revelação, uma ou ambas as entradas de combustível do queimador SGR e queimador calcinador podem ser acopladas de modo fluido a um ou mais de um fluxo de gás natural e um fluxo de hidrocarboneto de extremidade leve Fischer Tropsch. Ainda em outro aspecto da revelação, o subsistema de produção de hidrogênio pode compreender um eletrolisador que produz o fluxo de alimentação contendo hidrogênio e um fluxo contendo oxigênio a partir do insumo de hidrogênio, e em que o fluxo contendo oxigênio pode ser acoplado de modo fluido a um ou ambos entre o queimador SGR e o queimador calcinador para fornecer pelo menos parte do oxidante para a combustão.
[00052] Em um aspecto adicional da revelação, o subsistema de captura de dióxido de carbono pode compreender um calcinador, em que o calcinador compreende um recipiente de reator de leito fluidizado. O calcinador pode compreender um recipiente de reator de forno e um elemento de aquecimento elétrico ou um queimador termicamente acoplado ao recipiente de reator de forno.
[00053] Ainda em outro aspecto da revelação, o subsistema de produção de combustível sintético pode compreender uma unidade SGR e um trocador de calor termicamente acoplado a um fluxo de produto de gás de síntese a partir da unidade SGR e a um fluxo de material de CaCO3 a partir do subsistema de captura de dióxido de carbono, de modo que energia térmica seja transferível a partir do fluxo de produto de gás de síntese para o fluxo de material de CaCO3. O trocador de calor pode compreender pelo menos um de um trocador de calor de leito fluidizado borbulhante (BFB) ou um trocador de calor de ciclone. O trocador de calor de ciclone ou BFB pode compreender um recipiente revestido com cerâmica ou refratário dentro do qual o fluxo de material de CaCO3 e fluxo de produto de gás de síntese estão em contato direto. A unidade SGR pode ser configurada para operar em um modo RWGS, com um ou mais de um modo SMR, um modo DMR ou uma combinação dos mesmos.
[00054] Em outro aspecto da revelação, o subsistema de captura de dióxido de carbono pode compreender um calcinador e o calcinador pode ser termicamente acoplado a uma fonte de calor elétrico. O calcinador pode compreender um recipiente de reator de leito fluidizado com uma entrada de alimentação de sólidos para receber material CaCO3, uma entrada de fluxo de fluidificação para receber um vapor compreendendo fluido de fluidificação de calcinador, uma saída de fluxo de gás de produto para descarregar um fluxo de gás de produto de calcinador, e uma saída de produto de sólidos para descarregar um fluxo de sólidos de CaO produzido. O calcinador pode compreender ainda um elemento de aquecimento elétrico termicamente acoplado ao recipiente de reator para aquecer o fluxo de fluidificação e material CaCO3 no mesmo. O elemento de aquecimento elétrico pode ser encerrado em um revestimento de metal estendendo para dentro de uma zona de leito borbulhante do recipiente de reator, ou pode ser termicamente acoplado a uma parede revestida com refratário do recipiente de reator.
[00055] Em outro aspecto da revelação, o sistema pode compreender ainda: uma unidade de remoção de sólidos e eliminação de água; um compressor; e uma unidade de caldeira. A unidade de remoção de sólidos e eliminação de água pode ter uma entrada acoplada de modo fluido com o fluxo de gás de produto de calcinador, uma saída de água para descarregar água removida do fluxo de gás de produto, uma saída de pó para descarregar pó removido do fluxo de gás de produto, e uma saída de CO2 para descarregar um fluxo de produto de CO2. O compressor pode ter uma entrada para receber o fluxo de produto CO2 e comprimir o mesmo. A unidade de caldeira pode ter uma entrada para receber a água descarregada e uma saída para descarregar vapor para o fluido de fluidificação de calcinador.
[00056] Ainda em outro aspecto da revelação, o subsistema de produção de combustível sintético pode compreender uma unidade SGR e um trocador de calor de cerâmica acoplado termicamente a um fluxo de produto de gás de síntese descarregado a partir da unidade SGR e a um ou mais fluxos de alimentação de reagente SGR alimentados para a unidade SGR, de modo que um ou mais fluxos de alimentação de reagente SGR são preaquecidos pela energia térmica a partir do fluxo de produto de gás de síntese antes de ser alimentado para a unidade SGR. Os fluxos de alimentação de reagente SGR podem compreender pelo menos um entre um fluxo de alimentação de reagente de dióxido de carbono, um fluxo de alimentação de reagente de hidrogênio, um fluxo de alimentação de reagente de CH4, um fluxo de alimentação de reagente de água, ou um fluxo de alimentação de reagente de hidrocarboneto de extremidade leve Fischer Tropsch.
[00057] Em um aspecto adicional da revelação, o subsistema de captura de dióxido de carbono pode compreender um calcinador, o fluxo de alimentação de reagente de dióxido de carbono pode compreender o fluxo de alimentação contendo dióxido de carbono produzido pelo calcinador, e o fluxo de alimentação de reagente de hidrogênio pode compreender o fluxo de alimentação contendo hidrogênio produzido pelo subsistema de produção de hidrogênio.
[00058] Em outro aspecto da revelação, o subsistema de produção de combustível sintético pode compreender ainda uma unidade Fischer Tropsch tendo uma entrada acoplada ao fluxo de produto de gás de síntese resfriado e descarregado a partir do trocador de calor de cerâmica e pelo menos uma saída para descarregar o fluxo de alimentação de hidrocarboneto de extremidade leve Fischer Tropsch e um fluxo de água.
[00059] Em um aspecto adicional da revelação, o subsistema de captura de dióxido de carbono pode compreender um calcinador tendo um queimador de calcinador, e o subsistema de produção de hidrogênio pode compreender um eletrolisador que produz o fluxo de alimentação contendo hidrogênio e um fluxo contendo oxigênio a partir do insumo de hidrogênio, e em que o fluxo contendo oxigênio é acoplado de modo fluido a pelo menos um entre o queimador SGR ou o queimador de calcinador para fornecer o oxidante.
[00060] O subsistema de captura de dióxido de carbono pode compreender um calcinador termicamente acoplado ao subsistema de produção de combustível sintético de modo que energia térmica produzida pelo calcinador seja transferível para o subsistema de produção de combustível sintético. O subsistema de produção de combustível sintético pode compreender uma unidade SGR térmica e fluidamente acoplado ao calcinador, de modo que energia de calor e dióxido de carbono produzido a partir do calcinador seja transferível para a unidade SGR. Pelo menos um entre o calcinador e a unidade SGR pode ser acoplado de modo fluido a uma saída de oxigênio do subsistema de produção de hidrogênio de modo que pelo menos parte de oxigênio produzido pelo subsistema de produção de hidrogênio seja usável em uma operação de combustão para aquecer pelo menos um entre o calcinador e a unidade SGR. Alternativamente, pelo menos um do calcinador e unidade SGR pode ser acoplado de modo fluido a uma fonte de combustível hidrogênio de modo que hidrogênio a partir da fonte de combustível hidrogênio seja usável em uma operação de combustão para aquecer pelo menos um entre o calcinador e a unidade SGR.
[00061] Em um aspecto adicional da revelação, o sistema pode compreender pelo menos uma entre uma unidade de destilação e refino ou uma unidade de geração de energia acoplada de modo fluido ao sistema para produzir um combustível sintético a partir de hidrogênio e dióxido de carbono, em que o subsistema de captura de dióxido de carbono compreende um ou ambos de um calcinador e um slaker, e pelo menos um do calcinador e slaker é termicamente acoplado a pelo menos uma da unidade de destilação e refino ou a unidade de geração de energia de modo que energia térmica produzida por pelo menos um do calcinador e slaker seja transferível para pelo menos uma da unidade de destilação e refino ou unidade de geração de energia.
[00062] Em outro aspecto da revelação, um fluxo de material a partir do calcinador é termicamente acoplado a um fluxo de oxigênio fluindo a partir do subsistema de produção de hidrogênio para o calcinador, de modo que energia térmica produzida pelo calcinador seja transferível para o fluxo de oxigênio.
[00063] Ainda em outro aspecto da revelação, o subsistema de captura de dióxido de carbono pode compreender um calcinador térmica e fluidamente acoplado ao subsistema de produção de hidrogênio de modo que energia térmica e um fluido de produto produzidos pelo calcinador sejam transferíveis para o subsistema de produção de hidrogênio. Em outro aspecto da revelação, o calcinador pode ser termicamente acoplado a uma fonte de água que é acoplada fluidamente ao subsistema de produção de hidrogênio, de modo que energia térmica produzida pelo calcinador seja usável para gerar vapor.
[00064] Em um aspecto adicional da revelação, o subsistema de captura de dióxido de carbono pode compreender um slaker com uma saída de água que acoplada fluida e termicamente ao subsistema de produção de hidrogênio de modo que água e energia térmica produzidas pelo slaker sejam transferíveis para o subsistema de produção de hidrogênio.
[00065] Em outro aspecto da revelação, o subsistema de captura de dióxido de carbono pode compreender um calcinador acoplado fluidamente a uma saída de combustível do subsistema de produção de combustível sintético, de modo que pelo menos parte do combustível sintético produzido pelo subsistema de produção de combustível sintético seja queimado pelo calcinador para gerar energia térmica.
[00066] Em uma modalidade adicional d revelação, o subsistema de captura de dióxido de carbono pode compreender um fluxo de material de CaCO3, e o subsistema de produção de combustível sintético compreende uma unidade SGR que produz um fluxo de gás de síntese e um trocador de calor termicamente acoplado ao fluxo de gás de síntese e ao fluxo de material, em que energia térmica gerada pela unidade SGR e carregada pelo fluxo de gás de síntese seja transferível para o fluxo de material de CaCO3 pelo trocador de calor.
[00067] Em outro aspecto da revelação, um gás de produto produzido a partir do calcinador é fluida e termicamente acoplado ao subsistema de produção de hidrogênio, de modo que gases de produto e energia térmica produzida pelo calcinador sejam transferíveis para o subsistema de produção de hidrogênio.
[00068] Ainda em outro aspecto da revelação, um fluxo de produto do calcinador é fluida e termicamente acoplado a uma unidade de remoção de sólidos em alta temperatura, e a unidade de remoção de sólidos em alta temperatura é fluida e termicamente acoplada ao subsistema de produção de hidrogênio, de modo que água e energia térmica produzidas pelo calcinador sejam transferíveis para o subsistema de produção de hidrogênio.
[00069] A saída de dióxido de carbono do calcinador pode ser acoplada fluida e termicamente à unidade SGR, de modo que dióxido de carbono e energia de calor sejam transferíveis para a unidade SGR.
[00070] Em outro aspecto da revelação, o subsistema de produção de combustível sintético pode compreender um primeiro trocador de calor e uma primeira unidade SGR, em que o primeiro trocador de calor é acoplado fluidamente a um fluxo de alimentação de SGR compreendendo um fluxo de alimentação de hidrogênio fluindo a partir do subsistema de produção de hidrogênio para a primeira unidade SGR, e termicamente acoplado a uma saída de fluxo de produto da primeira unidade SGR, de modo que energia térmica produzida pela primeira unidade SGR e carregada por um fluxo de produto a partir da primeira unidade SGR seja transferível pelo primeiro trocador de calor para pré-aquecer o fluxo de alimentação.
[00071] Em um aspecto adicional da revelação, o subsistema de captura de dióxido de carbono pode compreender um slaker e o fluxo de produto pode ser acoplado de modo fluido ao slaker de modo que pelo menos uma porção da água no fluxo de produto seja removida no slaker.
[00072] O subsistema de produção de combustível sintético pode compreender ainda um segundo trocador de calor acoplado de modo fluido ao fluxo de produto, e uma segunda unidade SGR acoplada de modo fluido ao fluxo de produto e termicamente acoplado ao trocador de calor de modo que pelo menos uma porção da energia térmica produzida pela segunda unidade SGR seja transferível pelo segundo trocador de calor para pré-aquecer o fluxo de produto a montante da segunda unidade SGR.
[00073] Em um aspecto adicional da revelação, o subsistema de captura de dióxido de carbono pode compreender um calcinador e o subsistema de produção de combustível sintético pode compreender um conjunto de SGR de múltiplos estágios tendo uma entrada em comunicação de fluido com uma saída de produto do subsistema de produção de hidrogênio e compreendendo pelo menos duas unidades de SGR e estágios de unidade de hidrogênio em alta temperatura em um acoplamento de fluido sequencial, em que cada unidade de hidrogênio em alta temperatura remove pelo menos uma porção de água a partir de um fluxo de produto produzido por cada unidade de SGR.
[00074] Em outro aspecto da revelação, o subsistema de captura de dióxido de carbono pode compreender um contator de ar e uma unidade de processamento de solução em comunicação de fluido com o contator de ar por uma solução de captura aquosa CO2, em que a solução de captura aquosa CO2 é termicamente acoplada ao subsistema de produção de combustível sintético de modo que energia térmica seja transferível a partir do subsistema de produção de combustível sintético para a solução de captura aquosa de CO2.
[00075] O subsistema de captura de dióxido de carbono pode compreender ainda uma unidade de regeneração compreendendo um sorvente e é acoplado de modo fluido à unidade de processamento de solução por uma solução de captura aquosa rica em CO2, e é termicamente acoplada ao subsistema de produção de combustível sintético de modo que energia térmica a partir do subsistema de produção de combustível sintético seja transferível para a unidade de regeneração para regenerar o sorvente. A unidade de regeneração pode ser acoplada de modo fluido a uma saída de combustível do subsistema de produção de combustível sintético de modo que pelo menos uma porção de combustível produzida pelo subsistema de produção de combustível sintético seja queimável pela unidade de regeneração. A unidade de regeneração pode ser também termicamente acoplada ao subsistema de produção de hidrogênio de modo que energia térmica produzida pelo subsistema de produção de hidrogênio seja transferível para a unidade de regeneração para regenerar o sorvente.
[00076] Em um aspecto adicional da revelação, pelo menos uma da unidade SGR e unidade de regeneração é termicamente acoplada a uma fonte de calor elétrico compreendendo um aquecedor elétrico.
[00077] A figura 1 é um diagrama de blocos esquemático de um sistema para produzir um combustível sintético a partir de hidrogênio e dióxido de carbono incluindo um subsistema de captura de CO2, um subsistema de produção de hidrogênio e um subsistema de produção de combustível sintético de acordo com algumas implementações da invenção
[00078] A figura 2 é um diagrama de blocos esquemático de um sistema para produzir um combustível sintético a partir de hidrogênio e dióxido de carbono, de acordo com uma primeira implementação, em que oxigênio produzido pelo subsistema de produção de hidrogênio e combustível produzido pelo subsistema de produção de combustível sintético é usado pelo subsistema de captura de CO2.
[00079] A figura 3 é um diagrama de blocos esquemático de um sistema para produzir um combustível sintético a partir de hidrogênio e dióxido de carbono, de acordo com uma segunda implementação, em que pelo menos uma porção da energia necessária no subsistema de captura de CO2 CO2 é derivado de CO2 de fontes renováveis.
[00080] A figura 4 é um diagrama de blocos esquemático de um sistema para produzir um combustível sintético a partir de hidrogênio e dióxido de carbono, de acordo com uma terceira implementação, em que energia térmica produzida pelo subsistema de captura de CO2 é usada para aquecer oxigênio produzido pelo subsistema de produção de hidrogênio, e usado para gerar energia elétrica.
[00081] A figura 5 é um diagrama de blocos esquemático de um sistema para produzir um combustível sintético a partir de hidrogênio e dióxido de carbono, de acordo com uma quarta implementação, em que energia térmica produzida pelo subsistema de captura de CO2 é usada para produzir energia para uma unidade de destilação e refino do sistema.
[00082] A figura 6 é um diagrama de blocos esquemático de um sistema para produzir um combustível sintético a partir de hidrogênio e dióxido de carbono, de acordo com uma quinta implementação, em que gases de produto quente e energia térmica produzida pelo subsistema de captura de CO2 são enviados para o subsistema de produção de hidrogênio e água produzida pelo subsistema de captura de CO2 e pelo subsistema de produção de combustível sintético pode ser usado como insumo de hidrogênio pelo subsistema de produção de hidrogênio bem como insumo para outros consumidores de água no sistema.
[00083] A figura 7 é um diagrama de blocos esquemático de um sistema para produzir um combustível sintético a partir de hidrogênio e dióxido de carbono, de acordo com uma sexta implementação, em que gases de produto quente produzidos pelo subsistema de captura de CO2 são separados de modo que o vapor possa ser usado como energia de entrada e insumo de hidrogênio pelo subsistema de produção de hidrogênio e os gases de produto quente restantes são usados como energia de entrada e insumo para o subsistema de produção de combustível sintético CO2.
[00084] A figura 8 é um diagrama de blocos esquemático de um sistema para produzir um combustível sintético a partir de hidrogênio e dióxido de carbono, de acordo com uma sétima implementação, em que energia de calor em um fluxo de material no subsistema de captura de CO2 é usada para aquecer água usada pelo subsistema de produção de hidrogênio, e água produzida pelo subsistema de produção de combustível sintético pode ser usado como insumo de hidrogênio pelo subsistema de produção de hidrogênio ou como entrada de água para o subsistema de captura de CO2.
[00085] A figura 9 é um diagrama de blocos esquemático de um sistema para produzir um combustível sintético a partir de hidrogênio e dióxido de carbono, de acordo com uma oitava implementação, em que energia térmica a partir do subsistema de produção de combustível sintético é usada para aquecer um fluxo de material no subsistema de captura de CO2, energia térmica e água produzidas pelo subsistema de captura de CO2 podem ser usadas pelo subsistema de produção de hidrogênio e fornecer os gases de produto de CO2 quentes para o subsistema de produção de combustível sintético.
[00086] A figura 10 é um diagrama de blocos esquemático de um sistema para produzir um combustível sintético a partir de hidrogênio e dióxido de carbono, de acordo com uma nona implementação, em que gases de produto quente a partir do subsistema de captura de CO2 são alimentados para o subsistema de produção de hidrogênio, energia de calor a partir do subsistema de produção de combustível sintético é usada para aquecer um fluxo de material no CO2 do subsistema de captura de CO2.
[00087] A figura 11 é um diagrama de blocos esquemático de um sistema para produzir um combustível sintético a partir de hidrogênio e dióxido de carbono, de acordo com uma decima implementação, em que água em um fluxo de material no subsistema de produção de combustível sintético é removido pelo subsistema de captura de CO2, e um fluxo de material no subsistema de produção de combustível sintético é preaquecido usando calor a partir da unidade de reator de geração de gás de síntese (“SGR”) no subsistema de produção de combustível sintético.
[00088] A figura 12 é um diagrama de blocos esquemático de um sistema para produzir um combustível sintético a partir de hidrogênio e dióxido de carbono, de acordo com uma décima primeira implementação, em que água em um fluxo de material no subsistema de produção de combustível sintético é removido pelo subsistema de captura de CO2, e fluxos de material no subsistema de produção de combustível sintético são preaquecidos usando calor a partir de múltiplas unidades de SGR no subsistema de produção de combustível sintético.
[00089] A figura 13 é um diagrama de blocos esquemático de um sistema para produzir um combustível sintético a partir de hidrogênio e dióxido de carbono, de acordo com uma décima-segunda implementação, em que os gases de produto a partir do subsistema de captura de CO2 são alimentados para um primeiro subsistema de produção de hidrogênio, a água nos fluxos de produto a partir de múltiplos estágios de unidades SGR no subsistema de produção de combustível sintético é removida por múltiplos estágios de unidades de hidrogênio em alta temperatura colocadas em sequência alternada entre os estágios de SGR, o O2 quente a partir dos estágios de subsistema de produção de hidrogênio é combinado e usado para combustão pelo subsistema de captura de CO2, e energia de calor e água produzida pelo subsistema de captura de CO2 podem ser usadas pelo subsistema de produção de hidrogênio.
[00090] A figura 14 é um diagrama de blocos esquemático de um sistema para produzir um combustível sintético a partir de hidrogênio e dióxido de carbono, de acordo com uma décima-terceira implementação, em que energia de calor a partir do subsistema de produção de combustível sintético é usada para aquecer um fluxo de material no subsistema de captura de CO2, pelo menos uma porção da energia necessária no subsistema de captura de CO2 é fornecida por fontes renováveis e energia de calor produzida pelo subsistema de captura de CO2 é usada para fornecer CO2 quente para o subsistema de produção de combustível sintético.
[00091] A figura 15 é um diagrama de blocos esquemático de um sistema para produzir um combustível sintético a partir de hidrogênio e dióxido de carbono, de acordo com uma décima-quarta implementação, incluindo um subsistema de captura de CO2 que é diferente do subsistema de captura de CO2 mostrado nas figuras 2 a 14.
[00092] A figura 16 é um diagrama de blocos esquemático de um sistema para produzir um combustível sintético a partir de hidrogênio e dióxido de carbono, de acordo com uma décima-sexta implementação, incluindo um subsistema de captura de CO2 que é diferente do subsistema de captura de CO2 mostrado nas figuras 2 a 15.
[00093] A figura 17 é um diagrama de blocos esquemático de percursos químicos diferentes para produzir combustíveis de insumos de hidrogênio e CO2.
[00094] A figura 18 é um diagrama de blocos esquemático de um sistema produzindo um combustível sintético a partir de hidrogênio e dióxido de carbono, de acordo com uma decima-sétima implementação, onde o subsistema de produção de combustível sintético inclui um SGR de baixa pressão.
[00095] A figura 19 é um diagrama de blocos esquemático de um sistema produzindo um combustível sintético a partir de hidrogênio e dióxido de carbono, de acordo com uma décima-oitava implementação, onde o subsistema de produção de combustível sintético inclui um SGR de baixa pressão, e onde pelo menos uma porção da energia necessária no subsistema de produção de combustível sintético é derivada das fontes elétricas.
[00096] A figura 20 é um diagrama de blocos esquemático de um sistema produzindo um combustível sintético a partir de hidrogênio e dióxido de carbono, de acordo com uma décima-nona implementação, onde uma porção da energia necessária no subsistema de captura de CO2 e subsistema de produção de combustível sintético é derivada de oxi-combustão de um combustível incluindo hidrogênio.
[00097] A figura 21 é um diagrama de blocos esquemático de um sistema produzindo um combustível sintético a partir de hidrogênio e dióxido de carbono, de acordo com uma vigésima implementação, onde uma porção da energia necessária no subsistema de captura de CO2 e subsistema de produção de combustível sintético é derivada de oxi-combustão de um combustível incluindo hidrocarbonetos de extremidade leve Fischer-Tropsch.
[00098] A figura 22 é um diagrama de blocos esquemático de um sistema produzindo um combustível sintético a partir de hidrogênio e dióxido de carbono, de acordo com uma vigésima-primeira implementação, ilustrando um método de transferir energia térmica em um fluxo de produto no subsistema de produção de combustível sintético para pelo menos uma porção do fluxo de material no subsistema de captura de CO2.
[00099] A figura 23 é um diagrama de blocos esquemático de um sistema produzindo um combustível sintético a partir de hidrogênio e dióxido de carbono, de acordo com uma vigésima-segunda implementação, ilustrando outro método de transferir energia de calor em um fluxo de produto no subsistema de produção de combustível sintético para pelo menos uma porção do fluxo de material no subsistema de captura de CO2.
[000100] A figura 24 mostra um sistema ilustrativo 2300 para calcinar carbonato de cálcio para produzir um gás CO2 e óxido de cálcio incluindo um sistema calcinador eletricamente aquecido.
[000101] A figura 25 mostra um sistema ilustrativo 2500 para calcinar carbonato de cálcio para produzir um gás CO2 e óxido de cálcio incluindo outro sistema calcinador eletricamente aquecido.
[000102] A figura 26 mostra um sistema ilustrativo 2600 para calcinar carbonato de cálcio para produzir um gás CO2 e óxido de cálcio incluindo outro sistema calcinador eletricamente aquecido.
[000103] A figura 27 é um diagrama de blocos esquemático de um sistema para produzir um combustível sintético a partir de hidrogênio e dióxido de carbono, de acordo com uma vigésima-sexta implementação, ilustrando um método de transferir energia térmica em um fluxo de produto no subsistema de produção de combustível sintético para aquecer pelo menos uma porção de um fluxo de alimentação no subsistema de produção de combustível sintético, onde pelo menos uma porção do calor necessário no subsistema de produção de combustível sintético é derivado de fontes elétricas.
[000104] A figura 28 é um diagrama de blocos esquemático de um sistema para produzir um combustível sintético a partir de hidrogênio e dióxido de carbono, de acordo com uma vigésima-sétima implementação, ilustrando um método de transferir energia de calor em um fluxo de produto no subsistema de produção de combustível sintético para aquecer pelo menos uma porção de um fluxo de alimentação, gerar um fluxo de alimentação ou ambos no subsistema de produção de combustível sintético, onde pelo menos uma porção do calor necessário no subsistema de produção de combustível sintético é fornecido a partir de combustão.
[000105] A figura 29 é um diagrama de blocos esquemático de um sistema para produzir um combustível sintético a parti de hidrogênio e dióxido de carbono, de acordo com uma vigésima oitava implementação, ilustrando um método de transferir energia de calor em um fluxo de produto no subsistema de produção de combustível sintético para aquecer pelo menos uma porção de um fluxo de alimentação, gerar um fluxo de vapor ou ambos no subsistema de produção de combustível sintético, onde pelo menos uma porção do calor necessário no subsistema de produção de combustível sintético é fornecido de oxi-combustão.
[000106] A figura 30 é um diagrama de blocos esquemático de um sistema para produzir um combustível sintético a partir de hidrogênio e dióxido de carbono, de acordo com uma vigésima nona implementação, incluindo outro subsistema de captura de CO2, e onde pelo menos uma porção da energia necessária no subsistema de produção de combustível sintético e subsistema de captura de CO2 é derivada de fontes elétricas.
[000107] Com referência à figura 1, implementações da invenção descritas aqui se referem a um método e a um sistema para sintetizar um combustível (“combustível de síntese”) de uma fonte de CO2 diluída, como de ar atmosférico ou outra mistura gasosa como gases com menos de aproximadamente 1% de volume de teor de CO2 e similares. O sistema 100 inclui três subsistemas, a saber, um subsistema de captura de CO2 101 para extrair moléculas de CO2 a partir de um insumo de CO2, um subsistema de produção de hidrogênio 103 para extrair moléculas de hidrogênio a partir de um insumo de hidrogênio e um subsistema de produção de combustível sintético 102 para produzir o combustível de síntese usando as moléculas de hidrogênio produzidas pelo subsistema de produção de hidrogênio 103 e as moléculas de CO3 produzidas pelo subsistema de captura de CO2 101. Além disso, pelo menos parte da energia (mostrada como setas pretas na figura 1) e/ou pelo menos parte dos fluidos (mostrados como setas brancas a figura 1) usado por um subsistema pode ser obtido de outro subsistema. Em algumas implementações, água produzida pelo subsistema de captura de CO2 101 e/ou pelo subsistema de produção de combustível sintético 102 é usada como o insumo de hidrogênio pelo subsistema de produção de hidrogênio 103. Em algumas outras implementações, energia térmica produzida pelo subsistema de captura de CO2 101 é usada em um processo no subsistema de produção de combustível sintético 102 ou no subsistema de produção de hidrogênio 103. Em algumas outras implementações, energia térmica produzida pelo subsistema de produção de combustível sintético 102 é usada para pré-aquecer um fluxo de material fluindo através do subsistema de captura de CO2 101. Ainda em algumas outras implementações, reações que ocorrem no subsistema de captura de CO2 101 são usadas para remover água de um fluxo de material no subsistema de produção de combustível sintético 102. Ainda em algumas outras implementações, calor e oxigênio produzidos pelo subsistema de produção de hidrogênio 103 são usados em um processo de combustão no subsistema de produção de combustível sintético 102 e/ou subsistema de captura de CO2 101.
[000108] Em cada dessas implementações, espera-se que um ou mais entre eficácia em termos de custo, eficiência operacional e flexibilidade operacional do sistema geral possam ser melhoradas por ter um subsistema usando energia e/ou fluidos produzidos por outro subsistema, ao invés de obter a energia e/ou fluidos de uma fonte externa. Também vantajosamente, o sistema pode ser usado em aplicações onde pode ser desafiador fornecer uma fonte externa de tal energia e/ou fluidos, como um local onde água seja escassa. Além disso, o sistema pode reduzir potencialmente a intensidade de carbono do combustível de síntese produzido em comparação com combustíveis fósseis convencionais.
[000109] Quando combinado com hidrogênio feito de eletricidade renovável, CO2 capturado de ar atmosférico, também conhecido como Captura de ar direto (DAC) permite a produção de combustíveis de síntese neutros de carbono como gasolina, diesel, e Jet-A que são totalmente compatíveis com a infraestrutura de transporte e combustível de hoje. Esses combustíveis de síntese também podem superar algumas das limitações atuais de gorduras e biocombustíveis baseados em biomassa incluindo, por exemplo, segurança de insumos, limitações de escala, limitações de mistura de combustível, uso em terra e deslocamento de cultura de alimentos. Adicionalmente, combustíveis de síntese produzidos através dos métodos descritos aqui podem comparar favoravelmente com outras opções de diesel renovável em que podem, por exemplo, ter um ou mais de teor de energia mais alto, valores de cetano mais altos, emissões de NOx mais baixas, e nenhum teor de enxofre. O diesel sintético de cetano mais alto produzido através dos métodos descritos aqui pode permitir mistura com materiais fósseis de qualidade inferior.
[000110] A intensidade de carbono do combustível de síntese pode ser especialmente reduzida quando o sistema usa ar atmosférico como o insumo de CO2 e usa uma fonte de energia renovável com baixo teor de carbono e/ou zero teor de carbono para operar o sistema. Usar tal combustível sintético com baixa intensidade de carbono pode ser particularmente vantajoso nessas aplicações de transporte onde energia elétrica, biocombustível ou outras opções de baixo teor de carbono não são práticas, como acionar veículos de viagem de longa distância incluindo caminhões, aeronaves, navios e trens. Além disso, os combustíveis sintéticos com baixa intensidade de carbono produzidos através dos métodos descritos aqui qualificarão provavelmente para inúmeras receitas de programa governamental e/ou esquemas de crédito, incluindo aqueles de programas de LCFS (Califórnia), RIN (D3, US) e RED (EU).
[000111] O impacto de eletricidade renovável e combustível, usado por exemplo em equipamento a oxigênio, sobre a intensidade de carbono do combustível sintético produzido tem sido demonstrado através de um exemplo como mostrado na Tabela 1. Para simplicidade, foi assumido que a demanda de eletricidade e combustível do sistema de produção de combustível sintético são os principais contribuintes para emissões direta e indireta do sistema. Emissões resultando da combustão de combustível usado em equipamento a oxigênio no sistema respondem por emissões diretas, enquanto emissões associadas à produção, recuperação ou transporte/distribuição de combustível/eletricidade respondem por emissões indiretas. Foi assumido que para cada Mega Joule (MJ) de combustível sintético produzido, o(s) processo(s) de oxi-combustão no sistema de produção de combustível sintético utilizam 0,4 MJ de energia, e 0,6 KWh de eletricidade é usado para outras operações no sistema.
[000112] No caso onde H2 é usado como um combustível para os queimadores (caso 3), o H2 é produzido no local usando uma unidade de produção H2 (como um eletrolisador) que utiliza eletricidade para operação. Assim, as emissões associadas à produção de H2 foram consideradas na seção de eletricidade da Tabela 1.
[000113] Como visto nos casos 1 e 2 na Tabela 1, cerca de 3 g de CO2e são liberados para produzir 1 MJ de combustível sintético durante a recuperação (produção) e transporte de gás natural, embora as emissões de CO2 liberadas durante combustão de gás natural no SGR e queimadores de calcinador sejam capturadas e enviadas para o reator de SGR juntamente com o CO2 capturado de ar para produzir combustível sintético.
[000114] Nos casos onde o calcinador e SGR usam hidrogênio para oxi-combustão (caso 3), ou são elétricos (caso 4 e/ou total “totalmente elétrico”), não há emissões de CO2 a partir dos queimadores a serem capturadas e isso permite que mais CO2 seja capturado do ar e usado para produzir os produtos de combustível sintético.
[000115] Os valores na tabela 1 indicam claramente que embora a geração de eletricidade em usinas a carvão seja intenso em carbono e aumente significativamente a intensidade de carbono do combustível sintético, usar renováveis, como hidroeletricidade, solar e eólica pode reduzir significativamente a intensidade de carbono do combustível, em alguns casos até abaixo de 10 g CO2e/MJ combustível. Tabela 1 - Estudo de caso para mostrar o impacto do tipo de combustível de queimador e fonte de eletricidade sobre a intensidade de carbono do combustível sintético CO2e: CO2 equivalente - um termo para descrever gases estufa diferentes em uma unidade comum NG: gás natural, hidro: hidroeletricidade
[000116] Como indicado em algumas implementações descritas aqui, o subsistema de produção de combustível sintético pode utilizar uma plataforma GTL modificada que pode converter CO2 e hidrogênio em gás de síntese através de um processo conhecido como Mudança de água-gás reversa (RWGS) antes de enviar o gás de síntese para um reator Fischer Tropsch (FT) para produzir hidrocarbonetos sintéticos. Essa via de tecnologia permite a integração de uma tecnologia DAC nova com precedente FT industrial que já existe no setor de energia, e elevar a plataforma/processo de Ar para combustível (A2F) resultante nos setores de transporte que têm menos opções para reduzir emissões de CO2 (e desse modo onde o valor de reduções de emissões é o mais alto).
[000117] As intensidades de carbono de biodiesels alternativos estão compreendidas na faixa de 30 - 70 g CO2e/MJ biodiesel, e tão altos como 90-100 g CO2e/MJ para gasolina e diesel convencional. Combustíveis sintéticos produzidos como descrito aqui podem ter uma intensidade de carbono que é menor que metade daquela de biocombustíveis típicos, significando que esses combustíveis sintéticos obtêm altas receitas de programas de emissões baseados no mercado.
[000118] Quando incorporado com fontes de energia renovável e integração e calor otimizada, esses combustíveis sintéticos podem ter intensidade de calor baixa ou zero.
[000119] Como esses combustíveis sintéticos são construídos de ingredientes de insumo limpo como CO2 atmosférico e hidrogênio, produzem produtos de combustível de queima mais limpa do que combustíveis fósseis, por exemplo, têm teor de enxofre baixo à zero.
[000120] Combustíveis sintéticos, por exemplo, os produtos de gasolina e diesel, são uma evolução compatível com infraestrutura atual e motores, e podem ter energia de densidade até aproximadamente 30 vezes mais alta do que baterias, bem como até aproximadamente 100 vezes impacto de uso em água/terra mais baixo do que biocombustíveis.
[000121] Devido à seleção de equipamento comercialmente disponível para a maioria se não todas as unidades descritas no sistema de combustível sintético, esses sistemas podem ser altamente escalável, e desse modo aplicáveis em uma gama de mercados, incluindo o mercador de combustível de transporte.
[000122] O subsistema de captura de CO2 101 é uma máquina que extrai CO2 a partir de fontes diluídas, como ar atmosférico, e pode incluir equipamento como contatores de ar como aqueles descritos na patente US 9.095.813 (incorporada por referência aqui) ou contatores de ar na forma de lavadores de gás, torres de pulverização ou qualquer outro design onde gás seja colocado em contato com a solução de captura ou um sorvente. Como usado aqui, “sorvente” se refere ao material que é submetido à sorção de uma espécie alvo. Como usado aqui, “sorção” se refere a um processo, físico, químico ou uma combinação de ambos, pelo qual uma substância se torna ligada em outra por algum período de tempo. Os exemplos de categorias específicas de sorção podem incluir adsorção(aderência física ou ligação de íons e/ou moléculas sobre a superfície de outro material), absorção (a incorporação de uma substância em um estado - gás, líquido, sólido - em outra substância de um estado diferente) e troca de íons (troca de íons entre eletrólitos ou entre uma solução de eletrólito e um complexo).
[000123] O subsistema de captura de CO2 101 pode funcionar por colocar ar atmosférico em contato com uma solução alcalina aquosa, uma solução de amina aquosa, uma solução de carbonato e/ou bicarbonato aquosa, com ou sem conter catalisadores como anidrase carbônico, um material sólido material sorvente poroso incluindo, porém não limitado à origem não carbonácea (zeólitos, sílica, estruturas metal-orgânicas e polímeros porosos, metal alcalino, e carbonatos de óxido de metal) e origem carbonácea (carvões ativados e/ou fibras de carbono, grafeno, carbonos porosos ordenados, fibras), uma estrutura sólida com materiais sorventes químicos incluindo materiais à base de amina funcionais com ou sem celulose, um material à base de polímero sólido incluindo sílica polietileno imina, uma solução aquosa combinada com uma resina de troca aniônica, ou combinações de quaisquer dos acima. O subsistema de captura de CO2 101 pode ser baseado em máquinas de captura de CO2 que incluem, porém não são limitadas, àquelas descritas na patente 9,095,813, Patente US 8,119,091, Patente US 8,728,428, pedido de Patente US 2014/14281430, Patente US 8,871,008, Patente US 9,283,510, Patente US 8,702,847, Patente US 9,387,433, Patente US 9,266,051, Patente US 8,435,327, Patente US 8,999,279, Patente US 8,088,197, Patente US 8,133,305, Patente US 9,266,052, patente europeia 2,668,992, Patente US 7,833,328, Patente US 8,262,774, Patente US 8,133,305, Patente US 9,227,153, Patente US 8,894,747, Patente US 8,696,801, Patente US 7,699,909, pedido de Patente US 2015/0283,501, pedido de Patente US 2015/0273,385, Patente US 8,491,705, pedido internacional número 2015/061807, pedido internacional número 2015/064791, patente europeia 2,782,657, pedido de Patente US 2016/074803, pedido U.S. 2014/134088, pedido de Patente US 2012/076711, e Patente US 9,205,372, cujas revelações são aqui incorporadas por referência na íntegra.
[000124] Nas implementações como mostrado nas figuras 1 a 14 e 17 a 23 e 27 a 29, o subsistema de captura de CO2 101 pode incluir um ou mais de um contator de ar, um reator de pelota, um calcinador, um slaker, e uma unidade de remoção e limpeza de sólidos. Nas implementações como mostrado na figura 15 e 16, o subsistema de captura de CO2 inclui um contator de ar, unidade de processamento de solução, unidade de reator de regeneração e uma unidade de remoção e limpeza de água.
[000125] O contator de ar é uma máquina que contata e extrai CO2 a partir de ar atmosférico por colocar o atmosférico em contato com um sorvente de captura de CO2, de modo que pelo menos parte do CO2 no ar seja transferido para o sorvente de captura. O reator de pelota é uma máquina que precipita carbonato para fora de uma solução aquosa, e pode incluir equipamento com um cristalizador reativo de leito fluidizado, por exemplo, como descrito na patente US 8.7238.428, pedido US 2014/14281430, ou como encontrado em produtos comercialmente disponíveis fornecidos pela Royal Haskoning DHV. O calcinador é um dispositivo que processa material por calcinação, em que o processamento é executado em uma alta temperatura (tipicamente na faixa de aproximadamente 550-1150°C) em uma atmosfera controlada. O slaker é uma máquina que executa uma reação de hidratação para converter óxido de cálcio sólido (Cao) em hidróxido de cálcio solido (Ca(OH)2) ou uma pasta de Ca(OH)2 em solução e pode incluir equipamento como meios de hidratação de temperatura alta, slakers de vapor, slakers de pasta, tanques de mistura e diluição ou uma combinação de quaisquer dos acima. A unidade de remoção e limpeza de sólidos remove água e impurezas a partir de um fluxo de material, e pode incluir um filtro de ar, precipitador eletrostática, um resfriador, um trocador de calor, um condensador ou uma combinação desses componentes.
[000126] O subsistema de produção de hidrogênio 103 é uma máquina que produz moléculas de hidrogênio a partir de um material contendo hidrogênio, que está tipicamente em um estado fluido (insumo de hidrogênio). Eletrolisadores são um tipo conhecido de máquina de produção de hidrogênio que extrai moléculas de hidrogênio a partir de água. Diversas vias de produção de hidrogênio conhecidas existem para eletrólise, como eletrólise alcalina, membrana de troca de próton (também conhecida como uma membrana de eletrólito de polímero)(PEM), produção de hidrogênio por eletrólise e tecnologias de célula de combustível, e eletrólise de célula de eletrólise de óxido sólido (SOEC). Os exemplos de tecnologias de produção de hidrogênio são descritas na patente norte-americana 6,727,012, patente canadense 2,396,402, patente canadense 2,444,313 pedido de patente US 2005/074657, patente US 6,541,141, patente japonesa 5,618,485 , pedido de patente US 2016/222524, patente europeia 2,457,635, pedido de patente internacional 2015/180752, pedido de patente europeia 2,491,998, patentes chinesas 105,329,855, pedido de patente US 2016/0083251 and 105,163,832 e pedido de patente US 2015/0122128, cujas revelações são aqui incorporadas por referência na íntegra.
[000127] Extrair água de um fluxo pode incluir extração de água por um ou mais de método químico ou físico. Exemplos de tais métodos incluem, porém não são limitados à extração de água de gás de síntese em um SOEC, extração de água de gás de síntese em um slaker, e remoção de água a partir do gás de produto de calcinador. A extração de água pode incluir métodos químicos como fazer interface do fluxo gasoso (por exemplo, fluxo de produto de gás de síntese, gás de produto de calcinador) com um material que pode reagir com a água, por exemplo, CaO, para formar outro produto como Ca(OH)2 ou algum tipo de dessecante. Outro método de extração química pode ser dividir a água em H2 e O2 como parte de uma unidade de produção de hidrogênio como um SOEC. Os métodos físicos podem incluir remoção de água por resfriamento, por condensação, filtração ou por separação de membrana. Um conduto de água serve como uma forma de conduto de produto que inclui água, como vapor, e pode incluir espécies gasosas adicionais, como CO, H2,CO2 e O2. A transferência de material produzido em um subsistema para outro subsistema ou entre unidades em um subsistema pode servir como acoplamento de transferência de material. Os exemplos de acoplamento de transferência de material incluem transferência de material através de um conduto de água, um conduto de oxidante ou um conduto de combustível.
[000128] O subsistema de produção de combustível sintético 102 é uma máquina que produz um combustível sintético a partir de moléculas de hidrogênio e moléculas de carbono, e em particular, de gás CO2 fornecido pelo subsistema de captura de CO2 101. Como usado aqui, “combustível sintético” inclui “produtos de síntese de combustível”, “bruto sintético”, “Fischer-Tropsch”, “combustíveis sintéticos”, “produtos de ar-para- combustíveis” e “combustíveis solares” e se refere a um produto que pode incluir hidrocarbonetos de extremidade leve, hidrocarbonetos de extremidade pesada, ou uma combinação desses componentes. Hidrocarbonetos de extremidade leve podem ser considerados como hidrocarbonetos que existem em fase de gás sob pressão atmosférica e temperaturas ambiente. Hidrocarbonetos de extremidade pesada podem ser considerados como hidrocarbonetos que existem essencialmente em fase líquida ou sólida (isto é, cera) sob pressão atmosférica e temperaturas ambiente. Os exemplos de hidrocarbonetos de extremidade leve de combustível sintético incluem, porém não são limitados a hidrogênio, metano, butano e propano. O componente de hidrogênio de extremidades leves de produto de combustível sintético pode ou não ser separado usando uma membrana e reciclado separadamente como insumo para outras unidades, por exemplo, uma unidade SGR no subsistema de produção de combustível sintético 102. Os exemplos de hidrocarbonetos de extremidade leve de combustível sintético incluem, porém não são limitados a, gasolina, diesel, combustível de jato, combustível de turbina de aviação e ceras. Os produtos de síntese de combustível Fischer Tropsch produzidos nos métodos descritos aqui podem ser adicionalmente refinados para produzir tipos específicos de combustível bem como plásticos e polímeros.
[000129] O subsistema de produção de combustível sintético 102 utiliza técnicas de síntese de combustível conhecidas (conhecidas como “vias”) que envolvem reagir uma fonte de carbono (como CO2) com uma fonte de hidrogênio. Diversas vias são conhecidas que usam intermediários diferentes como gás de síntese (uma mistura de monóxido de carbono (CO) e hidrogênio (H2)), metanol (MeOH), “Líquidos Fischer Tropsch” (ou “FTL”) que são similares em composição a óleo bruto leve, e outros. Em cada caso, os produtos podem ser refinados para fornecer combustíveis comercializáveis finais como gasolina, combustível de jato, combustível de turbina de aviação ou diesel para ser usado em motores de veículos existentes. Produtos de combustível sintético como combustível de jato, combustível de turbina de aviação, diesel ou gasolina, em comparação com o combustível de jato baseado em fóssil equivalente, combustível de turbina de aviação, diesel ou produtos de gasolina, tendem a ter teor dramaticamente reduzido de poluentes como enxofre, SOx, NOx, hidrocarbonetos aromáticos e matéria particulada. Produtos de combustível sintético têm níveis mais altos de pureza, tornando os mesmos mais desejáveis como uma fonte de combustível de transporte. Além disso, produtos de combustível sintético derivados de uma fonte atmosférica de CO2 tendem a ter menos impurezas para tratar durante os estágios intermediários, visto que uma fonte de CO2 atmosférico não tende a ter as mesmas impurezas que fontes de carbono tradicionais como gás natural, biomassa ou carvão. Vias de “Gás para líquido” (ou GTL) são técnicas conhecidas para sintetizar quimicamente combustíveis líquidos a partir de eletricidade, água e uma fonte de carbono, como gás natural. Os exemplos de tecnologia GTL são descritos na Patente US 9,321,641, Patente US 9,062,257, Patente europeia 2,463,023, Patente japonesa 5,254,278, Pedido de patente internacional 2006/044819, Patente US 8,062,623, Patente US 7,566,441, Patente canadense 2,936,903, Pedido de Patente US 2015/275097, pedido de Patente US 2015/291888, cujas revelações são aqui incorporadas por referências na íntegra. Os exemplos de sistemas de reator de gás de síntese e componentes são descritos na Patente US 9,321,641, Patente US 9.034,208, Patente US 6,818,198, e patente chinesa 102,099,445, cujas revelações são aqui incorporadas por referências na íntegra. O exemplo de sistemas e componentes de combustível sintético são descritos na Patente norte-americana 9,358,526, e Patente norte-americana 9,180,436, cuja revelação é aqui incorporada por referência na íntegra. Osa exemplos de trocadores reformadores para produção de gás de síntese são descritos na Patente norte-americana 9,126,172, e Patente US 9,321,655, cujas revelações são aqui incorporadas por referências na íntegra.
[000130] As implementações do subsistema de produção de combustível sintético 102 mostrado nas figuras 1 a 23, 27-30 sintetizam combustíveis a partir de CO2 e incluem uma unidade de reator de geração de gás de síntese (“SGR”) e um reator Fischer-Tropsch. A unidade SGR é uma máquina que reage a uma variedade de insumos, incluindo, porém, não limitado a hidrogênio, CO2, metano, gás natural, oxigênio, vapor, hidrocarbonetos de extremidade leve e bimetano para produzir gás sintético, ou “gás de síntese”. Como usado aqui, gás de síntese é uma mistura de gases H2 e CO, com possíveis frações menores de CO2, metano e vapor de água, e outros gases residuais dependendo dos métodos de produção. A unidade SGR pode operar em alta temperatura, por exemplo, acima de 500°C, pode operar em pressão atmosférica ou pressões mais altas de até 200 bar dependendo do processo, pode ou não exigir reciclagem de gases de produto, e pode incorporar uma variedade de catalisadores para participar nas reações principais. O reator Fischer-Tropsch é uma máquina que usa o processo Fischer-Tropsch para converter uma mistura de monóxido de carbono e hidrogênio em uma gama de produtos de combustível sintético incluindo hidrocarbonetos líquidos.
[000131] Processos Fischer-Tropsch tomam insumos de H2 e CO e convertem os mesmos em uma mistura de multicomponentes de hidrocarbonetos lineares e ramificados e produtos oxigenados, também conhecidos como hidrocarbonetos alifáticos. Em alguns aspectos, uma porção dos produtos pode ter baixa aromaticidade e teor de enxofre baixo a zero. Produtos Fischer-Tropsch podem incluir também parafinas lineares e α-olefinas, a saber: hidrogênio e hidrocarbonetos com baixo peso molecular (C1-C4), hidrocarbonetos com peso molecular médio (C4-C13) e hidrocarbonetos com alto peso molecular (C13+). Hidrogênio e hidrocarbonetos com baixo peso molecular podem ser usados para fazer combustíveis de combustão, polímeros e produtos químicos finos. Hidrocarbonetos com peso molecular médio tendo, por exemplo, composições similares à gasolina podem ser usadas como insumo para lubrificantes e combustíveis a diesel. Hidrocarbonetos com alto peso molecular são ceras ou parafinas e podem ser insumos para lubrificantes e também podem ser adicionalmente refinados ou hidrocraqueados em combustível diesel.
[000132] Em algumas implementações, reatores Fischer-Tropsch podem operar entre 200°C e 350°C e de 10 bar a 60 bar.
[000133] Em algumas implementações, síntese Fischer-Tropsh pode tomar gás de síntese (de uma variedade de fontes incluindo, por exemplo, unidades SMR, ATR, POx, RWGS) e converter o mesmo na maior parte em produtos de hidrocarboneto parafínico (peso molecular alto). Em alguns aspectos, os produtos resultantes podem incluir, por exemplo, dois fluxos: um produto pesado e um leve. Em temperatura ambiente esses produtos pesados e leves podem ser sólidos e líquidos, respectivamente.
[000134] Embora as implementações do subsistema de produção de combustível sintético 102 mostradas nas figuras 1 a 23, 27-30 usem uma via para sintetizar combustíveis a partir de CO2 que envolvem gerar um gás de síntese, o subsistema de produção de combustível sintético 102 pode sintetizar combustíveis usando outras vias, incluindo vias que sintetizam combustíveis de CO2 usando fontes de energia com baixo teor de carbono ou renováveis, por exemplo, solar, eólica, hidro, geotérmica, nuclear ou uma combinação desses componentes. Com referência à figura 17, muitas dessas vias também utilizam gás de síntese como um componente intermediário. Entretanto, combustível sintético pode ser também criado usando síntese de metanol a partir de gás de síntese seguido por conversão de metanol em gasolina (MTG). O processo MTG usa um catalisador de zeólito em torno de 400°C e 10-15 bar. Metanol é primeiramente convertido em di-metil éter (DME), e então em uma mistura de olefinas leves. Essas, por sua vez, são reagidas para produzir uma mistura de moléculas de hidrocarboneto. Os exemplos de métodos para síntese de metanol são descritos na patente chinesa 103,619,790, patente chinesa 102,770,401, Pedido de Patente US 2014/0323600 e patente alemã 102,007,030,440, cujas revelações são aqui incorporadas por referências na íntegra. Os exemplos de métodos de MTG são descritos na Patente canadense 2,913,061 e Patente US 9,133,074, cujas revelações são aqui incorporadas por referências na íntegra.
[000135] O subsistema de produção de combustível sintético 102 pode usar também uma via em que o combustível sintético é criado usando um processo de metanol em olefinas (MTO), que é similar ao processo MTG, porém é otimizado para primeiramente produzir olefinas. Essas são então alimentadas em outro processo de catalisador de zeólito, como processo de olefina em gasolina e destilado da Mobil (MOGD), para produzir gasolina. Como usado aqui, o acrônimo “MTO” se refere à combinação de MTO e MOGD. MTG e MTO produzem distribuições mais apertadas de comprimento de cadeia de carbono do que Fischer-Tropsh, devido a seus catalisadores mais seletivos. Essa seletividade reduz a necessidade de processamento posterior/beneficiamento e pode contribuir para vias de conversão mais eficientes em energia.
[000136] O subsistema de produção de combustível sintético 102 pode usar também uma via em que o combustível sintético é criado por hidrogenação direta. Aqui, metanol é sintetizado diretamente de CO2 e hidrogênio seguido por conversão de MTG. Os exemplos de hidrogenação direta de CO2 são descritos no pedido de patente US 2014/0316016, cuja revelação é aqui incorporada por referência na íntegra. Os exemplos de tecnologia de hidrogenação de CO2 são descritos na patente japonesa 2.713.684, patente 3376380 e patente europeia 864.360, cujas revelações são aqui incorporadas por referências na íntegra.
[000137] Com referência à figura 17, um fluxograma de implementações que podem ser usadas para produzir combustíveis sintéticos são ilustrados. Qualquer combinação dos blocos pode ser usada em combinação. Por exemplo, hidrogênio pode ser produzido por eletrólise, como membrana de eletrólito de polímero (PEM), alcalino, ou eletrólise de óxido sólido (SOEC), ou pode ser fornecido de outras fontes como hidrogênio residual de uma usina de chlor-álcali. Dióxido de carbono produzido a partir de captura de CO2 de fonte direta pode ser reduzido em monóxido de carbono usando uma variedade de processos de redução química ou eletroquímica, incluindo, porém, não limitado a processos de mudança de água-gás reversa. Em tais casos, monóxido de carbono e hidrogênio podem ser alimentados para processos de produção de combustível sintético, incluindo, porém, não limitado a processos Fischer-Tropsch, ou processos de síntese de metanol. Onde processos de síntese de metanol são usados, combustível sintético pode ser então produzido usando processos como metanol em gasolina (MTG) ou metanol em olefinas (MTO). Ainda em implementações adicionais, o dióxido de carbono a partir de captura de fonte diluída pode ser alimentado diretamente para um processo de hidrogenação, combinado com hidrogênio, e então alimentado para processos de síntese de combustível baseados em metanol. Os exemplos acima são ilustrativos ao invés de prescritivos, exemplos de implementações de processos de ar para combustíveis descritos aqui.
[000138] Como observado acima, a energia térmica de um subsistema 101, 102, 103 pode ser usada como energia de entrada por outro subsistema 101, 102, 103. Por exemplo, o subsistema de produção de combustível sintético 102 gera calor do tipo médio enquanto executa síntese de combustível (por exemplo, Fischer Tropsch ~250 - 350oC, Síntese de Metanol ~200-300oC, Metanol para Gasolina ~300-400oC, Metanol para Olefinas ~340 - 540oC), que pode ser usado por várias máquinas no sistema 100, incluindo o calcinador para pré-aquecer fluxos de alimentação, o slaker para produzir vapor em reações de slaking, o contator de ar para regenerar sorvente e liberar CO2, o SGR para pré-aquecer água de alimentação de caldeira e o reator Fischer-Tropsh para pré-aquecer o fluxo de alimentação de reator. Além disso, o subsistema de captura de CO2 101, subsistema de produção de hidrogênio 103, e subsistema de produção de combustível sintético 102 também geram calor do tipo alto durante operação (por exemplo, Calcinar - ~850-950oC, SOEC eletrólise ~800oC, SGR ~800oC-900oC) que pode ser usado por várias máquinas no sistema 100, incluindo o calcinador, o eletrolisador SOEC e o SGR. Esse calor do tipo alto e médio também pode ser usado para gerar energia, bem como fornecer calor de vapor para sistemas de refino e destilação à jusante.
[000139] Similarmente, fluidos produzidos ou descarregados por um subsistema 101, 102, 103 podem ser usados como insumo ou para outros processos em outro subsistema. Por exemplo, o subsistema de produção de combustível sintético 102 gera vapor (tanto pelo SGR como pelo reator Fischer-Tropsch) e o subsistema de captura de CO2 101 gera água (por exemplo, por reação de combustão no calcinador e o contator de ar ingerindo água durante tempos de precipitação), que pode ser usada por várias máquinas no sistema 100, incluindo no contator de ar para substituir perda de água devido à evaporação, e o slaker para produzir pasta de cal, lavar pelotas para remover teor alcalino antes da alimentação para dentro do calcinador, regenerar sorvente e liberar CO2 na unidade de regeneração de sorvente, e servir como insumo de hidrogênio no subsistema de produção de hidrogênio 103.
[000140] A tabela 2 ilustra algumas das reações químicas principais em processos de captura de CO2, processos de produção de H2 e processos de produção de combustível sintético ou gás de síntese que podem ser envolvidos em vias de ar para combustível juntamente com calores aproximados de reação. Como será discutido adicionalmente com referência à figura 1 a 30 essas vias sugerem como energia de calor e/ou materiais podem ser vantajosamente tocados entre os subsistemas 101, 102 e 103 que executam esses processos. Tabela 2: Reações químicas e calores aproximados associados a processos de ar para combustível
[000141] De acordo com uma primeira implementação, e com referência à figura 2, o sistema de produção de combustível sintético 100 inclui o subsistema de captura de CO2 101, o subsistema de produção de hidrogênio 103 e o subsistema de produção de combustível sintético 102. No subsistema de captura de CO2 101, um contator de ar 104 recebe ar atmosférico (incluindo, por exemplo, CO2, O2, N2 e impurezas) 120 e contata o mesmo com uma solução de captura de CO2 (incluindo, por exemplo, K2CO3. H2O, KOG, CaCO3 residual) 124. A solução de captura rica em CO2 122 é então enviada para um reator de pelota 105, que toma uma pasta de Ca(OH)2 128 e reage a mesma com a solução de captura rica em CO2 122 para precipitar o CO2 como carbonato sobre pelotas de carbonato de cálcio, que fazem parte de um fluxo 126 incluindo CaCO3 úmido e quantidade residual de K2CO3, H2O e KOH em aproximadamente 10°C. o fluxo pobre em CO2 sai do reator de pelota 106 e retorna para o contator de ar 104 como a solução de captura de CO2 124. As pelotas de carbonato de cálcio são processadas, secas e preaquecidas através de um slaker 106 e são eventualmente enviadas para um calcinador a oxigênio quente 107 através do fluxo de pelota 130. Devido à alta temperatura no calcinador 107, as pelotas calcinam, liberando o CO2 em um fluxo gasoso 132 que pode também incluir um ou mais de H2O, O2, impurezas e similares (fluxo de gás de produto gasoso calcinador). Os sólidos de óxido de cálcio quente (CaO) 131 são retornados ao slaker 106 onde o calor a partir do CaO quente pode ser usado para secar e pré-aquecer as pelotas de carbonato de cálcio, e o CaO é reagido (hidratado) com água para reformar a pasta de Ca(OH)2 128. O calor produzido a partir da reação de hidratação é desse modo trocado. A pasta de Ca(OH)2 resultante 128 é retornada para o reator de pelota 105 para crescer mais pelotas. A reação que ocorre no slaker 106 é levemente exotérmica, e calor residual gerado nessa unidade pode ser reciclado para uma unidade de geração de energia opcional 117 através de um fluxo de água / vapor 140. A unidade de geração de energia 117 pode incluir caldeiras de calor residual, turbinas de vapor, superaquecedores de vapor ou uma combinação desses componentes. Além de pelotas de carbonato de cálcio, o calcinador a oxigênio 107 é alimentado com oxigênio, que pode ser parcial ou totalmente fornecido pelo fluxo de subproduto de oxigênio 143 do subsistema de produção de hidrogênio 103. A transferência de material produzido em um subsistema para outro subsistema ou entre unidades em um subsistema pode servir como acoplamento de transferência de material. Os exemplos de acoplamento de transferência de material incluem transferência de material através de um conduto. Nesse sentido, o fluxo de subproduto de oxigênio 143 serve como um conduto de oxidante que transfere material partir de um subsistema (subsistema de produção de hidrogênio) para outro subsistema (subsistema de captura de CO2).
[000142] O calcinador 107 também requer combustível para queimar com o oxigênio para fornecer a temperatura de aproximadamente 900°C para calcinação. O combustível pode ser fornecido por um fluxo de gás natural 152 a partir de um fornecimento externo e/ou por um fluxo de subprodutos de extremidade leve 154 a partir de uma unidade Fischer Tropsch 112 no subsistema de produção de combustível sintético 102. Calcinação é uma reação altamente endotérmica, e por esse processo ocorre em temperaturas altas, e tanto os sólidos de óxido de cálcio como os fluxos de produto gasoso de calcinador saindo da unidade têm temperaturas de aproximadamente 900°C. o fluxo de produto gasoso de calcinador quente 132 é resfriado e enviado através de uma unidade de remoção e limpeza de sólidos 108, que pode incluir um filtro de ar, precipitador eletrostático, um resfriador, um trocador de calor, um condensador, ou uma combinação desses componentes, onde qualquer água e impurezas como pó pode ser removido como fluxos 134 e 138, respectivamente, antes de um fluxo de produto de CO2 150 ser enviado para uma unidade SGR 111 no subsistema de produção de combustível sintético 102.
[000143] Água 134 a partir da unidade de remoção e limpeza de sólidos 108 é enviada para uma unidade de tratamento e fonte de água 109 onde é limpa e reciclada de volta para o sistema geral 100. Água de composição ou suplementar pode ser fornecida à unidade de tratamento e fonte de água 109 através de uma fonte externa 136. Água a partir da unidade de fonte e tratamento de água 109 pode ser produzida para outras unidades no sistema 100, por exemplo, como água 163 para a unidade de slaker 106 e/ou água 142 para a unidade de geração de hidrogênio 110.
[000144] O subsistema de produção de hidrogênio 103 inclui uma unidade de geração de hidrogênio 110 como um eletrolisador de água e é acionado por uma fonte de alimentação como uma fonte renovável de eletricidade. A unidade de geração de hidrogênio 110 produz um fluxo de produto de hidrogênio 146 e um fluxo de oxigênio de subproduto 143 a partir de um fluxo de insumo de hidrogênio 144 (por exemplo, água). Pelo menos uma porção do fluxo de oxigênio de subproduto 143 é enviada para o calcinador a oxigênio 107, e o fluxo de produto de hidrogênio 146 pode ser enviado para a unidade SGR 111 e a unidade Fischer Tropsch 112 no subsistema de produção de combustível sintético 102, como fluxos separados 1764 e 1753 respetivamente, ou como um fluxo único alimentado primeiramente para a unidade SGR 111, onde qualquer hidrogênio não reagido sai da unidade SGR 111 com os gases SGR de produto no fluxo 148 e é então enviado para a unidade Fischer-Tropsch 112. O fluxo de produto de hidrogênio 146 é aquecido até aproximadamente 800°C por um trocador de calor 116 antes de ser alimentado para a unidade SGR 111. O fluxo de produção de hidrogênio 146 é reagido com o fluxo de produto de CO2 150 na unidade SGR 111 para produzir um fluxo de gás de produto 148 chamado gás de síntese que pode incluir, por exemplo, CO, H2O, H2, CH4 e CO2. Água produzida na unidade SGR 111 pela reação pode ser alimentada para a unidade de geração de hidrogênio 110 através de fluxo 156 para uso como insumo de hidrogênio; essa água pode ser resfriada por um trocador de calor 115. Nesse sentido, o fluxo 156 serve como um conduto de água que transfere material de um subsistema (subsistema de produção de gás de síntese) para outro subsistema (subsistema de produção de H2). O gás de síntese 148 é resfriado em um trocador de calor 114 antes de entrar na unidade Fisher-Tropsch 112.
[000145] O fluxo de produto de hidrogênio 146 e o gás de síntese 148 são reagidos na unidade Fischer- Tropsch 112 para produzir produtos de hidrocarboneto. Hidrocarbonetos mais leves produzidos pela unidade Fischer- Tropsch 112 e qualquer hidrogênio não reagido são retornados ao sistema 100, por exemplo, para o calcinador a oxigênio 107 através do fluxo 154 para ser usado como combustível.
[000146] Em algumas implementações, os hidrocarbonetos mais leves produzidos pelo subsistema de produção de combustível sintético 102, por exemplo, pela unidade Fischer-Tropsch 112, podem ser reciclados de volta no subsistema de produção de combustível sintético 102, por exemplo, para a unidade SGR 111 (não mostrado). Hidrocarbonetos mais pesados são enviados à jusante para processamento adicional ou produto final como fluxo 160. Água no fluxo de produto é eliminada pela unidade Fischer- Tropsch 112 e é enviada através do fluxo de água 158 para limpeza em uma unidade de limpeza 113; essa água pode ser reciclada de volta para o subsistema de produção de hidrogênio 110 através do fluxo 157 ou para outro lugar no sistema 100 através do fluxo 162.
[000147] Os trocadores de calor (114, 115 e 116) podem ou não incorporar calor residual a partir de outro lugar no sistema geral para aquecer 116 ou resfriar 114, 115 os fluxos de processo que passam através dos mesmos.
[000148] Em algumas implementações, o subsistema de captura de CO2 101 pode incorporar um meio de hidratação em temperatura alta ou slaker de vapor (não mostrado) na unidade de slaker 106. Em outras implementações a unidade SGR 111 de subsistema de produção de combustível sintético 102 pode ser um reator de mudança de gás inverso (RWGS) ou incluir uma unidade de reator de geração de gás de síntese diferente (SGR) ao invés de ou em combinação com a unidade SGR 111, como um reformador auto-térmico (ATR), um reator de oxidação parcial, reformador de metano seco (DMR) ou um reformador de metano de vapor (SMR). Em algumas implementações, o insumo de hidrogênio para o sistema de produção de combustível sintético 102 pode pelo menos ser parcialmente fornecido por produtos a partir da unidade SGR (não mostrada).
[000149] Com referência agora à figura 3 e de acordo com uma segunda implementação, um sistema de produção de combustível sintético 200 inclui o subsistema de captura 101, o subsistema de produção de hidrogênio 103 e o subsistema de produção de combustível sintético 102. Todos os componentes do sistema 200 são substancialmente iguais como na primeira implementação do sistema 100 ilustrada na figura 1, com as exceções sendo que no subsistema de captura de CO2 101, o calcinador 207 é agora aquecido com uma fonte de energia renovável 252 ao invés de gás natural ou produtos de extremidade leve a partir da unidade Fischer Tropsch 112; os exemplos de tais fontes de energia renovável 252 incluem uma ou mais de fontes de hidroeletricidade, energia térmica solar, eólica, geotérmica ou de calor de energia (por exemplo, reatores de sal fundido). Usar uma fonte de energia renovável para fornecer o calor para a unidade de calcinador 207 significa que o fluxo de produto de CO2 quente 132 não contém os produtos de oxi-combustão comuns (H2O, CO2, O2 residual); ao invés, contém na maior parte produtos de calcinação como CO2 e impurezas residuais. Nesse sentido, o fluxo de produto de CO2 quente 132 serve como um conduto de produto de calcinador que transfere o fluxo de produto a partir do calcinador para a unidade de remoção de sólidos. Isso elimina a necessidade de remoção de água antes de enviar para unidades à jusante, por exemplo, o SGR 111. Também, nessa implementação a unidade de remoção e limpeza de sólidos 208 opera em temperaturas mais altas que a unidade 108 na primeira implementação, por exemplo, até aproximadamente 800°C - 950°C, e como tal incorpora materiais de filtro que podem manipular temperaturas mais altas, como elementos de fibra de cerâmica, material refratário, wollastonita de cerâmica, fibras de cerâmica de uma composição de aluminossilicato como são descritos na patente norueguesa 960.955, cuja revelação é aqui incorporada por referência na íntegra ou similar. Nessa implementação, a unidade de remoção e limpeza de sólidos 208 não necessita de componentes para remoção de água.
[000150] O fluxo de produto de CO2 quente 150 que sai da unidade de remoção e limpeza de sólidos em alta temperatura 208 pode ser então diretamente alimentado para a unidade SGR 111 sem necessitar de pré-aquecer trocadores e/ou com menos calor necessitando ser fornecido para a unidade SGR 111, desde que a unidade SGR 111 esteja operando em baixa pressão.
[000151] A unidade SGR 111 está operando em uma baixa pressão, por exemplo, ligeiramente acima de atmosférica, de modo que o fluxo de produto de CO2 quente 150 que sai da unidade de calcinador 105, que também está operando perto de pressão atmosférica, pode alimentar adequadamente para dentro da unidade SGR 111. Qualquer compressão significativa necessária para alimentar para dentro da unidade SGR 111 envolveria resfriar o fluxo 150, o que retiraria a vantagem de ter o fluxo de produto quente 150 alimentado diretamente para dentro da unidade SGR 111. Os fluxos de gás podem ser movidos entre unidades usando sopradores em alta temperatura, baixa pressão se exigido/conforme necessário.
[000152] Em alguns aspectos, o fluxo de produto de CO2 quente 150 é transferido com perda mínima de calor de modo que uma quantidade substancial do calor de fluxo possa ser retida, desse modo reduzindo a necessidade de energia de calor externa para a unidade SGR. Dito de outro modo, o fluxo de produto de CO2 quente 150 é transferido para a unidade SGR 111 em um modo para evitar substancialmente resfriar o fluxo; embora possa haver algum resfriamento/perda de calor devido à necessidade de transferir através de tubos, por exemplo, deve-se ter cuidado para minimizar perda de calor e o fluxo 150 não seria intencionalmente resfriado até o ponto onde uma quantidade significativa da energia térmica é removida.
[000153] Em alguns aspectos, as unidades de calcinador podem ser operadas em pressões ligeiramente mais alta que as atmosféricas, isto é, até alguns bars de pressão, para diminuir a compressão entre o calcinador e as unidades SGR, enquanto ainda mantém troca de gás em temperaturas mais altas entre as duas unidades. Nesses casos, entretanto, é observado que a temperatura exigida de calcinação eleva exponencialmente à medida que a pressão se eleva, portanto, operando o calcinador até mesmo em 2 bars de pressão exigiria um aumento significativo em temperatura operacional de calcinador, o que rapidamente impacta a entrada de energia para o sistema. Adicionalmente, há limites superiores práticos sobre a temperatura operacional de calcinador devido às temperaturas de fusão e sujeira a partir de impurezas.
[000154] Implementações de unidades de SGR de pressão baixa e como fazem interface são descritas em mais detalhe na figura 18 e 19. O fluxo de oxigênio de subproduto 143 a partir do subsistema de produção de hidrogênio 103 não é enviado para a unidade de calcinador 207 e ao invés pode ser usado para oxy-fire turinas para energia, oxy-fire as necessidades de aquecimento para a unidade SGR 111 ou pode ser enviado para fora do sistema para outras finalidades (não mostradas). A unidade SGR 111 pode ser uma unidade RWGS modificada para tratamento a oxigênio (não mostrado).
[000155] Com referência agora à figura 4 e de acordo com uma terceira implementação, um sistema de produção de combustível sintético 300 inclui o subsistema de captura de CO2 101, o subsistema de produção de hidrogênio 103 e o subsistema de produção de combustível sintético 102. Todos os componentes no sistema 300 são substancialmente iguais como na primeira implementação do sistema 100 ilustrado na figura 1, com as exceções sendo que no subsistema de captura de CO2 101, os gases de calcinador quente 332 são passados através de um primeiro trocador de calor 301 para extrair calor em excesso e fornecer o mesmo para um sistema de geração de energia 317 através do fluido de trocador de calor 333 para gerar energia. Adicional ou alternativamente, calor em excesso a partir da unidade de slaker 106 é extraído e enviado para o sistema de geração de energia 317 na forma de vapor 334 para gerar energia.
[000156] Além disso, o subsistema de captura de CO2 101 inclui um segundo trocador de calor 302 que é usado em um processo de recuperação de calor para aquecer o fluxo de gás de produto de oxigênio 143 a partir de aproximadamente 20°C para aproximadamente 600°C usando calor a partir de sólidos de óxido de cálcio quente (Cao) 131 (desse modo fazendo com que a temperatura dos sólidos caia de aproximadamente 950°C para 550°C). o fluxo de gás de produto de oxigênio aquecido 143 é então alimentado para dentro do calcinador 107 para uso em combustão.
[000157] Com referência agora à figura 5 e de acordo com uma quarta implementação, um sistema de produção de combustível sintético 400 inclui o subsistema de captura de CO2 101, o subsistema de produção de hidrogênio 103 e o subsistema de produção de combustível sintético 102. Todos os componentes no sistema 400 são substancialmente iguais aos da primeira implementação do sistema 100 ilustrado na figura 1, com as exceções sendo que no subsistema de captura de CO2 101 os gases de calcinador quente 132 são passados através de um trocador de calor 401 para extrair calor em excesso e fornecer o mesmo para um sistema de coleta de calor residual 417 através de um primeiro fluido de transferência de calor 403. O calor residual é coletado e enviado para uma unidade de destilação e refino à jusante 402 através de um segundo fluido de transferência de calor 405. A unidade de destilação e refino 402 pode também aceitar o fluxo de produtos líquidos 160 a partir da unidade Fischer Tropsch 112 no subsistema de produção de combustível sintético 102.
[000158] Com referência agora a figura 6 e de acordo com uma quinta implementação, um sistema de produção de combustível sintético 500 inclui o subsistema de captura de CO2 101, o subsistema de produção de hidrogênio 103 e o subsistema de produção de combustível sintético 102. Todos os componentes no sistema 500 são substancialmente iguais aos na primeira implementação do sistema 100 ilustrado na figura 1, com as exceções sendo que no subsistema de captura de CO2 101, os gases de produto quentes de calcinador 132, incluindo CO2, H2O e O2, são enviados através de uma unidade de remoção e limpeza de sólidos em alta temperatura 508, que é similar à segunda implementação da unidade 208, porém que remove partículas somente como fluxo de partículas 509,após o que todos os gases 511 (incluindo CO2, H2O, O2) são enviados diretamente para o subsistema de produção de hidrogênio 103 no qual são alimentados para uma unidade de célula de eletrolisador de óxido sólido em alta temperatura (SOEC) 510 para uso como insumo de hidrogênio. Nesse sentido, o fluxo de produto quente 132 serve como um conduto de produto de calcinador que transfere material a partir do calcinador para a unidade de remoção de sólidos (unidade 508 nesse caso), enquanto o fluxo 511 serve como um conduto de produto que transfere material a partir de um subsistema (subsistema de captura de CO2) para outro subsistema (subsistema de produção de H2). A energia de calor no fluxo de gás quente 511 pode ser usada como energia de entrada pela unidade SOEC 510. Energia a partir de uma fonte externa também pode ser fornecida para acionar a unidade SOEC 510, que pode ser fornecida, por exemplo, por uma fonte de energia renovável. Se necessário, o fornecimento de vapor para o subsistema de produção de hidrogênio 103 pode ser suplementado com vapor 512 gerado na unidade slaker 106, água 142 a partir da unidade de tratamento e fonte de água 109, ou uma combinação dessas fontes. Nesse sentido, os fluxos 512 e 142 servem como condutos de água que transferem material de um subsistema (subsistema de captura de CO2) para outro subsistema (subsistema de produção de H2).
[000159] A unidade SOEC 510 opera para produzir um fluxo de produto 54 6 que contém CO2, H2 e CO que é então enviado para a unidade SGR 111 (que nessa implementação pode ser um reator RWGS) e um fluxo de subproduto de oxigênio 143. Pelo menos uma porção do fluxo de oxigênio de subproduto 143 é enviada para o calcinador a oxigênio 107.
[000160] Água 156 é removida na unidade SGR 111 e é resfriada em uma unidade de trocador de calor 515 antes de passar através de uma unidade de limpeza 113 e é então reciclada como parte do fluxo de água 550 para a unidade de tratamento e fonte de água 109 para uso conforme necessário no sistema 500. Alterna ou adicionalmente, pelo menos uma porção do fluxo de água 557 pode ser desviada diretamente para a unidade SOEC 510 à montante do trocador de calor 515, para fornecer energia de calor e insumo de hidrogênio.
[000161] Com referência agora à figura 7 e de acordo com uma sexta implementação, um sistema de produção de combustível sintético 600 inclui o subsistema de captura de CO2 101, o subsistema de produção de hidrogênio 103 e o subsistema de produção de combustível sintético 102. Todos os componentes no sistema 600 são substancialmente iguais aos da primeira implementação do sistema 100 ilustrado na figura 1, com as exceções sendo que no subsistema de captura de CO2 101, os gases de produto quente de calcinador 132 incluindo CO2, H2O e O2, são enviados através de uma unidade de remoção e limpeza de sólidos em alta temperatura 608, onde quaisquer partículas sólidas são removidas quando o fluxo 509 e água (vapor) é separado como fluxo 609 usando uma membrana de remoção de água em alta temperatura. O vapor 609 é enviado para uma unidade SOEC 610 no sistema de produção de hidrogênio 103 e os outros gases de produto quente 611 (incluindo, por exemplo, CO2, O2) são enviados para a unidade SGR 111 no sistema de combustível sintético 102. Nesse sentido, o fluxo 609 serve como um conduto de água que transfere material a partir de um subsistema (subsistema de captura de CO2) para outro subsistema (subsistema de produção de H2). Similar à segunda implementação, a unidade SGR 111 nessa implementação deve estar operando em uma baixa pressão de levemente acima de atmosférica, visto que o fluxo de produto de CO2 quente 132 vindo da unidade de calcinador 107 está em pressão atmosférica, e qualquer compressão exigida para alimentar para dentro de uma unidade SGR de pressão mais alta 111 envolveria resfriar o fluxo 611 significativamente, retirando a vantagem de ter o fluxo de produto quente 611 alimentado diretamente para dentro da unidade SGR 111. Esse método de alimentação direta é feito de tal modo para evitar substancialmente resfriar o fluxo 611. Se necessário, o fornecimento de vapor para o subsistema de produção de hidrogênio 103 pode ser suplementado com vapor 512 gerado na unidade slaker 106, a água 142 a partir da unidade de tratamento e fonte de água 109, ou uma combinação das duas fontes. O subsistema de produção de hidrogênio 103 produz um fluxo de hidrogênio 146 e um fluxo de oxigênio 143. Pelo menos uma porção do fluxo de oxigênio 143 é alimentada para o calcinador 107 e o fluxo de hidrogênio 146 é alimentado diretamente para a unidade SGR 111, onde excedente suficiente é alimentado de modo que haja hidrogênio no fluxo de produto de gás de síntese 148 que é então resfriado e prossegue para a unidade Fischer-Tropsch 112. Água 156 é removida na unidade SGR 111 e é resfriada em uma unidade de trocador de calor 615 antes de passar através de uma unidade de limpeza 113 e é então reciclada como parte de fluxo de água 550 para a unidade de tratamento e fonte de água 109 para uso conforme necessário no sistema 600. Alternativa ou adicionalmente, pelo menos uma porção da água pode ser desviada como fluxo 657 diretamente para a unidade SOEC 610 à montante do trocador de calor 615, para fornecer energia térmica e insumo de hidrogênio.
[000162] Com referência agora à figura 8 e de acordo com uma sétima implementação, um sistema de produção de combustível sintético 700 inclui o subsistema de captura de CO2 101, o subsistema de produção de hidrogênio 103 e o subsistema de produção de combustível sintético 102. Todos os componentes no sistema 700 são substancialmente iguais como na primeira implementação do sistema 100 ilustrado na figura 1, com as exceções sendo que no sistema de captura de CO2 101, o fluxo de produto gasoso de calcinador quente 132 é enviado através de uma unidade de trocador de calor 701, em que calor é transferido para um fluido de transferência de calor 703 que, por sua vez flui para uma unidade de vapor 717; consequentemente, o fluxo de produto gasoso de calcinador é resfriado de aproximadamente 950°C para menos de aproximadamente 450°C. O vapor 140 a partir do slaker 106 também é enviado para a unidade de vapor 717 e o vapor resultante 702 pode ser enviado para uma unidade SOEC 710 para fornecer energia de calor e o insumo de hidrogênio. Se necessário, a unidade de vapor 717 pode ser suplementado com água 705 a partir da unidade de tratamento e fonte de água 109.
[000163] Após através da unidade de trocador de calor 701, o fluxo de produto gasoso de calcinador resfriador 132 é então enviado para a unidade de remoção e limpeza de sólidos 108 e processado do mesmo modo que na primeira implementação. O subsistema de produção de hidrogênio 103 produz um fluxo de hidrogênio 146 e um fluxo de oxigênio 143. Pelo menos uma porção do fluxo de oxigênio 143 é alimentado para o calcinador 107 e o fluxo de produto de hidrogênio 146 é dividido; uma porção 1764 vai para a unidade SGR 111 e uma porção 1753 é enviada à jusante, para misturar com o gás de síntese 148 antes de ser resfriado em uma unidade de trocador de calor 114 e enviado para a unidade Fischer-Tropsch 112. Água 156 é removida na unidade SGR 111 e é resfriada em um trocador de calor 715 antes de ser reciclado, juntamente com qualquer água em excesso a partir da unidade Fischer-Tropsch 112, como água 850 para a unidade de fonte de H2O 109 para uso conforme necessário no sistema 700, por exemplo, para uso no slaker 106 e subsistema de produção de hidrogênio 103. Alternativa ou adicionalmente, a água 157 pode ser desviada diretamente para a unidade SOEC 710 à montante do trocador de calor 715, para fornecer energia térmica e insumo de hidrogênio.
[000164] Com referência agora à figura 9 e de acordo com uma oitava implementação, um sistema de produção de combustível sintético 800 inclui o subsistema de captura de CO2 101, o subsistema de produção de hidrogênio 103 e o subsistema de produção de combustível sintético 102. Todos os componentes no sistema 800 são substancialmente iguais como no sistema da primeira implementação 100 ilustrado na figura 1, com as exceções sendo que no subsistema de captura de CO2 101, o fluxo de produto gasoso de calcinador 132 é enviado através de uma unidade de remoção e limpeza de sólidos em alta temperatura 808, onde quaisquer partículas de sólidos são removidas 809 e água (vapor) é separada usando uma membrana de remoção de água em alta temperatura. O vapor 811 é enviado através de uma unidade SOEC 810 no subsistema de produção de hidrogênio 103 para fornecer energia térmica e insumo de hidrogênio. Nesse sentido, o fluxo 811 serve como um conduto de água que transfere material partir de um subsistema (subsistema de captura de CO2) para outro subsiste (subsistema de produção de H2). Os outros gases de produto quente 813 (CO2, O2 residual) são enviados para a unidade SGR 111 no sistema de combustível sintético 102, para uso como energia térmica e insumo de CO2. Similar a segunda e sexta implementações, a unidade SGR 111 nessa implementação deve estar operando em uma baixa pressão de levemente acima de atmosférica, visto que o fluxo de produto de CO2 quente 132 vindo da unidade de calcinador 107 é operador em condições quase atmosféricas, e qualquer compressão exigida para alimentar para dentro de uma unidade SGR de pressão mais alta 111 envolveria resfriamento do fluxo 813 significativamente, retirando a vantagem de ter o fluxo de produto quente 813 alimentado diretamente para dentro da unidade SGR 111. Esse método de alimentação direta é feito de modo a evitar substancialmente resfriar o fluxo 813. Se necessário, o fornecimento de vapor para o subsistema de produção de hidrogênio 103 pode ser suplementado com vapor 512 gerado na unidade de slaker 106, água 142 partir da unidade de tratamento e fonte de água 109, ou uma combinação dessas duas fontes. O vapor fornecido fornece energia de calor e pelo menos uma porção do insumo de hidrogênio e a água fornecida pode fornecer pelo menos uma porção do insumo de hidrogênio.
[000165] O subsistema de produção de hidrogênio 103 produz um fluxo de hidrogênio 146 e um fluxo de oxigênio 143. Pelo menos uma porção do fluxo de oxigênio 143 é alimentada para o calcinador 107 e o fluxo de hidrogênio 146 é dividido; uma porção é alimentada diretamente para a unidade SGR 111 quando o fluxo 1764, e o resto desvia da unidade SGR 111 como fluxo 1753, e se une ao fluxo de gás de síntese 148 à montante de uma unidade de trocador de calor 814, em que calor é transferido a partir do fluxo de gás de síntese 148 para o fluxo de pelota de CaCO3 130, de modo que o fluxo de gás de síntese e hidrogênio combinado 812 seja resfriado de aproximadamente 800°C para aproximadamente 350°C, e o fluxo de pelota 130 é preaquecido de aproximadamente 350°C para aproximadamente 750°C, antes de ser alimentado para dentro do calcinador 107. os exemplos de alguns tipos de designs de troca de calor que podem ser usados para realizar essa forma de troca de calor de processo sem incorrer em problemas de formação de pó de metal comumente encontrados com gás de síntese são descritos nas figuras 22, 23, 27-29. O fluxo de hidrogênio e gás de síntese combinado 821 prossegue para a unidade Fischer-Tropsch 112. Água 156 é removida na unidade SGR 111 e é resfriada em uma unidade de trocador de calor 815 antes de passar através de uma unidade de limpeza 113 e é então reciclada como água 550 para a unidade de fonte e tratamento de água 109 para uso conforme necessário no sistema 800. Alternativa ou adicionalmente, a água 157 pode ser desviada diretamente para a unidade SOEC 810 à montante do trocador de calor 815, para fornecer energia térmica e insumo de hidrogênio.
[000166] Com referência agora à figura 10 e de acordo com uma nona implementação, um sistema de produção de combustível sintético 900 inclui o subsistema de captura de CO2 101, o subsistema de produção de hidrogênio 103 e o subsistema de produção de combustível sintético 102. Todos os componentes do sistema 900 são substancialmente iguais como na primeira implementação do sistema 100 ilustrada na figura 1, com as exceções sendo que no subsistema de captura de CO2 101, o fluxo de produto gasoso de calcinador quente 132 é enviado através de uma unidade de remoção e limpeza de sólidos em alta temperatura 908, similar àquela da segunda e quinta implementações, que remove partículas 909 somente, após o que um fluxo de gás quente 911 (incluindo CO2, H2O, O2) é enviado diretamente para o subsistema de produção de hidrogênio 103 no qual o fluxo de gás é alimentado para dentro de uma unidade SOEC em alta temperatura 910, para uso como energia de entrada e insumo de hidrogênio. Energia adicional 1052 pode ser fornecida para a unidade SOE 910 por uma fonte energia, como uma fonte de energia renovável. Se necessário, o fornecimento de vapor para o subsistema de produção de hidrogênio 103 pode ser suplementado com vapor 512 gerado na unidade de slaker 106, água 142 a partir da unidade de fonte e tratamento de água 109, ou uma combinação dessas duas fontes.
[000167] Pelo menos uma porção do fluxo de oxigênio de subproduto 143 a partir da unidade SOEC 910 é enviada para o calcinador a oxigênio 107 e outro fluxo de produto 913 contendo CO2, H2 e CO, é enviado para a unidade SGR 111. O fluxo de subproduto de água 156 a partir da unidade SGR 111 é resfriado em uma unidade de trocador de calor 915, e é então limpa na unidade de limpeza 113 e enviada de volta para a unidade de fonte de H2O 109 como parte de fluxo 917 para reutilização no sistema geral 100. Adicionalmente, pelo menos uma porção do fluxo de água de subproduto 157 pode ser desviada à montante da unidade de trocador de calor 915 e alimentada diretamente para a unidade SOEC 910. O fluxo de produto de gás de síntese 148 a partir da unidade SGR 111 é enviado para uma unidade de trocador de calor 901 onde troca calor para o fluxo de pelota de CaCO3 130 a partir da unidade de slaker 106, fazendo com que o fluxo de produto de gás de síntese 148 resfrie de aproximadamente 800°C a aproximadamente 350°C, e fazendo com que o fluxo de pelota seja preaquecido de aproximadamente 350°C para aproximadamente 750°C. o fluxo de gás de produto resfriado 948 pode ser adicionalmente resfriado em uma unidade de trocador de calor 902 antes de ser enviado para a unidade Fischer Tropsch 112, enquanto o fluxo de pelota aquecido 130 é alimentado para dentro do calcinador 107.
[000168] Com referência agora à figura 11 e de acordo com uma décima implementação, um sistema de produção de combustível sintético 1000 inclui o subsistema de captura de CO2 101, o subsistema de produção de hidrogênio 103 e o subsistema de produção de combustível sintético 102. Todos os componentes no sistema 1000 são substancialmente iguais aos da primeira implementação do sistema 100 ilustrado na figura 1, com as exceções sendo que um pouco do fluxo de produto de hidrogênio 146 a partir do subsistema de produção de hidrogênio 103 é combinada com um fluxo de produto resfriado 1002 incluindo CO2, O2 a partir da unidade de remoção e limpeza de sólidos 108 para produzir um fluxo de produto combinado (“fluxo de alimentação de SGR”) 1004, incluindo espécies de gás como H2, CO2, O2, que é então enviado através de uma unidade de trocador de preaquecimento 1001 e então para dentro da unidade SGR 111 que nessa implementação inclui um reator RWGS. a unidade SGR 111 transmite um fluxo de produto SGR quente 1005 (incluindo espécies de gás como CO, H2, H2O e CO2) que é então alimentado para dentro da unidade de trocador de preaquecimento 1001, onde calor é transferido a partir do fluxo de produto SGR 1005 para o fluxo de alimentação SGR 1004, desse modo pré-aquecendo o fluxo de alimentação de SGR 1004 a partir de aproximadamente 350°C para aproximadamente 750°C e resfriando o fluxo de produto de SGR 1005 a partir de aproximadamente 800°C para 300°C.
[000169] Após o fluxo de produto de SGR 1005 sair da unidade de trocador de calor 1001, flui através de um slaker 1006 no subsistema de captura de CO2 101 onde água é removida a partir do mesmo; essa água pode ser usada pelo slaker 1006 em uma reação de hidratação para formar a pasta de Ca(OH)2 128. Nesse sentido, o fluxo de produto de SGR 1005 serve como um conduto de água que transfere material a partir de um subsistema (subsistema de produção de gás de síntese) para outro subsistema (subsistema de captura de CO2). A unidade de slaker de vapor 1006 envia qualquer vapor em excesso 140 para uma unidade de vapor 1017 que pode ser usada para gerar energia ou fornecer energia de entrada, água ou uma combinação de ambos, para outras partes do sistema 1000. O fluxo de produto SGR desidratado 1014 sai do slaker de vapor e headasback para o subsistema de produção de combustível sintético 102 onde combina com o resto do fluxo de hidrogênio 1753 a partir do subsistema de produção de hidrogênio 103 e o fluxo combinado então alimenta para dentro da unidade Fischer Tropsch 112.
[000170] Com referência agora à figura 12 e de acordo com uma décima-primeira implementação, um sistema de produção de combustível sintético 1100 inclui o subsistema de captura de CO2 101, o subsistema de produção de hidrogênio 103 e o subsistema de produção de combustível sintético 102. Todos os componentes no sistema 1100 são substancialmente iguais aos da primeira implementação do sistema 100 ilustrado na figura 1, com as exceções sendo que o fluxo de produto de hidrogênio 146 a partir do subsistema de produção de hidrogênio 103 é combinado com o fluxo de produto 1102 incluindo espécies de gás como CO2, O2 a partir da unidade de remoção e limpeza de sólidos 108 para produzir um fluxo de produto de gás combinado (“primeiro fluxo de alimentação de SGR”) 1104 (incluindo espécies de gás como H2, CO2, O2) que é então enviado através de uma primeira unidade de trocador de preaquecimento 1103. A primeira unidade de trocador de preaquecimento 11032 toma o fluxo de gás de produto quente (incluindo espécies de gás como H2O, CO, CO2) 1105 a partir de uma unidade de SGR de primeiro estágio 1101 (“primeiro fluxo de produto de SGR”) e usa o mesmo para pré-aquecer o primeiro fluxo de alimentação 1104 a partir de aproximadamente 350°C a aproximadamente 750°C. após o primeiro fluxo de produto SGR 1105 sair da primeira unidade de trocador de preaquecimento 1103 e ser resfriado de aproximadamente 800°C para 350°C, é então enviado para uma unidade de slaker de vapor 1106 no subsistema de captura de CO2 101 onde água é removida a partir do mesmo e pode ser usado na reação de hidratação para formar a pasta de Ca(OH)2 128. A unidade de slaker de vapor 1106 envia qualquer vapor em excesso 1107 para uma unidade de vapor 1117, que pode gerar energia ou fornecer energia de entrada, água ou ambos para outras partes do sistema 1100. O primeiro fluxo de produto SGR desidratado 1115 sai da unidade de slaker de vapor 1106 e se dirige para o subsistema de produção de combustível sintético 102 onde serve como um fluxo de alimentação para uma segunda unidade de trocador de preaquecimento 1114, que tem a mesma função que a primeira unidade de trocador de calor 1103. O fluxo de alimentação preaquecido 1115 entra em uma unidade SGR de segundo estágio 1102, e o segundo fluxo de produto SGR resultante 1108 se dirige através da unidade de trocador de preaquecimento 1114 e então é alimentado para dentro da unidade Fischer Tropsch 112.
[000171] Embora uma disposição de trocador de calor /SGR de dois estágios, que pode servir como um conjunto de SGR de múltiplos estágios, seja mostrado na figura 12, em implementações alternativas mais ou menos estágios de SGR e trocadores de preaquecimento ou inter- resfriamento podem ser fornecidos.
[000172] Com referência agora à figura 13 e de acordo com uma décima-segunda implementação, um sistema de produção de combustível sintético 1200 inclui o subsistema de captura de CO2 101, o subsistema de produção de hidrogênio 103 e o subsistema de produção de combustível sintético 102. Todos os componentes no sistema 1200 são substancialmente iguais aos no sistema 100 ilustrado na figura 1, com as exceções sendo que no subsistema de captura de CO2 101, o fluxo de produto gasoso de calcinador quente 132 é enviado através de uma unidade de remoção e limpeza de sólidos em alta temperatura 1208, similar àquela descrita nas segunda, quinta e nona implementações, após o que um fluxo de gás de produto 1211 (incluindo, por exemplo, CO2, H2O, O2 residual) é enviado diretamente para o subsistema de produção de hidrogênio 103 no qual é alimentado para uma primeira unidade SOEC em alta temperatura 1210. O fluxo de produto quente 1211 fornece energia de entrada e o insumo de hidrogênio para a unidade SOEC 1210. Energia adicional pode ser fornecida por uma fonte externa 1220, como de uma fonte de energia renovável. Se necessário, o fornecimento de vapor para o subsistema de produção de hidrogênio 103 pode ser suplementando com vapor 512 gerado na unidade slaker 106, água 142 a partir da unidade de tratamento e fonte de água 109 ou uma combinação de ambos.
[000173] Pelo menos uma porção do fluxo de oxigênio de subproduto 143 é enviada para o calcinador a oxigênio 107 e o outro fluxo de gás de produto 1213 (primeiro fluxo de produto SOEC), incluindo por exemplo CO2, H2 e CO, é enviado para uma primeira unidade de SGR de estágio 1201 que nessa implementação inclui um reator RWGS. O primeiro fluxo de gás de produto SGR resultante 1215 (incluindo, por exemplo, H2O, CO, CO2, O2, H2) é então enviado através de uma segunda unidade SOEC em alta temperatura 1203 para converter a água em H2 e O2. Pelo menos uma porção do fluxo de oxigênio de subproduto 1219 a partir da unidade SOEC 1203 é enviada para a unidade de calcinador 107 enquanto o segundo fluxo de produto SOEC 1217 é enviado para uma segunda unidade RWGS de estágio 1202. O fluxo de gás de produto 1221 a partir da segunda unidade RWGS de estágio 1202 (“segundo fluxo de produto SGR”) incluindo por exemplo, H2O, CO H2 pode ser enviado para uma terceira unidade SOEC em alta temperatura 1204. Pelo menos uma porção do fluxo de oxigênio de subproduto resultante 1223 pode ser enviado para a unidade de calcinador 107 e o gás de síntese restante 1225 é enviado para uma unidade de trocador de calor 1205 onde troca calor com o fluxo de pelota de CaCO3 130 a partir da unidade slaker 106 no subsistema de captura de CO2 101. O fluxo de gás de síntese resfriado 1225 se dirige da unidade de trocador de calor 1205 para a unidade Fischer Tropsch 112 e o fluxo de pelota aquecida 130 se dirige para a unidade de calcinador 107.
[000174] Embora uma disposição de trocador de calor / SGR de três estágios, que pode servir como um conjunto SGR de múltiplos estágios, seja mostrada na figura 13, em implementações alternativas mais ou menos estágios SGR e trocadores de preaquecimento ou inter-resfriamento podem ser fornecidos.
[000175] Com referência agora à figura 14 e de acordo com uma décima-terceira implementação, um sistema de produção de combustível sintético 1300 inclui o subsistema de captura de CO2 101, o subsistema de produção de hidrogênio 103 e o subsistema de produção de combustível sintético 102. Todos os componentes no sistema 1300 são substancialmente iguais como na primeira implementação do sistema 100 ilustrado na figura 1, com as exceções sendo que no subsistema de captura de CO2 101, a segunda implementação do calcinador 207 e a unidade de remoção e limpeza de sólidos 208 são usadas. Como observado anteriormente o calcinador 207 é acionado por energia renovável, e a unidade de remoção e limpeza de sólidos 208 opera em temperaturas muito mais alas que a unidade da primeira implementação, e como tal incorpora materiais de filtro que podem manipular em temperaturas mais altas, como elementos de fibra de cerâmica, material refratário, wollastonita de cerâmica, ou fibras de cerâmica de uma composição de aluminossilicato. O fluxo de produto de CO2 quente 150 que sai da unidade de remoção e limpeza de sólidos 208 pode ser então diretamente alimentado para a unidade SGR 111 sem necessitar de trocadores de preaquecimento e/ou com menos calor necessitando ser fornecido para a unidade SR 111. O fluxo de hidrogênio 146 a partir da unidade de produção de H2 103 é dividido; uma porção pode ser alimentada diretamente para a unidade SGR 111 como fluxo 1764; e uma porção pode desviar da unidade SGR 111 como fluxo 1753, combinando com o fluxo de gás de produto 148 a partir da unidade SGR 111 à montante de uma unidade de trocador de calor 1314. A mistura de gás é então enviada através de uma unidade de troca de calor 1314 que troca calor entre o fluxo de gás e um fluxo de pelota de CaCO3 126 a partir da unidade de reator de pelota 105. A mistura resfriada de hidrogênio e fluxo de gás de síntese 1301 se dirige a partir da unidade de trocador de calor 1314 para a unidade Fischer Tropsch 112 e o fluxo de pelota aquecido 126 então se dirige para a unidade slaker 106. O fluxo de oxigênio de subproduto 143 a partir do subsistema de produção de hidrogênio 103 não é enviado para a unidade de calcinador e ao invés pode ser usada para acionar a oxigênio turbinas para energia, acionar a oxigênio as necessidades de aquecimento para o SGR 111, enviado para um usuário final externo, ou uma combinação dessas opções.
[000176] Em algumas modalidades, as pelotas de CaCO3 são primeiramente enviadas para o slaker e então enviadas para uma unidade de trocador de calor 1314. Em outras implementações, o subsistema de produção de combustível sintético 102 pode incluir uma unidade SGR diferente de ou em combinação com a unidade SGR 111, como um ATR, reator de oxidação parcial, DMR, um SMR ou uma unidade RWGS modificada para manipulação adequadamente a oxigênio.
[000177] Com referência à figura 15 e de acordo com uma décima-quarta implementação, um sistema de produção de combustível sintético 1500 inclui o mesmo subsistema de produção de hidrogênio 103 e subsistema de produção de combustível sintético 102 como nas implementações anteriores, porém um tipo diferente de subsistema de captura de CO2 15012. Mais particularmente, o subsistema de captura de CO2 1501 usa um processo de química de líquido diferente e equipamento para extrair as moléculas de CO2 a partir do ar, a saber solução de captura aquosa pobre em CO2 1503. CO2 é extraído a partir do ar usando um contator de ar 1504, que transmite uma solução de captura aquosa rica em CO2 1510 para uma unidade de processamento de solução 1505. Uma solução de captura aquosa rica em CO2 processada 1514 é então alimentada para uma unidade de regeneração 1507, que produz uma solução de captura regenerada 1513 e um fluxo de produto 1515 incluindo CO2 e H2O, que é então alimentado para uma unidade de recuperação de água 1508, para extrair água e um fluxo de produto de CO2 seco 1517. A água é alimentada para a unidade de fonte e tratamento de água 109 através de fluxo de água 1534 para uso conforme necessário no sistema geral, como água 1519 para a unidade de processamento de solução 1505 e/ou como insumo para o subsistema de produção de hidrogênio 103. O fluxo de produto de CO2 1517 é enviado para um SGR 15121 do subsistema de produção de combustível sintético 102 para uso do mesmo modo como nas implementações anteriores.
[000178] A unidade de regeneração de DAC 1507 pode incluir reatores de extração, geradores de vapor de recuperação de calor, caldeiras, refervedores, unidades de tratamento de condensado, trocadores de calor e produtos químicos de composição. A unidade de processamento de solução 1505 pode incluir uma ou mais das unidades de membrana acionadas eletricamente, incluindo, por exemplo, eletrodiálise, unidades de nanofiltração e osmose inversa, evaporadores acionados termicamente e unidades de filtração.
[000179] O vapor 1512 gerado no subsistema de produção de combustível sintético 102 pode ser usado para extrair CO2 e regenerar o sorvente no subsistema de captura de CO2 1501 (por exemplo, a partir de uma ou mais da unidade Fischer-Tropsh 1512 e SGR 1511). Também, subprodutos de hidrocarboneto de extremidade leve 1523 produzidos pela unidade Fischer-Tropsch 1512 podem ser usados como combustível pela unidade de regeneração 1507. Nesse sentido, o fluxo 1523 serve como um conduto de combustível que transfere o combustível a partir do subsistema de produção de combustível sintético para a unidade de regeneração 1507. Adicional ou alternativamente, um pouco do H2 e O2 produzido pelo subsistema de produção de hidrogênio 103 pode ser usado para aquecer a unidade de regeneração 1507 através de combustão de fluxo de H2 1525 e fluxo O2 1527.
[000180] Máquinas de síntese de combustível, como reatores Fischer-Tropsch, podem ser usadas diretamente como refervedores na unidade de regeneração de DAC 1507. A unidade de regeneração 1507 pode ser a oxigênio, eletricamente aquecida ou pode usar calor residual e/ou vapor a partir de outros subsistemas. Adicionalmente, a solução de captura aquosa rica em CO2 1510 pode ser usada como um líquido de resfriamento para o subsistema de produção de combustível sintético 102, por exemplo, pela unidade Fischer Tropsch 1512 (não mostrado). Com referência à figura 16 e de acordo com uma décima-quinta implementação, um sistema de produção de combustível sintético 1600 inclui o mesmo subsistema de produção de hidrogênio 103 e subsistema de produção de combustível sintético 102 como nas implementações anteriores, porém um tipo diferente de subsistema de captura de CO2 1601. Mais particularmente, o subsistema de captura de CO21601 usa tecnologia de sorvente sólido, e inclui um contator de ar de sorvente sólido 1604, uma unidade de geração de vapor 1607 e uma unidade de remoção de água 1608. O subsistema de captura de CO2 1601 ainda envia um fluxo de CO2 1617 para o subsistema de produção de combustível sintético 102 como nas implementações anteriores. Nesse subsistema de captura de CO2 1601, o vapor 1609 é usado como uma fonte de calor para liberar o CO2 e regenerar o sorvente sólido. O vapor pode ser gerado via geradores de vapor de recuperação de calor, caldeiras, refervedores, diretamente através de vapor a partir da unidade de síntese de combustível e/ou pode incluir unidades de tratamento de condensado, trocadores de calor e produtos químicos de composição. Em particular, o vapor 1621 gerado no subsistema de produção de combustível sintético 102 (por exemplo, a partir da unidade Fisher-Tropsch 1612 e a partir de SGR 1611) pode ser fornecido para a unidade de geração de vapor 1607 para essa finalidade.
[000181] A unidade de geração de vapor 1607 pode ser a oxigênio, eletricamente aquecida ou usar calor residual / vapor a partir de outros subsistemas. Também subprodutos de hidrocarboneto de extremidade leve 1623 produzidos pela unidade Fisher-Tropsch 1612 podem ser usados como combustível pela unidade de gerador de vapor 1607. Adicional ou alternativamente, um pouco de H2 e O2 produzido pelo hidrogênio o subsistema de produção 103 pode ser usado para aquecer a unidade de geração de vapor 1607 através de fluxo de H2 1625 e fluxo de O2 1627.
[000182] Um fluxo de produto 1615 incluindo CO2 e H2O, que é então alimentado para uma unidade de remoção de água 1608, para extrair água e um fluxo de produto de CO2 seco 1617. A água é alimentada para a unidade de fonte e tratamento de água 109 através do fluxo de água 1634 para uso conforme necessário no sistema geral, como água 1619 para a unidade de geração de vapor 1607 e/ou como insumo para o subsistema de produção de hidrogênio 103.
[000183] Com referência agora à figura 18 e de acordo com uma décima-sétima implementação, um sistema de produção de combustível sintético 1700 inclui o subsistema de captura de CO2 101, o subsistema de produção de hidrogênio 103 e o subsistema de produção de combustível sintético 102. No subsistema de captura de CO2 101, há uma unidade de calcinador 1707, e o fluxo de gás de produto quente 132 a partir da unidade de calcinador 1707 é enviado para uma unidade de remoção e limpeza de sólidos em alta temperatura 208. A unidade de remoção de sólidos em alta temperatura 208 é similar às unidades de remoção de sólidos em alta temperatura descritas nas figuras 3, 7, 9 e 14 com a característica essencial sendo a unidade ser capaz de transferir gases de produto de calcinador quente a partir do subsistema de captura de CO2 101 para a unidade SGR 1711. Nessa implementação, a unidade SGR 1711 é uma unidade SGR de baixa pressão, operando em pressões levemente acima da atmosférica. Nessa implementação, o subsistema de produção de combustível sintético 102 inclui ainda uma unidade de tratamento de gás de síntese 1745, uma unidade de compressão 1737, e uma unidade Fischer Tropsch 112.
[000184] Em alguns aspectos, o fluxo de produto de calcinador quente 150 sai do subsistema de captura de CO2 101 a aproximadamente 850°C - 900°C e pode ser então diretamente alimentado para dentro de uma unidade SGR 1711 que está operando em baixa pressão ligeiramente acima da atmosférica, sem a necessidade de resfriamento e compressão, trocadores de preaquecimento e/ou com menos calor necessitando ser fornecido à unidade SGR 1711. O método de alimentar diretamente o fluxo de produto de calcinador quente 150 para a unidade SGR 1711 é feito de modo a evitar substancialmente resfriar o fluxo sendo alimentado para a unidade SGR 1711.
[000185] Em alguns aspectos, operar a unidade SGR 1711 em pressões mais baixas, por exemplo, pressões em ou abaixo de aproximadamente 10 bar, pode também permitir supressão de metanação na unidade SGR 1711. Além disso, operar em pressões mais baixas pode reduzir a temperatura operacional da unidade SGR 1711 de aproximadamente 900°C a aproximadamente 850°C, que pode permitir uma escolha maior de materiais para construção de recipiente, que, por sua vez, fornece custo de capital mais competitivo em termos de custo da unidade SGR 1711.
[000186] Em alguns casos, o fluxo de produto de gás de síntese quente de SGR 148 que sai da unidade de SGR 1711 é enviado para uma unidade de tratamento de gás de síntese 1745 onde a composição gasosa é ajustada por remover uma porção de um ou mais dos componentes H2O, CO2 e H2 de modo que o fluxo de gás de síntese 1735 que sai da unidade de tratamento de gás de síntese 1745 tem a razão desejada de H2:CO para alimentar a unidade Fischer Tropsch à jusante, 112. Em alguns aspectos, a unidade de tratamento de gás de síntese pode incluir equipamento de separação de gás comum, como membranas, peneiras moleculares, adsorção de oscilação de pressão, adsorção de oscilação térmica e similares.
[000187] Em alguns casos, o fluxo de gás de síntese de produto de gás de síntese tratado 1735 pode ser então enviado para uma unidade de compressão 1737 onde é comprimido até a pressão de alimentação para a unidade Fischer Tropsch 112, de aproximadamente 20 a 30 bar. Água produzida como subproduto durante compressão sai do compressor como fluxo 1741. Os componentes separados do fluxo de gás de síntese 148 na unidade de tratamento de gás de síntese 1745, por exemplo, fluxo de CO2 1749, fluxo de H2 1751, fluxo de H2O 1747 ou uma combinação desses componentes, podem ser enviados de volta, separadamente ou misturados, para a unidade SGR 1711 como fluxo(s) de reciclagem.
[000188] O fluxo de H2 146 produzido pela unidade de geração de H2 110 pode ser dividido em um ou mais fluxos de alimentação de hidrogênio, por exemplo, fluxos 1764 e 1753, que podem ser enviados para a unidade de SGR 1711 e a unidade Fischer Tropsch 112, respectivamente.
[000189] Em algumas implementações, uma porção do fluxo de calor necessário 1729 necessário para a unidade de SGR 1711 pode vir de uma operação de combustão, por exemplo, de um ou mais de ar ou oxi-combustão de uma fonte de combustível 1761. O fluxo de fonte de combustível 1761 pode incluir componentes como hidrogênio, gás natural, hidrocarbonetos de extremidade leve a partir da unidade Fischer Tropsch 112 ou uma combinação dos acima.
[000190] Em alguns casos, o fluxo de calor 1729 exigido para a unidade de SGR 1711 poderia ser eletricamente gerado, por exemplo, através do uso de elementos elétricos comercialmente disponíveis ou aquecedores, incluindo, por exemplo, pré-aquecedores elétricos de tubo em linha.
[000191] Em alguns aspectos, além do fluxo de alimentação de CO2 quente 150 a partir do subsistema de captura 101, a unidade de SGR 1711 pode ser alimentada um ou mais fluxos de alimentação adicionais, incluindo, por exemplo, fluxo dividido de H2 1765, fluxos reciclados a partir da unidade de tratamento de gás de síntese 1745, fluxos de alimentação de reagente, como um fluxo de CHG4 1759, um fluxo de vapor 1755, o fluxo de hidrocarboneto de extremidade leve Fischer-Tropsch 1754 ou uma combinação desses componentes. Além disso, um ou mais desses fluxos de alimentação podem ser usados como a fonte de hidrogênio para o subsistema de produção sintética 101, adicionalmente ou alternativamente o uso de um ou mais fluxos de insumo alternativos podem permitir redução ou eliminação do uso do fluxo de hidrogênio 1764 a partir da unidade de geração de hidrogênio 110.
[000192] Em algumas implementações o fluxo de CH4 1759 pode ser disponível como um fluxo de alimentação de reagente mais barato, e quando o fluxo de CH4 1759, o fluxo de vapor 1755, o fluxo de hidrocarboneto de extremidade leve 1754 ou qualquer combinação desses fluxos são alimentados para a unidade de SGR 1711, a unidade de SGR 1711 então incluiria pelo menos uma porção de RWGS, reações SMR, reações DMR ou uma combinação dessas reações, para produzir o fluxo de produto de gás de síntese 148. Em alguns aspectos usar o fluxo de CH4 1759 pode ser mais econômico do que usar o fluxo de H2 17 64, por exemplo, quando eletricidade renovável é indisponível ou cara e usar uma fonte de hidrocarboneto de extremidade leve Fischer Tropsch ou CH4 para insumo de reagente para a unidade de SGR 1711 (e operar a unidade de SGR 1711 pelo menos em parte como uma unidade SMR ou DMR) é mais eficaz em termos de custo do que operar a subunidade de produção de hidrogênio eletricamente acionada 110 e alimentar o fluxo de H2 resultante 146 como insumo para o subsistema de produção de combustível sintético 102.
[000193] Em alguns aspectos, a unidade de SGR de baixa pressão 1711 descrita nessa implementação pode ser incorporada em qualquer das outras implementações descritas nas figuras 3, 7, 9, 14, 19, 22 e 23 onde gases de produto de calcinador quente são enviados diretamente (com ou sem primeiramente transferidos através de um unidade de remoção de sólidos de temperatura elevada) para a unidade de SGR 1711 (isto é, sem ser resfriado, comprimido e reaquecido entre a unidade de calcinador e as unidades de SGR).
[000194] Na implementação mostrada na figura 18, uma ou mais da unidade de SGR 1711 e unidade de calcinador 1707 pode exigir que combustível queimasse com os fluxos divididos de oxigênio respectivos 1765 e 1766 para fornecer o calor operacional para produção de gás de síntese e calcinação, respectivamente. Nesse sentido, os fluxos divididos de oxigênio 1765 e 1766 servem como condutos de oxidante que transferem material a partir do subsistema de produção de hidrogênio para o subsistema de produção de combustível sintético e o subsistema de captura de CO2, respectivamente. O combustível pode ser fornecido por um fornecimento de hidrogênio fora do local, hidrogênio fornecido a partir do subsistema de produção de hidrogênio 110, gás natural, hidrocarbonetos de extremidade leve Fischer Tropsch a partir da unidade Fischer Tropsch 112 ou uma combinação desses componentes como fluxo 1761.
[000195] Na implementação mostrada na figura 18, a unidade de calcinador 1707 pode alternativamente ser aquecida eletricamente como descrito nas figuras 3, 14 e 24 até 26. Nesses casos, o fluxo de alimentação de CO2 132 indo do calcinador 1707 para a unidade de SGR 1711 pode ter substancialmente menos ou nenhum teor de água do que quando a unidade de calcinador 1707 é aquecida usando combustão de uma fonte de combustível, e como resultado, o fluxo de gás de produto de calcinador 132 pode não exigir os mesmos componentes à jusante, por exemplo, remoção de água, antes de ser enviado para a unidade de SGR 1711.
[000196] Com referência agora a figura 19 e de acordo com uma décima-oitava implementação, um sistema de produção de combustível sintético 1800 inclui o subsistema de captura de CO2, o subsistema de produção de hidrogênio 103 e o subsistema de produção de combustível sintético 102. Todos os componentes do sistema 1800 são substancialmente iguais aos da décima-sétima implementação do sistema 1700 ilustrado na figura 18, com a exceção sendo que a unidade de SGR de baixa pressão 1711 utiliza eletricidade para gerar todo calor de processo necessário. O subsistema de produção de combustível sintético 102 inclui uma unidade de aquecedor indireto elétrico 1818 que fornece fluxo de calor 1729 para a unidade de SGR 1711.
[000197] Em alguns aspectos, um ou mais dos fluxos de alimentação para a unidade de SGR de baixa pressão 1711 são aquecidos usando componentes de aquecimento elétrico em alta temperatura 1863, por exemplo, aquecedores elétricos em linha, fita de aquecimento elétrico ou fio de aquecimento por resistência, bobinas ou elementos, em alguns casos construídos de, por exemplo, uma liga de cromo níquel. Em alguns aspectos, esses tipos de componentes de aquecimento elétrico podem operar em temperaturas até aproximadamente 900°C. Em alguns casos, alguns tipos de fios de aquecimento podem operar em temperaturas mais altas para manter temperaturas de gás em fluxo de aproximadamente 900°C.
[000198] Um exemplo de tipos comercialmente disponíveis de produtos de aquecimento elétrico em linha para aquecer fluxos de alimentação gasosos pode incluir um corpo de aquecedor construído de aço inoxidável, fornece calor até aproximadamente 900°C e opera até 4 bar de pressão de gás, utilizando uma faixa de potências de até 36 kW e 380 ou 480 tensão em fase única ou trifásica.
[000199] Em alguns aspectos, aquecedores elétricos em linha podem ser colocados em paralelo na tubulação de fluxo de alimentação para permitir mais de um aquecedor para compartilhar a carga de aquecimento. alternativamente, e dependendo da carga de calor, um comprimento geral mais longo do elemento aquecedor pode ser usado.
[000200] A exigência de energia para o(s) aquecedor(es) elétrico(s) pode ser calculada pela seguinte fórmula simples: Eh = (Q* ΔT)/2500 Onde Eh = exigência de energia de aquecedor (kW) Q = regime de fluxo de gás (SCFM) ΔT = mudança em temperatura (°F)
[000201] Em alguns aspectos, quando a unidade de SGR 1711 opera em pressão e temperaturas mais baixas (de até aproximadamente 10 bar e 850°C, respectivamente), os métodos acima mencionados de aquecimento elétrico em linha dos fluxos de alimentação são possíveis. Além de aquecimento em linha dos fluxos de alimentação da unidade de SGR 1711, a pressão operacional mais baixa da unidade de SGR 1711 permite que a unidade de SGR 1711 opere em uma temperatura operacional mais baixa, por exemplo, quando a unidade de SGR 1711 está operando como um reator RWGS, que pode então permitir que a reação RWGS prossiga de modo adiabático para formar gás de síntese (por exemplo, usando o calor sensível nos fluxos de alimentação de entrada para acionar a reação). Em alguns aspectos isso pode resultar em uma temperatura de saída de produto mais baixa de proximamente 700°C. em alguns casos, esse método de aquecimento (eletricamente) é feito ao invés de fornecer calor diretamente para a unidade de SGR 1711 por uma unidade de queimador que queima combustível em uma zona de transferência de calor radiante.
[000202] Quando operado em uma pressão mais baixa a unidade de SGR 1711 pode então operar em uma temp. mais baixa sem diminuir a seletividade do produto de gás de síntese alvo.
[000203] Adicionalmente, quando a unidade de SGR 1711 opera em pressões mais baixas, isso permite operar em temperaturas mais baixas sem arriscar uma seletividade mais baixa dos produtos de gás de síntese alvo. Por exemplo, algumas das reações secundárias típicas que ocorrem em unidades de SGR, como a reação secundária de metanação, são reduzidas em temperaturas mais baixas ao operar em pressões mais baixas.
[000204] Em algumas implementações, esses métodos de aquecimento indiretos e eletricamente fornecidos podem não funcionar tão bem em temperaturas mais altas, encontradas, por exemplo, com unidades SGR que operam em pressões mais altas entre 20 bar e 40 bar, devido às limitações de temperatura do equipamento de aquecimento elétrico.
[000205] Nessa implementação, o fluxo de produto de calcinador quente 150 sai do subsistema de captura de CO2 101 em aproximadamente 850°C - 900°C e pode então ser diretamente alimentado para dentro de uma unidade de SGR 1711 que está operando em baixa pressão ligeiramente acima de atmosférica, sem a necessidade de resfriamento e compressão, trocadores de preaquecimento e em alguns casos com menos calor externo necessitando ser fornecido à unidade de SGR 1711. O método de alimentar diretamente o fluxo de produto de calcinador quente 150 para a unidade de SGR 1711 é feito de modo a evitar resfriar substancialmente o fluxo sendo alimentado para a unidade de SGR 1711.
[000206] Além disso, operar em pressões mais baixas pode reduzir a temperatura operacional da unidade de SGR 1711 de aproximadamente 900°C para aproximadamente 700°C, o que também pode permitir uma escolha maior de materiais para construção de recipiente, que por sua vez fornece custo de capital mais competitivo em termos de custo da unidade de SGR 1711.
[000207] Em alguns aspectos a unidade de SGR eletricamente aquecida de baixa pressão, 1711, descrita nessa implementação pode ser incorporada em qualquer uma das outras implementações descritas nas figuras 3, 7, 9, 14, 18, 22 e 23 onde gases de produto de calcinador quente são enviados (com ou sem serem transferidos através de uma unidade de remoção de sólidos em alta temperatura 208 primeiramente) diretamente para a unidade de SGR 1711 (isto é, sem ser resfriado, comprimido e reaquecido entre a unidade de calcinador e as unidades de SGR).
[000208] Na implementação mostrada na figura 19, a unidade de calcinador 1707 pode exigir combustível para queimar com o fluxo de fonte de oxigênio 1766 para fornecer a temperatura operacional para calcinação. O combustível pode ser fornecido por um fornecimento de hidrogênio fora do local, hidrogênio fornecido a partir do subsistema de produção de hidrogênio 110, gás natural, hidrocarbonetos de extremidade leve Fischer Tropsch a partir da unidade Fischer Tropsch 112 ou uma combinação desses componentes como fluxo 1761.
[000209] Em alguns aspectos, a unidade de SGR eletricamente aquecida de baixa pressão 1711 descrita aqui pode ser incorporada em qualquer uma das outras implementações contendo um calcinador eletricamente aquecido, por exemplo, figuras 3, 14, e 24 até 26, de modo que a maioria se não todas as exigências de aquecimento térmico externo para o sistema de produção de combustível sintético 100 são fornecidas de uma fonte elétrica, ao invés de combustão de combustível. Em alguns aspectos, isso pode diminuir a intensidade de carbono do fluxo de produto Fischer Tropsch 160, particularmente quando a fonte elétrica é derivada da energia renovável como hidro, solar, eólica, nuclear, geotérmica ou uma combinação dessas fontes.
[000210] De acordo com uma décima-nona implementação, e com referência à figura 20, o sistema de produção de combustível sintético 1900 inclui o subsistem de captura de CO2 101, o subsistema de produção de hidrogênio 103 e o subsistema de produção de combustível sintético 102. O subsistema de captura de CO2 101 tem um calcinador a oxigênio 1907, unidade de remoção e limpeza de sólidos 108 e uma unidade de tratamento de água 109, e o sistema de produção de combustível sintético 102 têm uma unidade de SGR a oxigênio 1911, uma unidade Fischer Tropsch 1912 e uma unidade de compressão e limpeza 1970. O calcinador a oxigênio 1907 tem uma unidade de queimador de calcinador 1972 e um recipiente de reator de calcinador 1971. O SGR 1911 tem uma unidade de queimador de SGR 1968 e um recipiente de reator de SGR 1969.
[000211] O calcinador 1907 requer que combustível queime com o fluxo de oxigênio 1766 para fornecer a temperatura de 900°C para calcinação no reator de calcinador 1971 e o SGR 1911 também requer que combustível queime com o fluxo de oxigênio 1765 para fornecer uma temperatura até 900°C para o calor de reação exigido para produção de gás de síntese no recipiente de SGR 1969. O calcinador 1907 opera em pressão atmosférica enquanto a unidade de SGR 1911 pode operar em pressão baixa ou alta dependendo da aplicação.
[000212] Em alguns aspectos, a unidade de queimador de calcinador a oxigênio 1972 e unidade de queimador de SGR 1968 são alimentados com oxigênio, que pode ser parcial ou totalmente fornecido pelo fluxo de subproduto de oxigênio 143 do subsistema de produção de hidrogênio 110, como fluxos 1766 e 1765, respectivamente. O combustível para ambos o queimador de calcinador 1972 e queimador de SGR 1968 pode ser fornecido por um fluxo de gás natural 1952 a partir de um fornecimento externo, um fluxo de hidrogênio 146 a partir da unidade de produção de H2 110 no subsistema de produção de hidrogênio 103, fluxo de hidrocarbonetos de extremidade leve Fischer Tropsch 1954, ou uma combinação desses fluxos. O design de queimador para a unidade de queimador de calcinador 1972 e a unidade de queimador de SGR 1968 pode ser selecionado para manipular os tipos diferentes de combustível usado - por exemplo, combustível de hidrogênio requer um design de queimador que possa manipular a combustão de hidrogênio e suas propriedades físicas. Esses designs de queimador podem ser encontrados em uma variedade de aplicações industriais.
[000213] Em alguns aspectos, tanto o combustível como o oxigênio são fornecidos para a unidade de queimador de calcinador 1972 e unidade de queimador de SGR 1968, que manipulam a reação de combustão e fornecem o calor resultante para o recipiente de reator de calcinador 1971 e recipiente de reator de SGR 1969, respectivamente. Os produtos de reação de combustão incluirão H2O, e para aplicações quando pelo menos um do fluxo de gás natural 1952 ou fluxo de hidrocarboneto de extremidades leves Fischer Tropsch 1954 está em uso, CO2. Os produtos de reação de combustão incluirão uma gama de concentrações de H2O e CO2, dependendo da composição da(s) fonte (s) de combustível usado. Por exemplo, a combustão do fluxo de combustível de gás natural 1952 sozinha produzirá produtos levemente diferentes do que quando misturado com ou substituído totalmente pelo fluxo de combustível de hidrogênio 146 a partir da unidade de produção de H2 103.
[000214] A unidade de queimador de calcinador 1972 é interna ao reator de calcinador e, em designs de leito de fluido, está situada na zona de leito de sólidos, perto do fundo do reator. Em um design de forno calcinador, o queimador está situado na extremidade inferior perto de onde o material calcinado sai para um resfriador. Como resultado dos queimadores sendo internos ao reator de calcinador 1971, o fluxo de produtos de combustão quente 1967 é misturado e sai com os produtos de reação de calcinação como fluxo 1932.
[000215] O queimador de SGR 1968 é, com a exceção de um SGR configurado para reformação auto térmica (ATR), localizado externamente ao recipiente de SGR 1969 e como tal fornece calor via fluxo 1973 para um ou mais recipientes de SGR 1969, a partir dos queimadores que podem estar situados em uma caixa de forno 1999 que encerra um ou mais tubos de recipiente de SGR (que contêm o leito catalisador e através dos quais os fluxos de alimentação se movem). Em um design de ATR, os queimadores são localizados em uma zona de combustão situada no recipiente de SGR 1969, porém à montante das zonas catalíticas (não mostradas).
[000216] Quando o queimador de SGR 1968 é externo ao recipiente de SGR 1969, os produtos de combustão de queimador, incluindo, por exemplo, H2O, em aplicações quando pelo menos uma porção do fluxo de gás natural 1952 é usado para combustão, podem ser enviados através do fluxo 1974 para a unidade de compressão e limpeza 1970, onde qualquer água presente é removida como fluxo 1975 e o fluxo de gás CO2 1976, se presente, é comprimido antes de ser enviado para o recipiente de SGR 1969 como um fluxo de alimentação para as reações de gás de síntese.
[000217] Tanto o fluxo de sólidos de óxido de cálcio 131 como o fluxo de produto gasoso de calcinador 132 que saem da unidade têm temperaturas de aproximadamente 900°C.
[000218] Em alguns aspectos, o fluxo de produto gasoso de calcinador quente 132 é enviado através de uma unidade de remoção de sólidos em alta temperatura, similar àquelas em implementações anteriores como descrito nas figuras 3, 7, 9, 18, 19, 22 e 23, de modo que o fluxo de gás de produto CO2 quente, isento de sólidos, resultante, 150 possa ser enviado diretamente para a unidade de SGR 1911, e nesse caso, a unidade de SGR 1911 estaria operando em pressões mais baixas, por exemplo, entre atmosférica até aproximadamente 10-12 bar, de modo que o fluxo 132 não exigiria resfriamento ou compressão antes de ser alimentado para dentro da unidade de SGR 1911.
[000219] Em alguns aspectos, o fluxo de produto gasoso de calcinador quente 132 é enviado através de uma unidade de remoção e limpeza de sólidos 108, que pode incluir um filtro de ar, precipitador eletrostático, um resfriador, um trocador de calor, um condensador, ou uma combinação desses componentes, onde qualquer água e impurezas são removidas como fluxos 134 e 138,respectivamente, antes de um fluxo de produto de CO2 resfriado, comprimido 150 ser enviado para uma unidade de SGR 1911 no subsistema de produção de combustível sintético 102.
[000220] Em alguns aspectos, fluxos de água 134, 1975, 156, fluxos de água de outras unidades de remoção de água no sistema de produção de combustível sintético 1900, ou uma combinação de quaisquer desses fluxos podem ser enviados para uma unidade de fonte e tratamento de água 109 onde são limpos e reciclados de volta para o sistema geral 1900. Água de composição ou suplementar pode ser fornecida à unidade de fonte e tratamento de água 109 através de uma fonte externa 136. Água a partir da unidade de fonte e tratamento de água 109 pode ser fornecida para outras unidades no sistema 1900.
[000221] Em alguns casos, o subsistema de produção de hidrogênio 103 inclui uma unidade de geração de hidrogênio 110 como um eletrolisador de água, e é acionado por uma fonte de energia como uma fonte de eletricidade renovável. Essa unidade de geração de hidrogênio 110 produz um fluxo de produto de hidrogênio 14 6 e um fluxo de oxigênio de subproduto 143 a partir de um fluxo de insumo de hidrogênio 144 (por exemplo, água). Pelo menos uma porção do fluxo de oxigênio de subproduto 143 é enviado para um ou mais do calcinador a oxigênio 1907 e o SGR a oxigênio 1911 como fluxos 1766 e 1765, respectivamente. Pelo menos uma porção do fluxo de produto de hidrogênio 146 pode ser enviado como um fluxo de combustível 1979 para o queimador calcinador 1972, como um fluxo de combustível 1978 para o queimador de SGR 1968, ou uma combinação dos mesmos. Além de ou ao invés do uso como uma fonte de combustível, pelo menos uma porção do fluxo de produto de hidrogênio 146 pode ser enviado como um fluxo de alimentação 1764 para a unidade de SGR 1911, como um fluxo de alimentação 1753 para a unidade Fisher Tropsch 1912 ou uma combinação dessas unidades, como fluxos separados ou como um fluxo único alimentado primeiramente para a unidade de SGR 1911, onde qualquer hidrogênio não reagido sai da unidade de SGR 1911 com os gases SGR de produto no fluxo 148 e é então enviado para a unidade Fischer-Tropsch 1912. O fluxo de gás de síntese 148 é resfriado (não mostrado) antes de entrar na unidade Fisher- Tropsch 1912.
[000222] O fluxo de produto de hidrogênio 1753 e o fluxo de gás de síntese 148 são reagidos na unidade Fischer-Tropsch 1912 para produzir produtos de hidrocarboneto. O fluxo de hidrocarbonetos de extremidade leve 1954 produzido pela unidade Fischer-Tropsch 1912 pode ser enviado de volta no sistema 1900, por exemplo, para o queimador calcinador a oxigênio 2072 através de fluxo dividido 1980, para o queimador de SGR a oxigênio 2068 através do fluxo dividido 1981, ou uma combinação dos mesmos, para ser usado como combustível. Nesse sentido, os fluxos divididos de hidrocarbonetos de extremidade leve 1980 e 1981 servem como condutos de combustível que transferem combustível a partir do subsistema de produção de combustível sintético para o calcinador e SGR, respectivamente. Adicional ou alternativamente, pelo menos uma porção do fluxo de extremidades leves de Fischer Tropsch 1954 pode ser enviada para o recipiente de SGR 1969 como uma alimentação de reagente (não mostrado). Hidrocarbonetos mais pesados são enviados à jusante para processamento adicional ou produto final como fluxo 160.
[000223] De acordo com uma vigésima implementação, e com referência à figura 21, o sistema de produção de combustível sintético 2000 inclui o subsistema de captura de CO2 101, o subsistema de produção de hidrogênio 103 e o subsistema de produção de combustível sintético 102. Os componentes no sistema de produção de combustível sintético 2000 são similares àqueles descritos na décima-nona implementação mostrada na figura 20, com as exceções sendo que a unidade de SGR 2011 e a unidade de calcinador 2072 são a oxigênio com fontes de combustível diferentes de hidrogênio.
[000224] O calcinador 2007 requer que combustível queime com o fluxo de oxigênio 1766 para fornecer a temperatura de 900°C para calcinação no reator de calcinador 1971 e o SGR 2011 também requer que combustível queime com o fluxo de oxigênio 17 65 para fornecer uma temperatura de até 900°C para o calor de reação exigido para produção de gás de síntese no recipiente de SGR 1969. O calcinador 2007 opera em pressão atmosférica enquanto a unidade de SGR 2011 pode operar em pressão baixa ou alta dependendo da aplicação.
[000225] Em alguns aspectos, a unidade de queimador calcinador a oxigênio 2072 e unidade de queimador de SGR 2068 são alimentados com oxigênio, que pode ser parcial ou totalmente fornecido pelo fluxo de subproduto de oxigênio 143 do subsistema de produção de hidrogênio 103. Nesse sentido, a unidade de queimador de calcinador 2072 e a unidade de queimador de SGR 2068 servem como aquecedores, onde produzem e transferem calor para o reator de calcinador 1971 e o recipiente de SGR 1969, respectivamente.
[000226] O combustível para ambos o queimador de calcinador 2072 e queimador de SGR 2068 pode ser fornecido por um fluxo de gás natural 1952 a partir de um fornecimento externo, um fluxo de subprodutos de hidrocarboneto de extremidade leve 1954 de uma unidade Fischer Tropsch 1912 no subsistema de produção de combustível sintético 102, ou como combinação desses fluxos.
[000227] Tanto o combustível como o oxigênio são fornecidos à unidade de queimador de calcinador 2072 e unidade de queimador de SGR 2068, que manipulam a reação de combustão e fornecem o calor resultante para o recipiente de reator de calcinador 1971 e recipiente de reator de SGR 1969, respectivamente. Os produtos de reação de combustão incluirão H2O e CO2, em uma gama de concentrações dependendo da composição da(s) fonte(s) de combustível usada(s). por exemplo, combustão do fluxo de combustível de gás natural 1952 sozinho produzirá produtos levemente diferentes do que quando misturado com ou substituído totalmente pelo fluxo de combustível de subproduto de hidrocarboneto de extremidade leve 1954 a partir da unidade Fischer Tropsch 1912.
[000228] O subsistema de produção de hidrogênio 103 inclui uma unidade de geração de hidrogênio 110 como um eletrolisador de água, e é acionado por uma fonte de energia como uma fonte de eletricidade renovável. Essa unidade de geração de hidrogênio 110 produzir um fluxo de produto de hidrogênio 146 e um fluxo de oxigênio de subproduto 143 a partir de um fluxo de insumo de hidrogênio 144 (por exemplo, água). Pelo menos uma porção do fluxo de oxigênio de subproduto 143 é enviada para um ou mais entre o calcinador a oxigênio 2007 e o SGR a oxigênio 2011 como fluxos 1766 e 1765, respectivamente. O fluxo de produto de hidrogênio 14 6 pode ser enviado como um fluxo de alimentação 1764 para o recipiente de SGR 1969, como um fluxo de alimentação 1753 para a unidade Fischer Tropsch 1912 ou uma combinação dessas unidades, como fluxos separados, ou como um fluxo único alimentado primeiramente para o recipiente de SGR 1969, onde qualquer hidrogênio não reagido sai do recipiente de SGR 1969 com os gases de SGR de produto no fluxo 148 e é então enviado para a unidade Fischer Tropsch 1912. O gás de síntese 148 é resfriado (não mostrado) antes de entrar na unidade Fischer Tropsch 112.
[000229] O fluxo de produto de hidrogênio 1753 e o fluxo de gás de síntese 148 são reagidos na unidade Fischer-Tropsch 1912 para produzir produtos de hidrocarboneto. O fluxo de hidrocarbonetos de extremidade leve 1954 produzido pela unidade Fischer-Tropsch 1912 pode ser enviado de volta no sistema 1900, por exemplo, para o queimador calcinador a oxigênio 2072 através do fluxo 1980, para o queimador de SGR a oxigênio 2068 através do fluxo 1981, ou uma combinação dos mesmos, para ser usado como combustível. Adicional ou alternativamente, o fluxo de hidrocarbonetos de extremidade leve 1954 pode ser enviado para o recipiente de reator de SGR 1969 como um insumo de reagente (não mostrado), por exemplo, nos casos onde o recipiente de reator de SGR está operando pelo menos como DMR ou SMR parcial.
[000230] Em algumas implementações, os hidrocarbonetos mais leves produzidos pelo subsistema de produção de combustível sintético 102, por exemplo, pela unidade Fischer-Tropsch 1912, podem ser reciclados de volta no subsistema de produção de combustível sintético 102. Hidrocarbonetos mais pesados são enviados à jusante para processamento adicional ou produto final como fluxo 160.
[000231] De acordo com uma vigésima primeira implementação, e com referência à figura 22, um sistema de produção de combustível sintético 2100 inclui o subsistema de captura de CO2 101, o subsistema de produção de hidrogênio 103 e o subsistema de produção de combustível sintético 102. Todos os componentes do sistema 2100 são substancialmente iguais aos da primeira implementação do sistema 100 ilustrado na figura 1, com as exceções sendo que o subsistema de produção de combustível sintético 102 nessa implementação inclui componentes como um trocador de preaquecimento de leito fluidizado borbulhante (BFB) 2114, e uma unidade de compressão e eliminação de água 2187. A unidade de SGR 1711 é configurada para operar como um reator RWGS com a opção de incluir uma ou mais das reações SMR, reações DMR e similares, por receber, além do fluxo de CO2 2150, um ou mais fluxos de alimentação incluindo, por exemplo, o fluxo de vapor 1755, fluxo de metano 1759, fluxo de H2 1764, fluxo de extremidades leves Fischer Tropsch 1754, fluxo de combustível 1761, dependendo do modo de operação de SGR exigido.
[000232] Em alguns casos, o fluxo de pelota de carbonato de cálcio 2130, que pode estar vindo, por exemplo, de uma unidade de slaker à montante ou unidade de reator de pelota no subsistema de captura de CO2 101, é pré-aquecido através da unidade de trocador de preaquecimento BFB 2114. A unidade de preaquecimento BFB 2114 pode incluir componentes como uma placa distribuidor a2186, um recipiente externo 2183, um revestimento cerâmico ou refratário 2184, e uma zona de leito borbulhante 2183.
[000233] Nessa implementação, a unidade de SGR 1711 é configurada como um SGR em baixa pressão, operando em pressões levemente acima de atmosférica.
[000234] Em alguns aspectos, pelo menos uma porção do fluxo de hidrogênio 146 pode ser enviada diretamente para a unidade Fischer Tropsch 2112 como fluxo 1753, e o fluxo de produto gasoso quente de SGR 2148 é enviado para a unidade de preaquecimento BFB 2114, em que fluidifica o material de CaCO3 sólido quando misturam na zona de leito borbulhante 2182. Em alguns aspectos, o fluxo de gás de síntese 2148 é resfriado de aproximadamente 900°C para aproximadamente 420°C se, por exemplo, o fluxo de pelota 2130 foi preaquecido em uma unidade de slaker à montante (não mostrada) e como tal foi então alimentado para o trocador de preaquecimento 2114 em uma temperatura mais alta de aproximadamente 300-350°C. em alguns aspectos, o fluxo de gás de síntese 2148 é resfriado de aproximadamente 900°C a aproximadamente 150°C se, por exemplo, o fluxo de pelota 2140 não foi preaquecimento em uma unidade à montante antes de entrar na unidade de preaquecimento BFB 2114, e como tal foi alimentado para o trocador de preaquecimento 2114 em uma temperatura mais baixa, próximo á ambiente, de aproximadamente 10-25°C. O fluxo de material CaCO3 2130 é aquecido no trocador de pré-aquecimento BFB 2114 a partir de tão baixo quanto ambiente até um máximo de aproximadamente 800°C antes de ser alimentado para dentro do calcinador 1707. em alguns aspectos, o fluxo de hihidrogênio183 pode ser combinado com o fluxo de SGR quente 2148 à montante do trocador de calor de leito borbulhante 2114. O fluxo de gás de síntese resfriado 2121 sai da unidade de preaquecimento BFB 2114 e prossegue para uma unidade de compressão e eliminação de água 2187, onde a umidade presente no gás de síntese resfriado sai da unidade 2187 como fluxo 2158. O gás de síntese seco resfriado é então comprimido até aproximadamente 30 bar e sai da unidade 2187 como fluxo 2188 e é enviado para a unidade Fischer Tropsch 2112. O fluxo de material de CaCO3 aquecido 130 é transferido para a unidade de calcinador 1707 para calcinação.
[000235] O equipamento de troca de calor BFB é frequentemente usado em processos de calcinação e pode ser construído de recipientes revestidos de cerâmica ou refratário, com o recipiente externo 2183 sendo construído de materiais baratos, por exemplo, incluindo, porém não limitado a aço de carbono, visto que o recipiente externo é protegido pelo revestimento refratário contra as condições de operação em altas temperaturas. Usar esse tipo de equipamento de troca de calor direto permite transferência de calor direto entre as pelotas de CaCO3 e fluxos de fluido quente, e devido à natureza dos materiais fazendo interface na unidade, (isto é as pelotas de CaCO3 misturam com gás de síntese em um recipiente revestido com refratário) não há risco de formação de pó de metal, o que pode ser um problema comum em equipamentos/instalações trabalhando com fluxos de gás de síntese.
[000236] A unidade de SGR 1711 como mostrado nessa implementação pode operar como um reator RWGS com uma ou mais reações SMR, DMR. Essa unidade de SGR 1711 como mostrado nessa implementação pode usar fluxos de alimentação para reagentes de gás de síntese incluindo, por exemplo, o fluxo de produto gasoso de calcinador 2150 que contém pelo menos uma porção de CO2 e também pode conter H2O. a unidade de SGR 1711 pode ser também alimentada com uma porção de CH4 a partir do fluxo 1759, fluxo de extremidades leves Fischer Tropsch 1754, ou uma combinação de ambos, e uma porção de vapor a partir do fluxo 1755. Esses fluxos podem ser fornecidos como insumo de reagente para a unidade de SGR 1711 para reduzir ou eliminar a necessidade do fluxo de hidrogênio 1764 fornecido a partir da subunidade de produção de hidrogênio 110. Por exemplo, a unidade de SGR 1711 pode ser operada total ou parcialmente como um SMR, recebendo insumos incluindo fluxo de CH4 1759, opcionalmente ou adicionalmente fluxo de extremidades leves Fischer Tropsch 1754, e fluxo de vapor 1755, para produzir gás de síntese para a unidade Fischer Tropsch 2112.
[000237] Em algumas implementações, o fluxo de produto de H2 146 a partir da unidade de geração de H2 110 pode ser dividido, e alimentado para dentro do sistema em uma variedade de pontos, como fluxos 1753, 1764 e 2183, que são alimentados como insumo de H2 para a unidade Fischer Tropsch 2112, insumo para a unidade de SGR 1711 e alimentado à montante de trocador de preaquecimento BFB 2114 para misturar com o fluxo de gás de síntese quente 2148, respectivamente. Em algumas implementações, o fluxo de CH4 1759, o fluxo de extremidades leves Fischer Tropsch 1754, ou uma combinação dos dois pode ser disponível como fontes de hidrogênio mais baratas / prontamente disponíveis e quando um ou mais do fluxo de CH4 1759, fluxo de extremidades leves FT 1754 e fluxo de vapor 1755 são alimentados para a unidade de SGR 1711, a unidade de SGR 1711 então, além das reações RWGS, incluiria pelo menos uma porção de rações de SMR, reações de DMR ou uma combinação de quaisquer do acima, para produzir um fluxo de produto de gás de síntese 2148.
[000238] Em alguns aspectos, usar CH4 como insumo para a unidade de SGR 1711 pode ser mais econômico, por exemplo, quando eletricidade renovável está indisponível ou cara e usar uma fonte de CH4 para hidrogênio no subsistema de produção de combustível sintético 102 é mais eficaz em termos de custo do que operar a subunidade de produção de hidrogênio eletricamente acionada 110.
[000239] Na implementação mostrada na figura 22, uma ou mais da unidade de SGR 1711 e unidade de calcinador 1707 pode ser a oxigênio e como tal pode exigir uma fonte de combustível para queimar com uma fonte de oxigênio. Em alguns casos, fluxos de oxigênio 1765 e 1766 a partir da unidade de produção de hidrogênio 110 podem ser queimados com fonte de combustível para fornecer calor para a produção de gás de síntese e calcinação, respectivamente. O combustível para uma ou ambas a unidade de SGR 1711 e a unidade de calcinador 1707 pode ser fornecido por um fornecimento de hidrogênio fora do local, hidrogênio fornecido a partir do subsistema de produção de hidrogênio 110, gás natural, hidrocarbonetos de extremidade leve Fischer Tropsch a partir da unidade Fischer Tropsch 2112 ou uma combinação de quaisquer do acima como fluxo de combustível 1761. Nesse caso, os produtos de combustão a partir do aquecimento da unidade de SGR 1711 podem ser tratados e usados em outro subsistema, por exemplo, o CO2 pode ser isolado e incorporado no fluxo de alimentação 2150 da unidade de SGR 1711.
[000240] Tanto o fluxo de sólidos de oxido de cálcio 131 como o fluxo de produto gasoso de calcinador 132 que saem da unidade têm temperaturas de aproximadamente 900°C. o fluxo de produto gasoso de calcinador quente 132 é enviado através de uma unidade de remoção e limpeza de sólidos em alta temperatura 2108. Em alguns aspectos, água pode ser opcionalmente removida como fluxo 2134, e impurezas são removidas como fluxo 2138, antes de enviar o fluxo de produto de CO2 quente 2150 para a unidade de SGR 1711 no subsistema de produção de combustível sintético 102.
[000241] Na implementação mostrada na figura 22, uma ou mais da unidade de SGR 1711 e unidade de calcinador 1707 pode ser aquecido eletricamente como descrito nas figuras 19 e 27 para unidades de SGR eletricamente aquecidas, e as figuras 3, 14, 24 a 26 para calcinadores eletricamente aquecidos, respetivamente, ao invés de usar combustão de combustível para calor de processamento. Em alguns aspectos, o fluxo de alimentação de CO2 132 indo do calcinador 1707 para a unidade de SGR 1711 pode ter substancialmente menos ou nenhum teor de água do que quando a unidade de calcinador 1707 é aquecida usando combustão de uma fonte de combustível. Como resultado, a unidade de remoção de sólidos em alta temperatura à jusante 2108 pode não exigir equipamento de remoção de água, visto que não haveria produtos de combustão, somente pó 2138 e produtos de calcinação 2150 (isto é, o fluxo seria na maior parte CO2).
[000242] Na implementação mostrada na figura 22, a unidade de SGR de baixa pressão 1711 pode ser substituída por uma unidade de SGR de alta pressão (não mostrada). Uma unidade de SGR de alta pressão 1711 pode ser configurada para operar em pressões até aproximadamente 30 bar. Para casos usando um SGR de alta pressão, uma unidade de remoção e limpeza de sólidos padrão 108 pode ser usada ao invés da unidade de remoção e limpeza de sólidos em alta temperatura 2108 para remover impurezas e água a partir do fluxo de produto de calcinador 132. Adicionalmente, a unidade de eliminação e compressão de água 2187 não mais exigiria equipamento de compressão para alimentar o fluxo 2188 para a pressão operacional Fischer Tropsch.
[000243] A unidade de preaquecimento BFB 2114 como descrito nessa implementação e mostrado na figura 22 pode ser também usada em implementações similares àquelas mostradas na figura 10, no lugar da unidade de troca de calor 901.
[000244] De acordo com uma vigésima-segunda implementação, e com referência à figura 23, um sistema de produção de combustível sintético 2200 inclui o subsistema de captura de CO2 101, o subsistema de produção de hidrogênio 103 e o subsistema de produção de combustível sintético 102. Todos os componentes do sistema 2200 são substancialmente iguais aos da vigésima-primeira implementação ilustrada na figura 22, com as exceções sendo que as pelotas de carbonato de cálcio são preaquecidas através de uma unidade de preaquecimento de ciclone 2214 localizada no subsistema de produção de combustível sintético 102.
[000245] Equipamento de separação de sólido-gás de ciclone é comum em processos de calcinação, e ciclones podem ser construídos de materiais cerâmicos ou refratários, ou uma combinação desses materiais. Em alguns aspectos, o diâmetro da unidade de preaquecimento de ciclone 2214 pode ser aumentado para promover tempos de residência mais longos para o material de CaCO3 solido do fluxo 2130 estar em contato com o fluxo de gás de síntese quente 2148 na unidade de preaquecimento de ciclone 2214 antes de cair do fundo e transferir para a unidade de calcinação 1707. Usar esse tipo de equipamento para troca de calor direta permite transferência de calor entre o fluxo de pelota de CaCO3 2130 e o fluxo de fluido quente 2148, e devido à natureza dos materiais que fazem interface na unidade (isto é, as pelotas de CaCO3 misturam com gás de síntese quente em um recipiente revestido de refratário) não há risco de formação de pó de metal, o que pode ser um problema comum em outros sistemas de troca de calor de geração de gás de síntese.
[000246] A unidade de preaquecimento de ciclone 2214 como descrito nessa implementação e mostrado na figura 23 também pode ser usada em implementações similares àquelas mostradas na figura 10, no lugar da unidade de troca de calor 901.
[000247] De acordo com uma vigésima terceira implementação, e com referência à figura 24, um subsistema de calcinação elétrico 2300 é mostrado e inclui uma unidade de calcinador de leito fluidizado borbulhante, elétrico, (BFB) 2307, e também pode incluir componentes como ciclones de preaquecimento com um ou mais estágios 2301, uma unidade de eliminação de água, recuperação de calor e remoção de sólidos 108, uma unidade de compressão 2391, um unidade de caldeira 2317, ou combinações de quaisquer dessas unidades. esse subsistema de calcinação 2300 pode ser usado totalmente ou em parte onde um calcinador elétrico é sugerido (como descrito nas figuras 3, 14, 18, 19, 22, 23, 25 a 29) ou em alguns casos, pode ser opcionalmente substituído por uma unidade de calcinador a oxigênio sem alterar as características principais da implementação, por exemplo, aquelas implementações mostradas nas figuras 5, 11, 12.
[000248] A unidade de calcinador BFB elétrica 2307, que é um tipo de recipiente de reator de leito fluidizado, tem componentes como um revestimento refratário ou de isolamento 2384 que é encerrado em um recipiente externo 2383. O recipiente externo fornece suporte estrutural para a unidade e pode ser construído de material barato como aço de carbono, por exemplo, devido a ser protegido contra a maior parte da temperatura operacional do calcinador pelo revestimento refratário ou de isolamento 2384. O calcinador BFB 2307 também tem uma placa distribuidora 2386, uma zona de calcinação de leito borbulhante 2382, elementos de aquecimento elétrico 2389, que podem ou não ser revestidos em um alojamento de proteção, e um dispositivo de descarga controlada 2390.
[000249] Em alguns aspectos, um fluxo de alimentação de material de CaCO3 2130 pode ser preaquecido, por exemplo, por alimentar diretamente para dentro do fluxo de gás de produto de calcinador BFB elétrico 132 à montante de um ciclone de preaquecimento 2301. Em alguns aspectos, o fluxo de alimentação de solido 2130 pode adicional ou alternativamente ser aquecido indiretamente por uma unidade de troca de calor residual de processo (não mostrada), antes de entrar no calcinador BFB 2307 como fluxo de CaCO3 preaquecido 130. No calcinador BFB elétrico 2307, o material de CaCO3 fluidifica na zona de calcinação de leito borbulhante 2382, que mistura os gases e sólidos juntos similar a um recipiente de reator de tanque continuamente agitado (CSTR). O material sólido incluindo CaCO3 move através do leito em direção à saída, e quando faz isso, faz interface com os gases de fluidificação em alta temperatura e calor a partir dos elementos de aquecimento elétrico 2389. Durante esse processo, o material de CaCO3 calcina fazendo com que o CaCO3 libere CO2 gasoso e forme óxido de cálcio sólido, ou CaO. Tanto o fluxo sólido de oxido de cálcio 131 como o fluxo de produto gasoso de calcinador 132 que sai da unidade de calcinador de leito fluidizado elétrico 2307 podem ter temperaturas de até aproximadamente 900°C, o que torna recuperação e uso do calor do tipo alto nesses fluxos (por exemplo, em outras unidades) desejável.
[000250] O fluxo de sólido de óxido de cálcio quente 131 sai do calcinador BFB elétrico 2307 por transbordar para dentro da porção de zona extrema 2385 onde então cai para dentro de um dispositivo de descarga controlada 2390, como uma vedação de loop, por exemplo, uma fluoseal, ou dispositivo similar após o que pode ser pneumática ou mecanicamente transferido para processos à jusante. Em alguns aspectos, o CaO quente pode ser enviado através de uma unidade de troca de calor, para transferir pelo menos uma porção do calor para um ou mais fluxos de alimentação ou fluxos intermediários no processo, por exemplo, para superaquecer os gases de fluidificação para o calcinador BFB elétrico 2307. Em alguns aspectos, o calcinador de leito fluidizado 2307 é fisicamente localizado em proximidade estreita com a unidade de troca de calor, de modo que o fluxo de CaO quente 131 possa cair por meio gravitacional a partir do calcinador de leito fluidizado 307 diretamente para dentro da unidade de troca de calor sem necessidade de transferência pneumática ou mecânica.
[000251] Em algumas implementações, a zona de calcinação de leito borbulhante 2382 é fluidificada com um fluxo gasoso 2334, que pode incluir gases quentes como vapor. Esse fluxo de fluidificação 2334 entra no calcinador BFB elétrico 2307 perto da porção inferior do recipiente, através de uma placa distribuidora 2386 e flui para cima através da zona de leito borbulhante de calcinação 282, misturando como material de leito borbulhante sólido e o fluxo de produto de CO2 gasoso.
[000252] O fluxo gasoso misturado, incluindo uma mistura de gás de fluidificação (por exemplo, vapor), CO2 e quaisquer impurezas fluidificadas e pó presente sai no topo do calcinador BFBV elétrico 2307 como fluxo 132, onde se ove contracorrente através de um ou mais ciclones 2301 para pré-aquecer o fluxo de pelotas de CaCO3 de alimentação de solido 2130 antes de sair como fluxo de produto gasoso resfriado 2332. Esse fluxo resfriado pode ser então enviado para uma unidade de eliminação de água recuperação de calor & remoção de sólidos 108 onde qualquer pó presente no fluxo 2332 é removido como fluxo 138. Em alguns aspectos, a maior parte do calor no fluxo de gás 132 é recuperada em uma ou mais unidades de ciclone 2301 (por exemplo, transferida para o fluxo de CaCO3 de alimentação 2130), de modo que a unidade de eliminação de água, recuperação de calor & remoção de sólidos 108 possa incluir um resfriador de contato direto simples (isto é, não necessita de recuperação de calor adicional). Em alguns aspectos, onde haja calor suficiente deixado no fluxo 2332 após usar o mesmo para pré-aquecer o fluxo de CaCO3 2130, o calor restante pode ser extraído usando outro trocador de calor, por exemplo, para pré-aquecer água de alimentação de caldeira para a caldeira e unidade de desuperquecedor 2317. Em alguns aspectos, onde a temperatura do fluxo 2332 está abaixo de aproximadamente 150°C, recuperação de calor adicional pode não ser necessária e ao invés o fluxo pode ser resfriado com um resfriador de contato direto para eliminação da água e remover pó como parte da unidade de eliminação de água, recuperação de calor & remoção de sólidos 108.
[000253] Em alguns aspectos, o fluxo de pó 138 pode ser enviado com o fluxo de material de CaO resfriado 131 para processos à jusante, como uma unidade de slaker, ou eliminação fora do local (não mostrado) ou combinação de ambos. Água a partir da unidade de eliminação de água recuperação de calor & remoção de sólidos 108 é condensada e enviada como fluxo 134 para uma unidade de caldeira 2317 onde é convertida de volta em vapor e enviada de volta para o calcinador BFB elétrico 2307 como fluxo 2334 para continuar a fluidificar o leito. Em alguns aspectos, uma porção de vapor disponível a partir das unidades em outros subsistemas, por exemplo, vapor em excesso a partir da unidade de slaker 106, a unidade Fischer Tropsch 112, ou uma combinação dessas unidades (não mostradas) pode ser combinada com água na caldeira e desuperheater 2317 para produzir fluxo de vapor LP 2334 que é então alimentado para dentro do calcinador BFB 2307 com ou sem aquecimento adicional. Opcionalmente, o fluxo 2334 pode ser superaquecido usando um equipamento de troca de calor (não mostrado), antes de ser enviado para o calcinador BFB 2307.
[000254] O fluxo de CO2 gasoso concentrado sai da unidade de eliminação de água & remoção de sólidos 108 como fluxo 150 e pode ser opcionalmente enviado para uma unidade de compressão 2391, onde pode ser comprimido se necessário para atender as condições de operação para processos à jusante. Em alguns aspectos, processos à jusante podem, por exemplo, incluir uma unidade SGR no subsistema de produção de combustível sintético 102 como descrito na figura 2-5, 11, 12, 14, 18,-23, 27-29, um usuário fora do local ou combinações de ambos. O gás CO2 comprimido sai da unidade de compressão 2391 como fluxo 2350.
[000255] O calcinador BFB elétrico 2307 é aquecido com elementos elétricos 2389 que podem ser encerrados em um revestimento de metal através do qual o calor gerado pode ser conduzido, pode ser acoplado às paredes revestidas de refratário 2384, pode estender para dentro da zona de leito fluidizado 2382, ou pode incluir uma combinação de quaisquer desses aspectos. Esses elementos elétricos 2389 e o ambiente em volta atuam para gerar e distribuir calor para dentro da zona de leito borbulhante de calcinação 2382 para manter a temperatura operacional de até 900°C. devido à natureza de fluidificação desse design de calcinador BFB, o calor é transferido eficientemente a partir dos elementos por todo o leito para o material CaCO3, maximizando o coeficiente de transferência de calor do lado do leito enquanto minimiza tanto o risco de pontos quentes bem como acúmulo de CaO nas paredes. Adicionalmente, esse design pode permitir que a zona de calcinação de leito borbulhante 2382 opere, em alguns casos, em temperaturas levemente mais baixas, por exemplo, na faixa entre 850°C - 870°C. em alguns casos, a velocidade de fluidificação do fluxo de vapor 2334 pode maximizar o coeficiente de filme de transferência de calor do lado do leito no calcinador BFB 2307.
[000256] O calcinador eletricamente aquecido como descrito na figura 24 pode ser incorporado em muitas das outras implementações descritas aqui, totalmente ou em parte onde um calcinador elétrico é sugerido (como descrito nas figuras 3, 14, 18, 19, 22, 23, 27 a 29) ou em alguns casos, pode ser opcionalmente substituído por uma unidade de calcinador a oxigênio sem alterar as características principais da implementação, por exemplo, aquelas implementações mostradas nas figuras 5, 11, 12. Por fazer isso, aqueles implementações podem tirar proveito adicional de fontes de energia renovável ao invés de fontes de energia de combustível fóssil, e o processo resultante pode ter um ou mais de um produto com intensidade de carbono mais baixa, custos de capital mais baixos, custos operacionais mais baixos ou uma combinação dessas vantagens. Além disso, calcinadores eletricamente aquecidos podem ser incorporados em sistemas que operam um SGR elétrico como sugerido nas figuras 19, 22, 23 e 27, tirando proveito adicional de fontes de energia renovável ao invés de fontes de energia de combustível fóssil para as exigências de calor térmico de sistema em geral.
[000257] De acordo com uma vigésima-quarta implementação, e com referência à figura 25 o sistema de produção de combustível sintético 100 inclui o subsistema de captura de CO2 101, o subsistema de produção de hidrogênio 103 e o subsistema de produção de combustível sintético 102. O subsistema de captura de CO2 101 tem uma unidade de calcinador 2500 que inclui um calcinador de leito fluidizado borbulhante elétrico (BFB) 2507, acoplado a uma ou mais unidades de ciclone de preaquecimento 2501, uma unidade de eliminação de água e remoção de sólidos 108, uma unidade de compressão 2391 e uma unidade de caldeira 2317.
[000258] O calcinador BFB 2507, que é um tipo de recipiente de reator de leito fluidizado, inclui um recipiente de processo interno 2585 que é envolto em um revestimento refratário ou de isolamento 2584 e encerrado em um recipiente externo 2583. O calcinador BFB 2507 também inclui uma placa distribuidora 2586, um dispositivo de descarga de sólidos 2390, e elementos elétricos 2589 que podem ser alojados em uma zona de alojamento de elemento 2592 entre o revestimento refratário 2584 e o recipiente de processo interno 2585.
[000259] Em alguns aspectos, o recipiente externo fornece suporte estrutural para a unidade e pode ser construído de material barato como aço de carbono, por exemplo, devido a ser protegido contra temperatura operacional alta do calcinador pelo revestimento refratário ou de isolamento 2585. O recipiente de processo interno pode ser construído de materiais resistentes a calor como 253MA, Inconells, hastelloy, ou qualquer outro material com propriedades similares que possa manter integridade estrutural em condições operacionais de temperatura alta.
[000260] Em alguns aspectos, os elementos elétricos 2589, que podem ou não ser revestidos em um alojamento de metal de proteção, estão situados em uma zona de alojamento, ou lacuna, entre o revestimento refratário 2584 e o recipiente de processo interno 2585. Esses elementos geram calor que radia através da zona de alojamento 2592 e é então conduzido através das paredes de recipiente de processo interno 2585 e para dentro da zona de leito borbulhante de calcinação e espaço superior interno 2593 para manter a temperatura de operação de calcinador de até 900°C. tanto o fluxo de sólido de óxido de cálcio 131 como o fluxo de produto gasoso de calcinador 132 que sai da unidade de calcinador BFB elétrico 2507 podem ter temperaturas de até aproximadamente 900°C, o que torna a recuperação e uso do calor do tipo alto nesses fluxos (por exemplo, em outras unidades) desejável.
[000261] Em alguns aspectos, o fluxo de material de CaCO3 frio 2130 é primeiramente misturado com o fluxo de gás de produto de calcinador quente 132 antes de entrar em um ou mais estágios de preaquecimento de ciclone 2501, para transferir pelo menos uma porção do calor sensível no fluxo de gás de produto de calcinador quente 132 para o fluxo de material de CaCO3 de alimentação 2130, bem como para ajudar a transferir os sólidos para os ciclones de preaquecimento 2501. O fluxo de material de CaCO3 preaquecido 130 então entra no recipiente de processo interno de calcinador BFB 2585 e é fluidificado na zona de leito borbulhante 2585. Devido à alta temperatura no calcinador BFB 2507, os sólidos de CaCO3 calcinam fazendo com que o CaCO3 libere CO2 gasoso quando calcina com o óxido de cálcio solido. O fluxo de sólido de óxido de cálcio quente 131 sai do calcinador BFB 2507 perto do fundo do recipiente, através de um dispositivo de descarga controlada 2390 como vedação loop, fluoseal ou similar. Em alguns aspectos, o calcinador BFB elétrico 2507 pode ser fisicamente localizado em proximidade estreita com uma unidade de troca de calor (não mostrada) de modo que o fluxo de CaO quente 131 possa cair por meio gravitacional a partir do calcinador BFB elétrico 2507 diretamente para dentro da unidade de troca de calor sem necessidade de transferência pneumática ou mecânica.
[000262] O calcinador BFB 2507 é fluidificado com um fluxo de vapor 2334 que entra no recipiente de processo interno BFB 2585 perto do fundo através de uma placa distribuidora 2586, e flui para cima através da zona de leito borbulhante de calcinação 2585, misturando com o material de leito borbulhante sólido e o fluxo de produto de CO2 gasoso. O fluxo gasoso misturado de H2O, CO2, impurezas e quantidades residuais de pó saem do topo do calcinador BFB e através do ciclone 2501 onde pelo menos uma porção do pó é separada e enviada de volta para dentro do calcinador 2507 enquanto os gases restantes saem como fluxo 2532 e então movem para uma unidade de eliminação de água, recuperação de calor & remoção de sólidos 108. Aqui, qualquer calor restante pode ser opcionalmente removido e trocado com outros fluxos de processo, ou um resfriador de contato direto, como apropriado. Em alguns aspectos, onde há calor suficiente deixado no fluxo 2532 após usar o mesmo para pré-aquecer o fluxo de CaCO3 2130, o calor restante pode ser extraído usando outro trocador de calor, por exemplo, para pré-aquecer água de alimentação de caldeira para a caldeira e unidade desuperheater 2317. Em alguns aspectos, onde a temperatura do fluxo 2532 está abaixo de aproximadamente 150°C, recuperação adicional de calor pode não ser necessária e ao invés o fluxo pode ser resfriado com um resfriador de contato direto para eliminação de água e remover pó como parte da unidade de eliminação de água, recuperação de calor & remoção de sólidos 108.
[000263] Também em alguns casos, qualquer pó restante presente é removido na unidade 108 e sai como fluxo 134, onde pode ser combinado com o fluxo de óxido de cálcio solido 131 e enviado para unidades de processo à jusante, por exemplo, uma unidade de recuperação de calor residual, e então para uma unidade de slaker (não mostrada), ou eliminação fora do local (não mostrado),ou uma combinação de ambos.
[000264] Em alguns aspectos, água é condensada na unidade 108 e enviada para uma caldeira 2317 como fluxo 134 onde pode ser convertida em vapor e retornada para o calcinador BFB 2507 como fluxo 2334 para continuar a fluidificar o leito. Em alguns aspectos, a caldeira 2317 é aquecida pelo menos em parte usando calor de processo residual, calor elétrico ou uma combinação dessas fontes de calor. Em alguns aspectos, uma porção de vapor disponível a partir das unidades em outros subsistemas, por exemplo, vapor em excesso a partir da unidade de slaker 106, a unidade Fischer Tropsch 112, ou uma combinação dessas unidades (não mostrada) pode ser combinada com água na caldeia e desuperheater 2317 para produzir fluxo de vapor LP 2334 que é então alimentado para dentro do calcinador BFB 2307 com ou sem aquecimento adicional. Opcionalmente, o fluxo 2334 pode ser superaquecido usando um equipamento de troca de calor (não mostrado), antes de ser enviado para o calcinador BFB 2307.
[000265] Em alguns aspectos, o fluxo de CO2 gasoso concentrado 150 sai da unidade de eliminação de água & remoção de sólidos 108 e é enviado para uma unidade de compressão 2391. Após compressão, o fluxo de CO2 2550 pode ser enviado para processamento à jusante, por exemplo, para o subsistema de produção de combustível sintético 102, e em alguns casos, para uma unidade de SGR (não mostrada). Tanto o fluxo sólido de óxido de cálcio 131 como o fluxo de produto gasoso quente de calcinador 132 que sai da unidade de calcinador BFB 2507 podem ter temperaturas de até aproximadamente 900°C e como tal, métodos pelos quais seu calor sensível é reciclado ou transferido para outros fluxos de processo são empregados nessa implementação para reduzir calor residual e melhorar o uso de energia de processo geral.
[000266] Devido à natureza de fluidificação desse design de calcinador, o calor gerado pelos elementos elétricos 2589 pode ser transferido eficientemente a partir dos elementos por todo o leito, minimizando tanto o risco de pontos quentes como acúmulo de CaO nas paredes, e pode permitir que a unidade operasse, em alguns casos, em temperaturas levemente mais baixas, por exemplo, na faixa entre 850°C - 870°C.
[000267] Esse tipo de calcinador eletricamente aquecido pode ser incorporado em muitas das outras implementações descritas aqui, por exemplo, implementações como mostrado nas figuras 3, 14, 18, 19, 22, 23, 27 a 29. Esse tipo de calcinador elétrico pode ser substituído pelas unidades de calcinador a oxigênio em implementações descritas nas figuras 5, 11, 12, sem prejudicar as características já descritas naquelas figuras, e ao fazer isso, aquelas implementações podem tirar proveito de fontes de energia renovável. Além disso, esse calcinador elétrico pode ser incorporado em sistemas que operam um SGR elétrico como descrito nas figuras 19, 22, 23 e 27, adicionalmente tirando proveito de fontes de energia renovável ao invés de fontes de energia de combustível fóssil para as exigências de calor térmico de sistema geral, e o processo resultante pode ter um ou mais de um produto de intensidade de carbono mais baixa, custos de capital mais baixos, custos operacionais mais baixos ou uma combinação dessas vantagens.
[000268] Em alguns aspectos, os elementos elétricos 2589 são revestidos e como tal atuam mais como um aquecedor elétrico, de modo que possam ser acoplados a outras superfícies de metal na unidade sem fazer com que os elementos falhem ou queimem. Em outros casos, os elementos elétricos 2589 são expostos, e como tal devem ser circundados em uma zona de alojamento 2592 ou similar, de modo que uma lacuna exista entre quaisquer superfícies condutivas/material e o próprio elemento.
[000269] De acordo com uma vigésima-quinta implementação e com referência à figura 26, a unidade de calcinador 2600 inclui um calcinador de forno elétrico 2607, que é acoplado com uma unidade de remoção de sólidos 108 e uma unidade de compressão 2391. O calcinador de forno elétrico 2607, que serve como um recipiente de reator de forno, tem um recipiente de processo interno 2685 que é envolto em um revestimento refratário ou de isolamento 2685 e encerrado em um recipiente externo 2683. O recipiente eterno fornece suporte estrutural para a unidade e pode ser construído de aço de carbono barato devido a ser revestido contra a temperatura de operação de calcinador pelo revestimento refratário ou de isolamento 2684. O recipiente de processo interno pode ser construído de materiais resistentes a calor como 253MA, Inconells, hastelloy ou qualquer outro material com propriedades similares que possa manter integridade estrutural em condições de operação em alta temperatura. Os elementos de aquecimento elétrico 2689 podem ser alojados em uma zona de alojamento de elemento 2692 que fornece uma lacuna entre os elementos e a parede de recipiente de processo interno 2685, através da qual calor pode ser conduzido.
[000270] Em alguns aspectos, o calcinador de forno elétrico 2607 pode ser aquecido com um elemento elétrico 2689 que está situado na zona de alojamento de elemento 2692. Opcionalmente ou adicionalmente, a parede do recipiente de processo interno 2685 é acoplada às aletas de calor de metal 2693, e os elementos de aquecimento podem gerar calor que então conduz através das paredes do recipiente de processo interno 2685, as aleta de metal 2693 ou uma combinação dos dois componentes para a zona de calcinação 2682 e material de leito solido para manter a temperatura operacional de até 1000°C, por exemplo ao operar com 100% de atmosfera de CO2 no forno. Em alguns aspectos, os elementos de aquecimento são configurados similares a fornos de cerâmica elétricos.
[000271] O calcinador de forno elétrico 2607 é alimentado com fluxo de material de CaCO3 130 que, quando desloca através da zona de calcinação 2682, calcina para liberar CO2 gasoso e CaO sólido. O CaO sólido move em direção ao fundo do forno 2607 e sai através do dispositivo de descarga controlada 2390 como fluxo 131. Em alguns aspectos, onde fluxo 131 sai do recipiente de processo 2685 em uma temperatura alta, por exemplo, até 900°C, será descarregado através de um dispositivo de descarga controlada 2390 como uma vedação loop fluoseal, ou similar. Em alguns aspectos onde resfriamento de fluxo 131 é possível entre o recipiente de calcinador de forno elétrico 2685 e o dispositivo de descarga controlada 2390, o dispositivo de descarga controlada 2390 pode incluir uma gama mais ampla de dispositivos de descarga, por exemplo, um dispositivo de descarga mecânico incluindo uma tremonha de trava, válvula rotativa ou similar.
[000272] Enquanto o material sólido se move em direção à porção inferior do recipiente de processo interno 2685, o CO2 gasoso se move para cima através da zona de calcinação 2682, quando faz isso também se move através e aquece o material solido. Em alguns casos, antes de sair do calcinador de forno elétrico, os gases de calcinação quentes se movem através de um leito de material de CaCO3 que está entrando no calcinador, atuando para pré-aquecer esses sólidos de alimentação, similar à configuração de um forno de eixo.
[000273] O fluxo de gás resfriado sai da porção superior do calcinador de forno elétrico através do fluxo 2632, onde é então transferido para uma unidade de remoção de sólidos 108. Quando substancialmente livre de qualquer pó (fluxo 138), o fluxo de CO2 gasoso 150 pode ser transferido para uma unidade de compressão 2391 antes de ser enviado como fluxo 2650 para outras unidades de processamento, por exemplo, uma unidade de SGR (não mostrada).
[000274] Em alguns aspectos, onde os elementos de aquecimento elétrico 2689 são configurados de modo que possam operar sob contato direto com o material de CaO/CaCO3 quente na zona de calcinação 2682 sem sujeira significativa, corrosão ou similar, então a inserção dos elementos 2689 diretamente no leito seria outra opção para aquecer eletricamente a unidade de forno de calcinador 2607.
[000275] Em alguns aspectos, o calor produzido pelos elementos de aquecimento elétrico 2689 se move para fora dos elementos de aquecimento elétrico expostos 2689, as aletas de metal 2693, as paredes de processo internas 2685, ou uma combinação de quaisquer dos acima, em uma direção radial no sentido do centro da zona de calcinação 2682. Essa energia elétrica pode ver vários tipos de resistência de transferência de calor entre o elemento de aquecimento e o material de CaCO3 alvo, incluindo, por exemplo, o próprio material de elemento, qualquer CaO sólido revestindo as aletas ou parede de recipiente de processo interno, o ambiente gasoso na zona de calcinação 2682 e finalmente, o próprio material CaCO3. A transferência de calor através dessas camadas de resistência pode ser lenta, e portanto há uma faixa de diâmetro preferida para o recipiente de processo interno 2685 entre 6 e 18 polegadas de diâmetro interno, de modo que calor suficiente possa estender por toda a zona de calcinação e aquecer o CaCO3 até uma temperatura de calcinação de aproximadamente 900°C.
[000276] Esse tipo de calcinador de forno eletricamente aquecido 2607 pode ser incorporado em muitas das outras implementações descritas aqui, por exemplo, implementações como mostrado nas figuras 3, 14, 18, 19, 22, 23, 27 a 29. Esse tipo de calcinador de forno elétrico 2607 pode ser substituído pelas unidades de calcinador a oxigênio em implementações descritas nas figuras 5, 11, 12, sem prejudicar as características já descritas naquelas figuras, e ao fazer isso, aquelas implementações podem tirar proveito de fontes de energia renovável. Além disso, esse calcinador elétrico pode ser incorporado em sistemas que operam um SGR elétrico como descrito nas figuras 19, 22, 23 e 27, tirando proveito adicionalmente de fontes de energia renovável ao invés de fontes de energia de combustível fóssil para as exigências de calor térmico do sistema em geral.
[000277] De acordo com uma vigésima-sexta implementação, e com referência à figura 27 um sistema de produção de combustível sintético 2700 inclui o subsistema de captura de CO2 101, o subsistema de produção de hidrogênio 103 e o subsistema de produção de combustível sintético 102. O subsistema de captura de CO2 inclui uma unidade de calcinador 1707. O subsistema de produção de combustível sintético 102 tem uma unidade de SGR 2711 acoplada a um trocador de calor de cerâmica 2714 e uma unidade Fischer Tropsch 2712. A unidade de SGR 2711 inclui uma caldeira 2717, o recipiente de reator de SGR 2769 e os elementos elétricos 2718 que produzem o fluxo de calor 2773 necessário para o processo de gás de síntese ocorrer no recipiente de reator de SGR 2769.
[000278] Trocadores de calor de cerâmica são usados em várias temperaturas altas e aplicações industriais corrosivas, incluindo, por exemplo, unidades de troca de calor como fornos, caldeias, e similares. Trocadores de calor de cerâmica são capazes de troca de calor de gás-gás em altas temperaturas como aquelas usadas na unidade de SGR, até aproximadamente 1100°C em casos onde, por exemplo, a unidade de SGR 2711 é operada em condições ATR. Trocadores de calor de cerâmica podem ser feitos de vários materiais de cerâmica, como, por exemplo, carboneto de silício ou alumina. Carboneto de sílica pode ser mais barato que alumina, porém mais propenso à corrosão em ambientes de vapor de água em alta temperatura. Além do material cerâmico, trocadores de calor de cerâmica podem ter invólucros e componentes de metal.
[000279] Na implementação mostrada na figura 27, o trocador de calor de cerâmica 2714 é usado para trocar calor entre o fluxo de produto de gás de síntese 148 da unidade de SGR 2711 e um ou mais fluxos de alimentação gasoso da unidade de SGR 2711 (incluindo componentes como CO2, H2O, CH4, H2, extremidades leves Fischer Tropsch e similares, resultando em um fluxo de alimentação de SGR quente 2750 para o recipiente de SGR 2711 e um fluxo de produto de gás de síntese resfriado 2748 que é enviado como alimentação para a unidade Fischer Tropsch 2712. Em alguns aspectos, os fluxos de alimentação gasosa podem entrar no trocador de calor de cerâmica 2714 como fluxos separados ou em um fluxo combinado. O trocador de calor de cerâmica 2714 é necessário para essa aplicação, visto que trocadores de calor de liga e metal comum expostos às condições de fluxo de gás de produto de SGR quente e temperaturas seriam propensos a problemas de formação de pó de metal, ao passo que materiais de troca de calor de cerâmica não são propensos à formação de pó de metal. Formação de pó de metal é um problema comum em processos de reformação e gás de síntese quando superfícies de liga ou metal, por exemplo, aço macio, aço inoxidável, e ligas à base de níquel, são expostos a condições de operação de processo. O resultado é uma deterioração no material de metal, finalmente exigindo substituição. A indústria tipicamente reduz problemas de formação de pó de metal por resfriar os fluxos de gás a temperaturas onde formação de pó de metal não ocorre - isso resulta em eficiências de processo baixas e energia desperdiçada.
[000280] O trocador de calor de cerâmica pode ser usado em todas as aplicações onde o fluxo de gás de produto de unidade de SGR 148 é usado para pré-aquecer um ou mais dos fluxos de alimentação de unidade de SGR 2711.
[000281] A unidade de SGR 2711 como mostrado nessa implementação pode usar fluxos de alimentação para reagentes de gás de síntese incluindo, por exemplo, o fluxo de produto gasoso 150 do calcinador 1707 que contém pelo menos uma porção de CO2 e também pode conter H2O. a unidade de SGR 2711 pode ser também alimentada com uma porção de CH4 a partir do fluxo 1759, uma porção de fluxo de vapor 2755 a partir da caldeia 2717 que é alimentada com água a partir do fluxo 2762, uma porção de fluxo de vapor 2758 a partir da unidade Fischer Tropsch 2712, ou uma combinação de quaisquer dos acima como reagentes para o SGR. Esses fluxos podem ser fornecidos como insumo para a unidade de SGR 2711, em parte para reduzir ou eliminar a necessidade do fluxo de hidrogênio 1764 fornecido a partir da subunidade de produção de hidrogênio 110.
[000282] Em algumas implementações, uma porção do H2 no fluxo 2748 pode ser separada, usando, por exemplo, uma unidade de separação de membrana, e reciclada de volta para o recipiente de SGR 2769, através do trocador de calor de cerâmica 2714 (não mostrado). Nesse caso, o fluxo de CH4 1759 pode ser disponível como um reagente mais barato para o recipiente de SGR 2969, e quando um ou mais do fluxo de CH4 1759, fluxo de extremidades leves Fischer Tropsch 1981 são alimentados com um ou mais dos fluxos de vapor 2755 e 2758 como insumo para o recipiente de reator de SGR 2769, o recipiente de SGR 2769 então, além de reações de RWGS, incluiria pelo menos uma porção de reações SMR, reações DMR ou uma combinação dessas reações, para produzir o fluxo de produto de gás de síntese 148.
[000283] Em algumas implementações o fluxo de CH4 1759 pode ser disponível como um reagente mais barato, e quando um ou ambos do fluxo CH4 1759 e fluxos de vapor 2755 e 2758 são alimentados para a unidade de SGR 2711, a unidade de SGR 2711 então, além de reações de RWGS, incluiria pelo menos uma porção de reações SMR, reações DMR ou uma combinação dessas reações, para produzir o fluxo de produto de gás de síntese 148.
[000284] Em alguns aspectos, usar CH4 como insumo para a unidade de SGR 27 69 pode ser mais econômico, por exemplo, quando eletricidade renovável está indisponível ou cara e usar uma fonte de CH4 para insumo do reator de SGR 2769 (e operando a unidade de SGR 2711, por exemplo, no modo SMR) é mais eficaz em termos de custo do que operar a subunidade de produção de hidrogênio eletricamente acionada 110. Adicional ou alternativamente, esse método de operação pode ser usado quando o subsistema de captura de CO2 101 está off-line ou em capacidade reduzida.
[000285] Na implementação mostrada na figura 27, a unidade de calcinador 1707 pode requerer combustível para queimar com a fonte de oxigênio para fornecer a temperatura operacional para calcinação. O combustível pode ser fornecido por um fornecimento de hidrogênio fora do local, hidrogênio fornecido a partir do subsistema de produção de hidrogênio 110, gás natural, hidrocarbonetos de extremidade leve Fischer Tropsch a partir da unidade Fischer Tropsch 2712 ou uma combinação desses componentes como fluxo 1761.
[000286] Na implementação mostrada na figura 27, a unidade de calcinador 1707 pode ser aquecida eletricamente como descrito nas figuras 3, 24-26. Nesses casos, o fluxo de alimentação de CO2 150 indo do calcinador 1707 para a unidade de SGR 2711 pode ter substancialmente menos ou nenhum teor de água do que quando a unidade de calcinador 1707 é aquecida usando combustão de uma fonte de combustível, e como resultado, o fluxo de gás de produto de calcinador 150 pode não exigir os mesmos componentes à jusante, por exemplo, remoção de água, antes de ser enviado para a unidade de SGR 2711.
[000287] De acordo com uma vigésima-sétima implementação, e com referência à figura 28, um sistema de produção de combustível sintético 2800 inclui o subsistema de captura 101, o subsistema de produção de hidrogênio 103 e o subsistema de produção de combustível sintético 102. O subsistema de produção de combustível sintético 102 tem uma unidade de SGR 2811 acoplada a um trocador de calor de cerâmica 2714, e uma unidade Fischer Tropsch 2712. A unidade de SGR 2811 inclui um sistema queimador de SGR 2867 que é disparado por ar com um fluxo de fonte de combustível 1761, que pode incluir combustível como gás natural, hidrogênio, hidrocarbonetos de extremidade leve Fischer Tropsch ou uma combinação de quaisquer dos acima. O sistema queimador de SGR 2867 é acoplado a um trocador de calor 2816 e uma unidade de caldeira 2717. O fluxo de ar de combustão 2865 é preaquecido por alimentar através do trocador de calor 2816, antes de ser enviado para o sistema de queimador de SGR 2867 como fluxo 286. O fluxo de gás de descarga quente do sistema de queimador de SGR, 2874 é usado para pré-aquecer o ar e, em alguns casos onde vapor é necessário como um reagente para a unidade de SGR 2811, o fluxo de gás de descarga quente do sistema de queimador de SGR, 2874, também é usado para produzir vapor 275 na unidade de caldeira 2717. O fluxo de descarga quente 2874 pode ser dividido em fluxo 2815 que é dirigido para a unidade de caldeira 2717 e fluxo 2834 que é dirigido para o trocador de calor 2816. A razão de divisão de fluxo de alimentação 2815 para a unidade de caldeira 2717 e fluxo 2835 para o trocador de calor 2816 pode variar dependendo de quanto calor é necessário para produzir vapor versus preaquecimento de ar através do trocador de calor 2816. O gás de descarga resfriado sai da unidade de caldeira 2717 e trocador d calor 2816 como fluxos de gás de combustão 2899 e 2876, respectivamente. Em alguns casos, um ou ambos os fluxos de gás de combustão 2876 e 2899 podem ser usados como um fluxo de alimentação para outra unidade de processo de subsistema no sistema de produção de combustível sintético 2800, visto que ambos os fluxos podem conter CO2 e H2O.
[000288] Trocadores de calor de cerâmica são usados em várias temperaturas altas e aplicações industriais corrosivas, incluindo, por exemplo, unidades de troca de calor como fornos, caldeiras e similares. Trocadores de calor de cerâmica são capazes de troca de calor de gás-gás em altas temperaturas como aquelas usadas na unidade de SGR, isto é, até 1100°C em casos onde, por exemplo, a unidade de SGR 2811 é operada em condições ATR. Trocadores de calor de cerâmica podem ser feitos de vários materiais de cerâmica como, por exemplo, carboneto de silício ou alumina. Carboneto de silício pode ser mais barato que alumina, porém mais propenso à corrosão em ambientes de vapor de água em alta temperatura. Além do material cerâmico, trocadores de calor de cerâmica podem ter invólucros e componentes de metal.
[000289] Na implementação mostrada na figura 28, o trocador de calor de cerâmica 2714 é usado para trocar calor entre o fluxo de produto de gás de síntese 148 do recipiente de SGR 2869 e um ou mais fluxos de alimentação a unidade de SGR 2811 (incluindo componentes como CO2, H2O, CH4, H2, extremidades leves Fischer Tropsch e similares, resultando em um fluxo de alimentação de SGR quente 2750 para o recipiente de SGR 2869 e um fluxo de produto de gás de síntese resfriado 2748 que é enviado como alimentação para a unidade Fischer Tropsch 2712. Em alguns aspectos, os fluxos de alimentação gasosa podem entrar no trocador de calor de cerâmica 2714 como fluxos separados ou em um fluxo combinado. O trocador de calor de cerâmica 2714 é necessário para essa aplicação, visto que trocadores de calor de liga e metal comum expostos às condições de fluxo de gás de produto de SGR quente e temperaturas seriam propensos a problemas de formação de pó de metal, ao passo que materiais de troca de calor de cerâmica não são propensos à formação de pó de metal. Formação de pó de metal é um problema comum em processos de reformação e gás de síntese quando superfícies de liga ou metal, por exemplo, aço macio, aço inoxidável, e ligas à base de níquel, são expostos a condições de operação de processo. O resultado é uma deterioração no material de metal, finalmente exigindo substituição. A indústria tipicamente reduz problemas de formação de pó de metal por resfriar os fluxos de gás a temperaturas onde formação de pó de metal não ocorre - isso resulta em eficiências de processo baixas e energia desperdiçada.
[000290] O trocador de calor de cerâmica 2714 pode ser usado em todas as aplicações onde o fluxo de gás de produto de unidade de SGR 148 é usado para pré-aquecer um ou mais dos fluxos de alimentação de unidade de reator de SGR, 2869. Nessa implementação, a unidade de SGR 2811 é configurada para manipular reações RWGS, reações DMR, reações SMR ou combinação dessas reações. Ter uma unidade única configurada para manipular essas reações de SGR é mais eficaz em termos de custo do que ter uma unidade SMR e unidade RWGS separadas, por exemplo. Também nessa implementação, o trocador de calor de cerâmica 2714 está reciclando a maior parte do calor de reação exigido por usar o fluxo de gás de produto quente, 148, da unidade SGR 2869 para pré-aquecer os gases de alimentação de reagente, de modo que nos casos onde a unidade de SGR 2811 está sendo submetida na maior parte a uma reação RWGS, isto é, onde o vapor de alimentação não é necessário e onde a entalpia de reação RWGS ( + 41 kJ/mol CO) é muito mais baixa do que entalpias de reação associadas a reações SMR (+206 kJ/mol. CO) e DMR +247 kJ/mol CO), o trocador de calor de cerâmica 2714 pode fornecer calor sensível enquanto o calor de reação pode ser fornecido pela fonte de calor principal da unidade de SGR 2811, que nesse caso é o fluxo de calor 28873 gerado pelo sistema queimador de SGR 2867. Essa configuração é melhor na recuperação de calor do que se o mesmo processo RWGS fosse tentado em uma unidade SMR padrão. Em alguns aspectos, o trocador de calor de cerâmica 2714 permite eficiência térmica aperfeiçoada do SGR, visto que é o único modo para recuperar calor de processo em um sistema de SGR onde uma alimentação de vapor alta não é exigida. Em uma unidade SMR padrão, o calor a partir do produto de gás de síntese quente é usado para produzir vapor para a alimentação de SMR.
[000291] Essa configuração não é exigida para uma reação RWGS e desse modo ter o produto de gás de síntese quente em tubo duro através de uma unidade de caldeira seria ineficiente para um processo RWGS. Na implementação mostrada na figura 28, durante tempos quando a unidade de SGR 2811 está em operação SMR, o vapor pode ao invés ser produzido a partir do gás de descarga quente 2874 do sistema de queimador de SGR se necessário, e se não for necessário, como no caso onde a unidade de SGR 2811 é usada para um processo RWGS, o fluxo de gás de descarga quente 2874 do sistema de queimador SGR pode colocar o calor não usado (anteriormente usado para fazer vapor durante operação de SMR) em preaquecimento dos reagentes de combustão de sistema de queimador SGR (isto é, ar e fluxo de combustível) ao invés.
[000292] A unidade de SGR 2811 como mostrado nessa implementação pode usar fluxos de alimentação para reagentes de gás de síntese incluindo, por exemplo, o fluxo de produto gasoso 150 do calcinador 1707 que contém pelo menos uma porção de CO2 e também pode conter H2O. a unidade de SGR 2811 pode ser também alimentada com uma porção de CH4 a partir do fluxo 1759, uma porção de fluxo de vapor 2755 a partir da caldeira 2717 que é alimentada com água a partir do fluxo 2762, e uma porção de fluxo de vapor 2758 a partir da unidade Fischer Tropsch 2712 como reagentes. Esses fluxos podem ser fornecidos como insumo para o recipiente de SGR 2869, em parte para reduzir ou eliminar a necessidade do fluxo de hidrogênio 1764 fornecido a partir da subunidade de produção de hidrogênio 110.
[000293] Em algumas implementações, uma porção do H2 no fluxo 2748 pode ser separada, usando, por exemplo, uma unidade de separação de membrana, e reciclada de volta para o recipiente de reator de SGR 2869, através do trocador de calor de cerâmica 2714 (não mostrado). Nesse caso, o fluxo de CH4 1759 pode ser disponível como menos reagente para o recipiente de SGR 2869, e quando um ou mais do fluxo de CH4 1759, fluxo de extremidades leve de Fischer Tropsch 1981 são alimentados com um ou mais de fluxos de vapor 2755 e 2758 como insumo para o recipiente de reator de SGR 2869, o recipiente de SGR 2869 então, além de reações de RWGS, incluiria pelo menos uma porção de reações SMR, reações DMR ou uma combinação dessas reações, para produzir o fluxo de produto de gás de síntese 148.
[000294] Em alguns aspectos, usar CH4 como insumo para o recipiente de reator de SGR 2869 pode ser mais econômico, por exemplo, quando eletricidade renovável está indisponível ou cara e usar uma fonte de CH4 para o insumo do recipiente de reator de SGR 2869 (e operar a unidade de SGR 2811, por exemplo, no modo SMR) é mais eficaz em termos de custo do que operar a subunidade de produção de hidrogênio eletricamente acionada 110. Adicional ou alternativamente, esse método de operação pode ser usado quando o subsistema de captura de CO2 101 está off-line ou em capacidade reduzida.
[000295] O fluxo de produto gasoso de calcinador 132 é enviado através de uma unidade de remoção e limpeza de sólidos 108, onde água é removida como fluxo 134 e o pó/partículas são removidos como fluxo 138. O fluxo de produto gasoso contendo CO2 e um pouco de H2O é enviado para o trocador de calor de cerâmica 2714.
[000296] Na implementação mostrada na figura 28, a unidade de calcinador 1707 pode requerer combustível para queimar com a fonte de oxigênio 1766 para fornecer a temperatura de operação para calcinação. O combustível pode ser fornecido por um fornecimento de hidrogênio fora do local, hidrogênio fornecido a partir do subsistema de produção de hidrogênio 110, gás natural, hidrocarbonetos de extremidade leve Fischer Tropsch a partir da unidade Fischer Tropsch 2712 ou uma combinação desses componentes como fluxo 1761.
[000297] Na implementação mostrada na figura 28, a unidade de calcinador 1707 pode ser aquecida eletricamente como descrito nas figuras 3, 24-27. Nesse caso, o fluxo de alimentação de CO2 132 indo do calcinador 1707 para a unidade de SGR 2811 pode ter substancialmente menor ou nenhum teor de água do que quando a unidade de calcinador 1707 é aquecida usando combustão de uma fonte de combustível e como resultado, o fluxo de gás de produto de calcinador 132 pode não exigir os mesmos componentes à jusante, por exemplo, remoção de água antes de ser enviado para a unidade de troca de calor de cerâmica 2714.
[000298] De acordo com uma vigésima-oitava implementação, e com referência à figura 29 um sistema de produção de combustível sintético 2900 inclui o subsistema de captura 101, o subsistema de produção de hidrogênio 103 e o subsistema de produção de combustível sintético 102. O subsistema de produção de combustível sintético 102 tem uma unidade de SGR 2911 acoplada a um trocador de calor de cerâmica 2714 e uma unidade Fischer Tropsch 2712. A unidade de SGR inclui um sistema queimador de SGR 2967 que é a oxigênio com um fluxo de fonte de combustível 1761, que pode incluir combustível como gás natural, hidrogênio, hidrocarbonetos de extremidade livre Fischer Tropsch ou uma combinação de quaisquer dos acima. O sistema de queimador de SGR 2967 é acoplado a um trocador de calor 2916, e uma unidade de caldeira 2717. O fluxo de oxigênio de combustão 1765 é preaquecido por alimentar através do trocador de calor 2916, antes de ser enviado para o sistema de queimador de SGR 2967. O fluxo de gás de descarga quente 21974, do sistema de queimador de SGR, é usado para pré- aquecer o fluxo de oxigênio 1765, qualquer gás de combustão reciclado a partir do fluxo 2976, e em alguns casos onde vapor é exigido como reagente para a unidade de SGR 2911, o fluxo de gás de descarga quente, 2974, do sistema de queimador de SGR é usado para produzir vapor na unidade de caldeira 2717. O fluxo de descarga quente 2974 pode ser dividido em fluxo 2915 que é dirigido para a unidade de caldeira 2717 e fluxo 2935 que é dirigido para o trocador de calor 2916. A razão de divisão de fluxo de gás de descarga 2915 para a unidade de caldeira 2717 e fluxo 2935 para o trocador de calor 2916 pode variar dependendo de quanto calor é necessário para produzir vapor versus preaquecimento de oxigênio através de trocador de calor 2916. O gás de descarga resfriado sai da unidade de caldeira 2717 e trocador de calor 2916 como fluxos de gás de combustão 2986 e 2976, respectivamente. Em alguns casos, pelo menos uma porção do fluxo de gás de combustão 297 6 pode ser reciclado de volta através para o sistema de queimador de SGR 2967 juntamente com o fluxo de oxigênio de combustão 1765, e uma porção do mesmo pode ser enviada como fluxo 2989 para uma unidade de compressão e limpeza 1970 onde a água é removida como fluxo 2 976. O fluxo de gás comprimido resultante 2999 é então enviado através do trocador de calor de cerâmica 2714 e pode ser então usado como um fluxo de alimentação para o recipiente de reator de SGR 2969. Em alguns casos, um ou ambos dos fluxos de gás de combustão 2976 e 2986 podem ser usados como fluxos de alimentação para outra unidade de processo de subsistema no sistema de produção de combustível sintético 2900, visto que ambos os fluxos podem conter CO2 e H2O.
[000299] Trocadores de calor de cerâmica são usados em várias temperaturas altas e aplicações industriais corrosivas, incluindo, por exemplo, unidades de troca de calor como fornos, caldeiras e similares. Trocadores de calor de cerâmica são capazes de troca de calor de gás-gás em altas temperaturas como aquelas usadas na unidade de SGR, isto é, até 1100°C em casos onde, por exemplo, a unidade de SGR 2811 é operada em condições ATR. Trocadores de calor de cerâmica podem ser feitos de vários materiais cerâmicos como, por exemplo, carbeto de silício ou alumina. Carbeto de sílica pode ser mais barato que alumina, porém mais propenso à corrosão em ambientes de vapor de água em alta temperatura. Além do material cerâmico, trocadores de calor de cerâmica podem ter invólucros e componentes de metal.
[000300] Na implementação mostrada na figura 29, o trocador de calor de cerâmica 2714 é usado para trocar calor entre o fluxo de produto de gás de síntese 148 do recipiente de SGR 2969 e um ou mais fluxos de alimentação gasoso da unidade de SGR 2711, incluindo componentes como H2O, CH4, H2, extremidades leves Fischer Tropsch e similares, resultando em um fluxo de alimentação de SGR quente 2750 para o recipiente de SGR 2969 e um fluxo de produto de gás de síntese resfriado 2748 que é enviado como alimentação para a unidade Fischer Tropsch 2712. Em alguns aspectos, os fluxos de alimentação gasosa podem entrar no trocador de calor de cerâmica 2714 como fluxos separados ou em um fluxo combinado. O trocador de calor de cerâmica 2714 é necessário para essa aplicação, visto que trocadores de calor de liga e metal comum expostos às condições de fluxo de gás de produto de SGR quente e temperaturas seriam propensos a problemas de formação de pó de metal, ao passo que materiais de troca de calor de cerâmica não são propensos à formação de pó de metal. Dusting de metal é um problema comum em processos de reformação e gás de síntese quando superfícies de liga ou metal, por exemplo, aço macio, aço inoxidável, e ligas à base de níquel, são expostos a condições de operação de processo. O resultado é uma deterioração no material de metal, finalmente exigindo substituição. A indústria tipicamente reduz problemas de formação de pó de metal por resfriar os fluxos de gás a temperaturas onde formação de pó de metal não ocorre - isso resulta em eficiências de processo baixas e energia desperdiçada.
[000301] O trocador de calor de cerâmica 2714 pode ser usado em todas as aplicações onde o fluxo de gás de produto de unidade de SGR, 148, é usado para pré-aquecer um ou mais dos fluxos de alimentação de unidade de reator de SGR 2969. Nessa implementação, a unidade de SGR 2911 é configurada para manipular reações RWGS, reações DMR, reações SMR ou combinação dessas reações. Ter uma unidade única configurada para manipular essas reações de SGR é mais eficaz em termos de custo do que ter uma unidade SMR e unidade RWGS separadas, por exemplo. Também nessa implementação, o trocador de calor de cerâmica está reciclando a maior parte do calor de ração exigido usando o fluxo de gás de produto quente 148 de recipiente de SGR 2969 para pré-aquecer os gases de alimentação de reagente, de modo que nos casos onde o subsistema de produção de gás de síntese 2911 está formando gás de síntese por ser submetido na maior parte a uma reação RWGS, isto é, onde o vapor de alimentação não é necessário e onde a entalpia de reação RWGS ( + 41 kJ/mol CO) é muito mais baixa do que entalpias de reação associadas a reações SMR (+206 kJ/mol. CO) e DMR +247 kJ/mol CO), o trocador de calor de cerâmica 2714 pode fornecer calor sensível enquanto o calor de reação pode ser fornecido pela fonte de calor principal da unidade de SGR 2911, que nesse caso é o fluxo de calor 2963 gerado pelo sistema queimador de SGR 2967. Essa configuração é melhor na recuperação de calor do que se o mesmo processo RWGS fosse tentado em uma unidade SMR padrão. Em alguns aspectos, o trocador de calor de cerâmica 2714 permite eficiência térmica aperfeiçoada do SGR, visto que é o único modo para recuperar calor de processo em um sistema de SGR onde uma alimentação de vapor alta não é exigida. Em uma unidade SMR padrão, o calor a partir do produto de gás de síntese quente é usado para produzir vapor para a alimentação de SMR. Essa configuração não é exigida para uma reação RWGS e desse modo ter o produto de gás de síntese quente em tubo duro através de uma unidade de caldeira seria ineficiente para um processo RWGS. Na implementação mostrada na figura 29, durante tempos quando a unidade de SGR 2911 está em operação SMR, o vapor pode ao invés ser produzido a partir do gás de descarga quente 2974 do sistema de queimador de SGR se necessário, e se não for necessário, como no caso onde a unidade de SGR 2911 é usada para um processo RWGS, o fluxo de gás de descarga quente 2974 do sistema de queimador SGR pode colocar o calor não usado (anteriormente usado para fazer vapor durante operação de SMR) em preaquecimento dos reagentes de combustão de sistema de queimador SGR (isto é, ar e fluxo de combustível) ao invés.
[000302] A unidade de SGR 2911 como mostrado nessa implementação pode usar fluxos de alimentação para reagentes de gás de síntese incluindo, por exemplo, o fluxo de produto gasoso 150 do calcinador 1707 que contém pelo menos uma porção de CO2 e também pode conter H2O. a unidade de SGR 2 911 pode ser também alimentada com uma porção de CH4 a partir do fluxo 1759, uma porção de fluxo de vapor 2755 a partir da caldeira 2717 que é alimentada com água a partir do fluxo 2762, e uma porção de fluxo de vapor 2758 a partir da unidade Fischer Tropsch 2712 como reagentes. Esses fluxos podem ser fornecidos como insumo para o recipiente de SGR 2869, em parte para reduzir ou eliminar a necessidade do fluxo de hidrogênio 1764 fornecido a partir da subunidade de produção de hidrogênio 110.
[000303] Em algumas implementações, uma porção do H2 no fluxo 2748 pode ser separada, usando, por exemplo, uma unidade de separação de membrana, e reciclada de volta para o recipiente de reator de SGR 2969, através do trocador de calor de cerâmica 2714 (não mostrado). Nesse caso, o fluxo de CH4 1759 pode ser disponível como menos reagente para o recipiente de SGR 2969, e quando um ou mais do fluxo de CH4 1759, fluxo de extremidades leve de Fischer Tropsch 1981 são alimentados com um ou mais de fluxos de vapor 2755 e 2758 como insumo para o recipiente de reator de SGR 2969, o recipiente de SGR 2969 então, além de reações de RWGS, incluiria pelo menos uma porção de reações SMR, reações DMR ou uma combinação dessas reações, para produzir o fluxo de produto de gás de síntese 148.
[000304] Em alguns aspectos, usar CH4 como insumo para o recipiente de reator de SGR 2969 pode ser mais econômico, por exemplo, quando eletricidade renovável está indisponível ou cara e usar uma fonte de CH4 para o insumo do recipiente de reator de SGR 2969 (e operar a unidade de SGR 2911, por exemplo, no modo SMR) é mais eficaz em termos de custo do que operar a subunidade de produção de hidrogênio eletricamente acionada 110. Adicional ou alternativamente, esse método de operação pode ser usado quando o subsistema de captura de CO2 101 está off-line ou em capacidade reduzida.
[000305] O fluxo de produto gasoso de calcinador 132 é enviado através de uma unidade de remoção e limpeza de sólidos 108, onde água é removida como fluxo 134 e o pó/partículas são removidos como fluxo 138. O fluxo de produto gasoso contendo CO2 e um pouco de H2O é enviado para o trocador de calor de cerâmica 2714.
[000306] Na implementação mostrada na figura 29, uma ou mais da unidade de SGR 2911 e a unidade de calcinador 1707 pode requerer combustível para queimar com a fonte de oxigênio para fornecer a temperatura de operação para produção de gás de síntese e calcinação, respetivamente. O combustível pode ser fornecido por um fornecimento de hidrogênio fora do local, hidrogênio fornecido a partir do subsistema de produção de hidrogênio 110, gás natural, hidrocarbonetos de extremidade leve Fischer Tropsch a partir da unidade Fischer Tropsch 2712 ou uma combinação desses componentes como fluxo 1761.
[000307] Na implementação mostrada na figura 29, a unidade de calcinador 1707 pode ser aquecida eletricamente como descrito nas figuras 3, 24-26. Nesse caso, o fluxo de alimentação de CO2 132 indo do calcinador 1707 para a unidade de SGR 2911 pode ter substancialmente menor ou nenhum teor de água do que quando a unidade de calcinador 1707 é aquecida usando combustão de uma fonte de combustível e como resultado, o fluxo de gás de produto de calcinador 132 pode não exigir os mesmos componentes à jusante, por exemplo, remoção de água antes de ser enviado para a unidade de troca de calor de cerâmica 2714.
[000308] Com referência à figura 30 e de acordo com uma vigésima - nona implementação, um sistema de produção de combustível sintético 3000 inclui um subsistema de produção de hidrogênio 103, um subsistema de produção de combustível sintético 102 e o sistema de captura de CO2 1501 como descrito na figura 15.
[000309] Na implementação, a energia exigida para uma ou mais entre a unidade de regeneração 1507 e a unidade de SGR 1511 pode ser derivada pelo menos em parte de oxi- combustão de uma fonte de combustível incluindo hidrogênio, extremidades leves Fischer-Tropsch, gás natural ou uma combinação desses componentes. Por exemplo, fluxo de subprodutos de hidrocarboneto de extremidade leve 1523 produzido pela unidade Fischer-Tropsch 1512 pode ser usado como combustível para combustão para gerar calor para uma ou mais da unidade de regeneração 1507 e unidade de SGR 1511. Adicional ou atentivamente, um pouco do H2 e O2 produzido pelo hidrogênio o subsistema de produção 103 pode ser usado para aquecer uma ou mais entre a unidade de regeneração 1507 e unidade de SGR 1511 através de combustão de uma porção de fluxo de H2 1525 e uma porção do fluxo de O2 1527.
[000310] Em alguns aspectos, uma ou mais da unidade de regeneração 1507 e unidade de SGR 1511 podem ser processos eletricamente acionados, onde fonte elétrica 1518 fornece o calor de entrada 1529 para a unidade de regeneração 1507 e fonte elétrica 1552 fornece o calor de entrada 1551 exigido pela unidade de SGR 1511. Por exemplo, equipamento como caldeiras na unidade de regeneração 1507 pode ser configurado para gerar calor a partir de eletricidade, e a unidade de SGR 1511 pode ser eletricamente configurada pelo menos em parte como descrito em implementações 18 (figura 19) e 26 (figura 17) por exemplo. Em alguns casos, a energia elétrica pode ser fornecida por uma fonte renovável.
[000311] Nas implementações descritas aqui, oxigênio produzido no sistema (por exemplo, no sistema de produção de hidrogênio) pode ser usado para acionar a oxigênio qualquer processo de combustão na planta, por exemplo, em quaisquer sistemas de geração de energia no local, no SGR, em particular o reator RWGS, além de ou ao invés do calcinador. Em alguns aspectos, o oxidante usado para processos de combustão na planta pode ser originado de formas mais diluídas, como ar ou formas mais concentradas como O2 produzido no eletrolisador.
[000312] Como discutido nas implementações acima, os subsistemas de captura de CO2 101, 1501, 1601 podem capturar CO2 de volumes grandes de gás em um modo que é desacoplado de fontes industriais (emissão de ponto), pode ser localizados em terra barata ou não agrícola, e podem fornecer uma fonte de meio de resfriamento (solução de processo), uma fonte de calor residual de tipo elevado (saídas de slaker e calcinador), podem ter a capacidade de remover água a partir de fluxos de gás (slaker) e podem ter a capacidade de consumir fluxos intermediários ou de subproduto a partir do sistema de produção de hidrogênio e o sistema de produção de combustível sintético, por exemplo, oxigênio, hidrogênio e combustíveis de extremidade mais leve podem ser consumidos em equipamento como o calcinador a oxigênio, no aquecimento e/ou exigências de insumo de unidades de SGR, e em sistemas de geração de energia onde combustão é usada, como turbinas de combustão, e/ou caldeiras.
[000313] Além disso, as demandas de oxigênio do calcinador a oxigênio podem ser significativamente menores do que o fluxo de subproduto de oxigênio total produzido no processo de eletrólise, em particular quando o processo de eletrólise é dimensionado para fornecer todas as demandas de hidrogênio do sistema de combustível sintético. Em cenários onde eletrólise de hidrogênio é usado para produzir hidrogênio para um sistema de síntese de combustível incluindo unidades RWGS e FT, e onde insumo de reator Fischer-Tropsch requer uma razão de H2:CO de ~2, e onde a fonte de CO2 é de um subsistema de captura de CO2 incluindo um calcinador a oxigênio onde um pouco de CO2 é capturado a partir da combustão de calcinador bem como do ar, a quantidade estequiométrica de subproduto de oxigênio produzido a partir da unidade de hidrogênio pode ser aproximadamente 2 - 3 vezes maior do que é necessário no calcinador. Isso leva ao potencial de utilizar o subproduto de oxigênio em excesso em outras unidades/áreas onde acionamento a oxigênio pode ser empregado. Por exemplo, nas exigências de aquecimento de unidades SGR, e em particular unidades RWGS, em sistemas de geração de genérica onde combustão é usada, como turbinas de combustão e/ou caldeiras.
[000314] Em algumas implementações, o combustível sintético produzido pode ser misturado em inventário de combustível fóssil existente de modo que a transição de um sistema de produção de hidrocarboneto, como um sistema de refinaria e distribuição, a partir de insumo de combustível fóssil para insumo de combustível totalmente sintético pode ser cronometrado de acordo com a demanda para combustíveis com intensidade de carbono baixa, sem restrições de mistura como aquelas que existem com a maioria dos biocombustíveis.
[000315] Biocombustíveis em produção em grande escala incluem Biodieseis ou “FAME” (éster de metila de ácido graxo) e Diesel renovável ou “HVO” (óleo vegetal hidrotratado). Vias emergentes incluem biomassa e diesel “BFT” Fischer-Tropsch baseado em refugo e combustível de jato criado através de pirólise, hidrólise/catálise ou fermentação de materiais como resíduos municipais, culturas de energia e resíduos de cultura. Combustíveis FAME, HVO e VFT funcionam em penetração pequena porém limites sociais, químicos e ambientais podem elevar seus custos acentuadamente. Problemas específicos incluem os seguintes: . Combustíveis FAME com base em gordura animal fornecida, óleos de cozinha de refugo e óleos vegetais podem ser somente misturados 5-10% com diesel fóssil, podem ter uma densidade de energia mais baixa e não podem ser distribuídos através de tubulações devido a problemas de corrosão. Os insumos são artigos com usos alternativos e seus custos são estreitamente correlacionados com o custo de óleo bruto. . Insumos de biomassa como refugos de floresta e cultura têm densidade de energia baixa, custo alto de coleta/transporte, exigem áreas de cultura muito grandes e concorrem com usos para alimentação. . Combustíveis diesel FAME, HVO e BFT têm todos, intensidades de carbono na faixa de 20-70 gCO2e/MJ (com a exceção de fontes pequenas específicas de local em 10-20 gCO2e/MJ).
[000316] em algumas implementações, a produção de combustíveis sintéticos pode ser projetada para suportar um meio econômico de fazer transição de sistemas à base de combustível fóssil, como processos GTL, para sistemas de ar-para-combustíveis, e ao fazer isso, as exigências de energia de processo geral resultantes, custo de capital, intensidade de carbono ou uma combinação dos acima podem ser exigidas. Nessas implementações, a unidade de SGR pode ser operada, por exemplo, como um SMR ou DMR, recebendo insumos como metano e vapor (além de CO2 como aplicável), para produzir gás de síntese para processos à jusante, como produção de combustíveis líquidos Fischer Tropsch. Esse modo de operação pode ser realizado por um período de tempo, após o que a unidade de SGR pode operar, por exemplo, como um reator RWGS, recebendo insumos de CO2 e H2, para produzir gás de síntese para processos à jusante. Esses modos de operação diferentes podem ser alternados, dependendo da necessidade e disponibilidade para processar certos insumos. Em algumas implementações, unidades RWGS, SMR e DMR separadas não são necessárias - essas reações podem ser realizadas no mesmo reator de SGR catalisado, simplesmente por alterar os fluxos de insumo.
[000317] Em algumas implementações, o sistema pode ser projetado para facilitar uma transição dinâmica de GTL para ar para combustíveis, ou facilitar operação como um GTL híbrido e sistema de ar para combustíveis, utilizando uma combinação de combustíveis fósseis bem como dióxido de carbono de fonte diluída e uma fonte de hidrogênio. O sistema pode ser projetado para deslocar para frente e para trás entre entradas de GTL e entradas de ar para combustível dependendo de diversas condições. Em algumas dessas implementações, os desafios existentes dos processos baseados em combustível fóssil como os processos GTL mencionados aqui podem ser aliviados usando os subprodutos a partir do sistema de ar para combustíveis no local. Por exemplo, sistemas GTL têm desafios na produção de razões favoráveis de hidrogênio para carbono (H:C) em seu produto de gás sintético para usuários à jusante como sistemas de metanol e Fischer-Tropsch. Reformação de metano seco (DMR) tende a produzir uma razão baixa H:C (~1:1), reformação de metano a vapor tende a produzir uma razão alta H:C (~3:1), e embora reformação auto térmica possa obter algo entre (~2:1), a fonte de alimentação de O2 a partir de uma unidade de separação de ar (ASU), pode ser proibitivamente cara em escalas menores. Se o processo GTL for em um local que também aloja componentes de sistema de ar para combustíveis, como sistemas DAC e eletrólise (capazes de produzir insumos adicionais de hidrogênio, oxigênio e CO2), os problemas de razão de hidrogênio-para=-carbono GTL podem ser aliviados, e uso de equipamento ASU adicional (e caro) podem ser evitados. Além disso, a intensidade de carbono do combustível resultante pode ser reduzida em relação a um combustível GTL que somente utiliza gás natural como entrada.
[000318] Um sistema como esse pode deslocar o equilíbrio entre entradas a partir de combustíveis fósseis para diluir dióxido de carbono de fonte e hidrogênio em resposta a diversos fatores, por exemplo, o preço e disponibilidade de eletricidade: em uma implementação de exemplo, um sistema pode ser operado em modo de ar para combustíveis em momentos quando eletricidade em excesso ou acessível está disponível, como em um caso onde eletricidade é intermitentemente produzida por fontes de energia renovável e eletricidade em excesso não é exigida pela rede. Similarmente, o sistema pode fazer transição para operar em modo GTL, ou em um modo onde a maior parte do combustível é produzida usando combustível fóssil, em momentos quando a eletricidade não está disponível, ou está em alta demanda em outro lugar, efetivamente permitindo que o sistema de produção de ar para combustíveis atue como uma arbitragem para absorver capacidade de eletricidade em excesso através de produção e uso de hidrogênio para ar para combustíveis.
[000319] Em algumas dessas implementações de transição de GTL, a transição da unidade de GTL pode, por exemplo, envolver, mudar o material catalisador em alguns ou todos os reatores, mudar o regime de operação em alguns ou todos os reatores, adicionar ou remover equipamento em torno dos reatores, encaminhar novamente fluxos na planta e possivelmente alterar as quantidades de insumos.
[000320] Em algumas implementações, o sistema 100 pode incluir componentes como unidades de contator de ar, meios de cristalização reativos de leito fluidizado, slakers, calcinadores a oxigênio, sistemas de produção de hidrogênio como uma célula SOEC em alta temperatura, uma membrana de troca de próton (PEM), um eletrolisador alcalino, componentes de produção de combustível sintético como reatores de geração de gás de síntese (SGRs), por exemplo, reformadores de metano seco (DMRs), reformadores de metano a vapor (SMRs), reformadores auto térmicos (ATRs), reatores RWGS, e reatores de oxidação parcial, bem como unidades de processamento de combustível sintético incluindo reatores Fischer-Tropsch, unidades de metanol para gasolina (MTG), unidades de metanol para olefina (MTO), unidades de síntese de metanol, unidades de hidrogenação de CO2 para hidrocarboneto, ciclos de energia, ou uma combinação desses componentes.
[000321] Em algumas dessas implementações, os reatores podem incluir uma zona de combustão externa, pelo que o processo de combustão é mantido separado do processo de reação interno, desse modo permitindo que os componentes de combustão sejam coletados separadamente dos produtos de ração sem impactar a composição ou ambiente de reação no reator.
[000322] Em algumas implementações, o meio de trocador de calor usado no sistema 100 pode incluir trocadores de calor de invólucro e tubo, trocadores de calor de placa e armação, trocadores de calor de feixe de tubos, sistemas de recuperação de calor, caldeiras, refervedores, torres de resfriamento, aletas de resfriamento, defletores, trocadores de calor de microcanal, bobinas, bobinas de radiador, trocadores de calor em espiral, leitos fluidificados, torres de pulverização, colunas borbulhante, pulverização de gás, trocadores de calor contra-corrente, co-corrente ou fluxo transversal ou uma combinação desses componentes. Em algumas implementações, o vapor é usado como um meio de troca de calor e a incorporação de equipamento desuperheater de vapor pode ser empregado.
[000323] Em algumas implementações, a capacidade total do subsistema de produção de hidrogênio 103 é dimensionada de modo a atender as exigências de insumo do subsistema de síntese de combustível à jusante 102 (como as unidades de síntese de metanol ou Fischer-Tropsch). A capacidade de produção de hidrogênio exigida depende tanto da capacidade de produção do subsistema de síntese de combustível 102, como da razão de H2:CO que o processo requer. Em implementações onde eletrolisadores de água são usados para produzir todo o subsistema de captura de CO2 e hidrogênio fornece todo CO, a quantidade de oxigênio produzida em conjunto pelos eletrolisadores de água é aproximadamente três vezes a demanda de oxigênio do calcinador.
[000324] Em algumas implementações, toda ou parte das exigências de calor do sistema são atendidas com combustão a oxigênio, combustão a ar com captura de CO2 posterior, aquecimento elétrico, ou uma combinação desses métodos.
[000325] Ainda em algumas outras modalidades, combustível usado nos processos de combustão pode incluir hidrogênio, metano, biometano, óleo de pirólise, gás natural, gás de síntese, produtos a partir de um processo Fischer-Tropsch, ou uma combinação desses componentes.
[000326] Em algumas das implementações, água a partir da unidade de limpeza pode ser alimentada para a unidade de fonte e tratamento de água.
[000327] Em algumas das implementações, o subsistema de captura de CO2 pode incorporar um meio de hidratação em alta temperatura ou slaker de vapor na unidade de slaker.
[000328] O termo “acoplar” e variantes do mesmo como “acoplado”, “acopla” e “acoplamento” como usado nessa descrição pretendem incluir conexões indiretas e diretas a menos que de outro modo indicado. Por exemplo, se um primeiro dispositivo for acoplado a um segundo dispositivo, esse acoplamento pode ser através de uma conexão direta ou através de uma conexão indireta através de outros dispositivos e conexões. Similarmente, se o primeiro dispositivo for acoplado de modo comunicativo com o segundo dispositivo, a comunicação pode ser através de uma conexão direta ou através de uma conexão indireta através de outros dispositivos e conexões. Em particular, um meio de acoplamento de fluido que uma via direta ou indireta é fornecida para um fluido fluir entre dois dispositivos acoplados de modo fluido. Também um acoplamento térmico significa que uma via direta ou indireta é fornecida para energia de calor fluir entre os dispositivos termicamente acoplados.
[000329] Diversas implementações da invenção foram descritas. Não obstante, será entendido que várias modificações podem ser feitas sem se afastar do espírito e escopo da invenção. Por conseguinte, outras implementações estão compreendidas no escopo das reivindicações a seguir. Modificações adicionais e implementações alternativas de vários aspectos serão evidentes para aqueles versados na técnica em vista dessa descrição. Por conseguinte, essa descrição deve ser interpretada como ilustrativa somente. Deve ser entendido que as formas mostradas e descritas aqui devem ser tomadas como exemplos de implementações. Elementos e materiais podem ser substituídos por aqueles ilustrados e descritos aqui, partes e processos podem ser invertidos, e certas características podem ser utilizadas independentemente, tudo como seria evidente para uma pessoa versada na técnica após ter o benefício dessa descrição. Alterações podem ser feitas nos elementos descritos aqui sem se afastar do espírito e escopo como descrito nas reivindicações que se seguem.
Claims (31)
1. Método para produzir um combustível sintético a partir de hidrogênio e dióxido de carbono, caracterizado pelo fato de que compreende: (a) extrair moléculas de hidrogênio a partir de compostos de hidrogênio em um insumo de hidrogênio (142, 1519, 1619, 144, 1211, 157, 142) para produzir um fluxo de alimentação contendo hidrogênio (146, 546, 913, 1213); (b) extrair moléculas de dióxido de carbono de uma mistura gasosa diluída em um insumo de dióxido de carbono atmosférico (120) por: colocar em contato a mistura gasosa diluída com uma solução de captura de dióxido de carbono (124, 1503) compreendendo uma solução alcalina aquosa para formar uma solução de captura rica em CO2, precipitar pelo menos parte do dióxido de carbono capturado em sólidos de CaCO3 (126) pelo contato da solução de captura rica em CO2 com cálcio; e operar um calcinador (107, 207, 1707, 1971, 2307, 2507, 2607) para calcinar os sólidos de CaCO3 para produzir um fluxo de gás de produto de calcinador compreendendo um fluxo de alimentação contendo dióxido de carbono (150); e (c) processar o fluxo de alimentação contendo hidrogênio e o fluxo de alimentação contendo dióxido de carbono para produzir um combustível sintético; em que pelo menos parte do material usado em pelo menos uma das etapas de extrair moléculas de hidrogênio, extrair moléculas de dióxido de carbono e processar os fluxos de alimentação contendo hidrogênio e dióxido de carbono é obtida do material produzido em outra das etapas de extrair moléculas de hidrogênio, extrair moléculas de dióxido de carbono e processar os fluxos de alimentação contendo hidrogênio e dióxido de carbono.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o insumo de hidrogênio é água.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o material produzido inclui água (142, 1519, 1619) produzida durante a etapa de extrair moléculas de dióxido de carbono ou a etapa de processar os fluxos de alimentação contendo hidrogênio e dióxido de carbono e pelo menos parte da água produzida é usada para pelo menos parte do insumo de hidrogênio.
4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a etapa de extrair moléculas de dióxido de carbono adicionalmente compreende extrair água (138, 134) a partir do fluxo de gás de produto de calcinador para produzir pelo menos parte da água produzida.
5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que pelo menos parte da água produzida é vapor (140).
6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de processar os fluxos de alimentação contendo hidrogênio e dióxido de carbono compreende combinar e aquecer os fluxos de alimentação contendo hidrogênio e dióxido de carbono, produzir um fluxo de gás de síntese (148, 1225, 1735, 2121, 2148, 2748), e extrair água a partir do fluxo de gás de síntese para produzir pelo menos parte da água produzida.
7. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que adicionalmente compreende alimentar pelo menos uma porção do fluxo de gás de produto de calcinador para uma célula de eletrolisador de óxido sólido (510, 610, 710, 810, 910, 1210) usada na etapa de extrair moléculas de hidrogênio.
8. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a etapa de extrair moléculas de dióxido de carbono adicionalmente compreende o uso de um slaker (106, 1006, 1106), o material produzido inclui água produzida durante a etapa de processar os fluxos de alimentação contendo dióxido de carbono e hidrogênio e pelo menos parte da água produzida é usada no slaker.
9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o material produzido inclui moléculas de oxigênio (143) produzidas durante a etapa de extrair moléculas de hidrogênio, e o método adicionalmente compreende a combustão de um combustível (152) usando pelo menos uma porção das moléculas de oxigênio produzidas durante pelo menos uma das etapas de extrair moléculas de dióxido de carbono e processar os fluxos de alimentação contendo dióxido de carbono e hidrogênio.
10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a combustão de pelo menos uma porção das moléculas de oxigênio produzidas e do combustível produz calor para produzir o fluxo de gás de produto de calcinador durante a etapa de extrair moléculas de dióxido de carbono.
11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que pelo menos parte da energia para executar as etapas de extrair moléculas de hidrogênio, extrair moléculas de dióxido de carbono, e processar os fluxos de alimentação contendo dióxido de carbono e hidrogênio é fornecida por uma fonte de eletricidade.
12. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de processar os fluxos de alimentação contendo dióxido de carbono e hidrogênio compreende operar uma unidade de reator de geração de gás de síntese (“SGR”) (111, 1101, 1102, 1201, 1511, 1611, 1711, 1911, 2011, 2711, 2811, 2911) em uma pressão selecionada para permitir que a unidade SGR receba o fluxo de alimentação contendo dióxido de carbono a partir do calcinador sem ser substancialmente resfriado e comprimido entre o calcinador e a unidade SGR.
13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a unidade SGR é operada em uma pressão entre 1 e 10 bar e o fluxo de alimentação contendo dióxido de carbono recebido tem uma temperatura entre 850900 °C.
14. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que adicionalmente compreende aquecer a unidade SGR com energia térmica produzida por eletricidade.
15. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que adicionalmente compreende: aquecer um fluxo de material de CaCO3 (130, 2130) usado na extração de moléculas de dióxido de carbono com energia térmica a partir de um fluxo de produto de gás de síntese (148,1005,1105,1108,1215,2148) a partir da unidade SGR, e opcionalmente contatar diretamente o fluxo de material de CaCO3 com o fluxo de produto de gás de síntese e operar o SGR em um modo de mudança de água-gás reversa (RWGS), com um ou mais de um modo de reforma de metano vapor (SMR), um modo de reforma de metano seco (DMR) ou uma combinação dos mesmos, e/ou aquecer o calcinador com energia térmica produzida por eletricidade.
16. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de extrair as moléculas de dióxido de carbono adicionalmente compreende calcinar o material de CaCO3 em um recipiente de reator de leito fluidizado (1971, 2307) do calcinador e descarregar um fluxo de sólidos de CaO quente a partir do calcinador.
17. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que adicionalmente compreende pré-aquecer o material de CaCO3 antes da entrada no calcinador com energia térmica a partir do fluxo de gás de produto de calcinador.
18. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que adicionalmente compreende extrair água a partir do fluxo de gás de produto de calcinador, ferver a água extraída para produzir vapor, a seguir fluidizar o recipiente de reator de leito fluidizado com o vapor.
19. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de processar os fluxos de alimentação contendo dióxido de carbono e hidrogênio compreende operar uma unidade de reator para geração de gás de síntese (“SGR”), e o método adicionalmente compreende alimentar o fluxo de alimentação contendo dióxido de carbono e um ou mais dos fluxos de alimentação de reagente SGR, o um ou mais fluxos de alimentação de reagente SGR compreendem pelo menos um de um fluxo de alimentação de reagente de hidrogênio, um fluxo de alimentação de reagente de CH4, um fluxo de alimentação de reagente de água, ou um fluxo de alimentação de reagente de hidrocarboneto de extremidade leve de Fischer Tropsch (154, 1523, 1623).
20. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente operar a unidade SGR para produzir um fluxo de produto de gás de síntese por um ou mais de uma reação de deslocamento água-gás reversa (RWGS), reação de reforma de metano de vapor (SMR) e uma reação de reforma de metano seca (DMR).
21. Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente tratar o fluxo de produto de gás de síntese para produzir um ou mais fluxos de reciclagem (1749, 1751, 1747) que fornecem reagente para a unidade SGR.
22. Método, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que adicionalmente compreende aquecer eletricamente pelo menos uma ou mais dos fluxos de reciclagem e dos fluxos de alimentação de reagente (1759, 1755, 1754).
23. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de processamento dos fluxos de alimentação contendo hidrogênio e dióxido de carbono compreende operar uma unidade de reator de geração de gás de síntese ("SGR") e o método compreende ainda o pré- aquecimento de um ou mais fluxos de alimentação de reagente SGR antes alimentação para a unidade SGR, com energia térmica de um fluxo de produto de gás de síntese descarregado da unidade SGR.
24. Método, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que os fluxos de alimentação de reagente SGR compreendem pelo menos um dentre um fluxo de alimentação de reagente de dióxido de carbono, um fluxo de alimentação de reagente de hidrogênio, um fluxo de alimentação de reagente CH4, um fluxo de alimentação de reagente de água ou um fluxo de alimentação de reagente de hidrocarboneto de extremidade leve de Fischer Tropsch, em que o fluxo de alimentação de reagente de dióxido de carbono inclui pelo menos parte do fluxo de alimentação contendo dióxido de carbono e o fluxo de alimentação de reagente de hidrogênio compreende pelo menos parte do fluxo de alimentação contendo hidrogênio.
25. Método para produzir um combustível sintético a partir de hidrogênio e dióxido de carbono, caracterizado pelo fato de que compreende: (a) extrair moléculas de hidrogênio a partir de compostos de hidrogênio em um insumo de hidrogênio (144) para produzir um fluxo de alimentação contendo hidrogênio (14 6); (b) extrair moléculas de dióxido de carbono de uma mistura gasosa diluída em um insumo de dióxido de carbono atmosférico (120) para produzir um fluxo de alimentação contendo dióxido de carbono (1615); e (c) processar os fluxos de alimentação contendo hidrogênio e dióxido de carbono para produzir um combustível sintético; em que pelo menos parte do material usado em pelo menos uma das etapas de extrair moléculas de hidrogênio, extrair moléculas de dióxido de carbono e processar os fluxos de alimentação contendo hidrogênio e dióxido de carbono é obtida do material produzido em outra das etapas de extrair moléculas de hidrogênio, extrair moléculas de dióxido de carbono e processar os fluxos de alimentação contendo hidrogênio e dióxido de carbono; e em que a etapa de extrair moléculas de dióxido de carbono compreende colocar em contato a mistura gasosa diluída com um sorvente sólido em um contator de ar de sorvente sólido (1604).
26. Método, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que o contato da mistura gasosa diluída com o sorvente sólido no contator de ar de sorvente sólido inclui o contato da mistura gasosa diluída com um sorvente sólido de metal alcalino.
27. Método de acordo com a reivindicação 25 ou 26, caracterizado pelo fato de que compreende a regeneração do sorvente sólido.
28. Método, de acordo com a reivindicação 25 ou 26, caracterizado pelo fato de que compreende o aquecimento do sorvente sólido para regenerar o sorvente sólido e liberar dióxido de carbono.
29. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 25 a 28, caracterizado pelo fato de que o contato da mistura gasosa diluída com o sorvente sólido inclui a formação de sólidos de carbonato de cálcio (CaCO3).
30. Método, de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: evaporar a água dos sólidos de CaCO3 para formar um fluxo de produto de sólidos de CaCO3 com água reduzida; e operar um calcinador para calcinar o fluxo de produto sólido de CaCO3 com água reduzida para produzir um fluxo de gás de produto de calcinador compreendendo o fluxo de alimentação de dióxido de carbono.
31. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 25 a 30, caracterizado pelo fato de que o contato da mistura gasosa diluída com o sorvente sólido inclui o contato da mistura gasosa diluída com o sorvente sólido em um invólucro do contator de ar de sorvente sólido.
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