ES2197999T3 - Procedimiento para generar energia y/o calor que comprende un reactor de membrana conductora mixta. - Google Patents

Abstract

Un procedimiento para la generación de calor y/potencia que comprende un procedimiento de combustión que produce una mezcla de gases con una alta concentración de CO2 y una baja concentración de NOx, caracterizado porque el procedimiento de combustión tiene lugar en un reactor de membrana que es un reactor mixto que conduce iones de oxígeno y electrones mezclados que comprende una primera superficie (lado de alimentación) capaz de reducir oxígeno a iones de oxígeno y una segunda superficie (lado de oxidación) capaz de hacer reaccionar iones de oxígeno con un combustible que contiene carbono, siendo dicho combustible mezclado con CO2 y H2O reciclados que contiene el gas de escape del procedimiento de combustión antes de ser suministrado al lado de oxidación del reactor de membrana.

Description

Procedimiento para generar energía y/o calor que comprende un reactor de membrana conductora mixta.

La presente invención se refiere a un procedimiento para generar calor y/o potencia que comprende un reactor de membrana en el que se oxida un combustible y comprende además un método mejorado para reducir las emisiones de dióxido de carbono y la emisión de óxidos de nitrógeno de dicho procedimiento.

Debido a los aspectos medioambientales del CO_{2} y el NO_{x} y a las tasas sobre las emisiones de las autoridades nacionales las posibilidades de reducir las emisiones de estos compuestos a la atmósfera de los procedimientos de combustión, en particular de los gases de combustión procedentes de turbinas de gas, mar adentro, han sido ampliamente analizadas.

Los procedimientos de combustión convencionales, usados para combustibles que contienen carbón y en los que la fuente de oxígeno es el aire producen concentraciones de dióxido de carbono del 3-15% en el gas de escape que dependen del combustible y del procedimiento de combustión y recuperación de calor aplicado. La razón para que sea así de baja se debe a que el aire se compone de alrededor de un 78% en volumen de nitrógeno.

Por tanto, una reducción en la emisión de dióxido de carbono requiere separar el dióxido de carbono del gas de escape, o elevar la concentración a niveles adecuados para que sea usado en diferentes procedimientos o para la inyección y deposición.

El CO_{2} puede ser eliminado de los gases de escape por medio de varios procedimientos de separación, por ejemplo, procedimientos de separación activa químicos, procedimientos de absorción física, adsorción mediante tamices moleculares, técnicas criogénicas y de separación de membrana. La absorción química por medio de aminas de alcanoles se considera el método más práctico y económico para separar CO_{2} de los gases de escape de una central industrial.

Este método, no obstante, requiere un equipo pesado y voluminoso y reducirá la potencia generada alrededor de un 10% o más. No obstante, se considera que estos métodos conocidos no son muy adecuados para su aplicación práctica en un procedimiento de generación de potencia. Por ejemplo en centrales de potencia basadas en gas natural el coste del combustible comprende una parte sustancial del coste total de la potencia eléctrica. Una alta eficiencia es por lo tanto muy importante para reducir el coste de la potencia eléctrica.

En el procedimiento del monoetanol amina (MEA) de gases de escape refrigerados de una central industrial que reaccionan con una solución acuosa de MEA en una torre de absorción. La mayoría del CO_{2} es por tanto eliminada del gas de escape que es liberado a la atmósfera. El MEA será degradado y por ejemplo, una central industrial de ciclo combinado de 350 MW, por ejemplo, producirá alrededor de 4.000 toneladas de productos de degradación de MEA por año que han de ser destruidos o almacenados.

Para satisfacer exigencias de control de NO_{x} nacionales pueden ser usados diferentes métodos, por ejemplo, modificaciones de los quemadores, aplicaciones de quemadores catalíticos, adiciones de vapor o reducción catalítica selectiva (SCR) del NO_{x} en el gas de escape. Cuando se usa aire en procedimientos de combustión algo del nitrógeno se oxidará durante la combustión produciendo NO, NO_{2} y N_{2}O (denominado NO_{2} térmico). Al menos del 80 - 98% del NO_{2} formado procede de dicha oxidación del nitrógeno en el aire. El resto procede de la oxidación del nitrógeno contenido en el combustible.

Un método para incrementar la concentración de CO_{2} en el gas de escape y reducir la formación de NO_{x} consiste en añadir oxígeno puro al procedimiento de combustión en vez de aire.

No obstante, los métodos de separación del aire comerciales (separación criogénica y PSA) requerirán de 250 a 300 kWh/ton de oxígeno producido. El suministro de oxígeno, por ejemplo, a una turbina de gas mediante estos métodos disminuirá la potencia neta de salida del ciclo de la turbina de gas al menos el 20%. El coste de producir oxígeno en una unidad criogénica incrementará el coste de la potencia eléctrica sustancialmente y puede constituir tanto como el 50% del coste de la potencia eléctrica.

El objeto principal de esta invención ha sido lograr un procedimiento de calentamiento y de generación de potencia más eficiente que comprende un procedimiento de combustión que produce un gas de escape con una alta concentración de CO_{2} y una baja concentración de NO_{x}, lo que hace la corriente de gas de escape adecuada para la utilización directa en diferentes procedimientos, la inyección en una formación geológica para la deposición a largo plazo o la recuperación mejorada de petróleo o gas natural.

Otro objeto de la invención fue suministrar oxígeno en el procedimiento de combustión que implica demandas de energía reducidas en comparación con otros métodos conocidos.

Un objeto más fue utilizar corrientes de procedimientos existentes en las centrales de generación de potencia para obtener un suministro de oxígeno mejorado para los procedimientos de combustión.

El problema anteriormente mencionado que se refiere a la reducida eficiencia del combustible y el alto coste puede ser parcialmente resuelto mediante la aplicación de membranas de conducción mixta que se definen como una membrana hecha de un material con conductividad electrónica y de iones a la vez.

Ese tipo de membrana puede ser una membrana que conductora de iones y electrones, por ejemplo, capaz de separar oxígeno de mezclas gaseosas que contengan oxígeno a temperaturas de 400 a 1300ºC. Una diferencia de presión parcial del oxígeno origina que los iones de oxígeno sean transportados a través de la membrana con la reducción de oxígeno en el lado de presión parcial del oxígeno alta (lado de alimentación) y oxidación de los iones de oxígeno en gas en el lado de presión parcial del oxígeno baja (lado de fluido filtrado). En la masa de la membrana los iones de oxígeno son transportados mediante un procedimiento de difusión. Simultáneamente los electrones circulan desde el lado de fluido filtrado, en sentido contrario, hacia el lado de alimentación de la membrana.

La aplicación de estas membranas es una técnica bastante nueva y es generalmente conocida por la Solicitud de patente europea 0658 367 A2 que describe la separación de oxígeno del aire por medio de una membrana de conducción mixta que está integrada con un sistema de turbina de gas. Oxígeno puro a presión similar o inferior a la atmosférica y a alta temperatura es recuperado del lado de fluido filtrado de la membrana de conducción. Esto, sin embargo, conlleva que el oxígeno sea enfriado por debajo de aproximadamente 50ºC y vuelto a comprimir a la presión de procedimiento requerida antes de que sea añadido al reactor o quemador de oxidación en un procedimiento de combustión.

Los inventores hallaron entonces que la aplicación de un reactor de membrana de conducción de iones de oxígeno y electrones mixta, denominado en esta memoria en adelante un reactor de membrana, para combinar el suministro de oxígeno y la combustión de un combustible daba una mezcla de gases calientes compuestos de CO_{2}, agua, pequeñas cantidades de CO y H_{2}.

El principio del procedimiento ``electropox'' descrito en la Solicitud de patente europea 0 438 902 A3 podría ser adoptado para este quemador de membrana o el principio del reactor electroquímico descrito en la Patente de EE.UU. Nº 5.356.728. La combustión completa del combustible en el quemador de membrana, probablemente, no es posible. Sin embargo, pequeñas cantidades de combustible parcialmente oxidado no convertido en el gas de purga que contiene CO_{2} que deja el procedimiento de la turbina de gas pueden ser oxidadas separadamente en una pequeña cámara de combustión catalítica o no catalítica mezclando el gas de purga que contiene CO_{2} con un gas que contiene oxígeno u oxígeno puro. El gas de purga que contiene CO_{2} podría también ser inyectado en una formación geológica sin más tratamiento. Si el gas de escape que contiene CO_{2} se aplicase para mejorar la recuperación de petróleo, el contenido de oxígeno casi nulo en el gas de escape sería una ventaja.

Además los inventores descubrieron la aplicación de dióxido de carbono reciclado o una mezcla de dióxido de carbono y agua, por ejemplo parte del gas de escape del procedimiento de combustión, como un refrigerante en el reactor de membrana. La deposición de carbono en la segunda superficie (el lado de oxidación) podía ser evitada mediante la selección adecuada del material catalizador y el ajuste correcto de la relación entre el combustible y el CO_{2} y H_{2}O reciclados que contenía el gas de escape. Aplicando el reactor de membrana podía ser recuperado oxígeno y hecho reaccionar con un combustible, sin refrigeración y recompresión intermedia del oxígeno, como se requería en la Solicitud europea 0658367. Una ventaja adicional radica en que la presión de funcionamiento en el lado de alimentación del reactor de membrana puede ser más baja o mucho más baja que la presión de funcionamiento en el lado de oxidación del quemador de membrana puesto que la presión parcial del oxígeno en el lado de oxidación será inferior a alrededor de 10^{-15} bares debido a las reacciones de oxidación. Esto implica que el oxígeno puede ser suministrado a un procedimiento de oxidación de alta presión sin una primera compresión del aire y el resultado de ello es una eficiencia incrementada de la producción de potencia. En un generador de potencia de turbina de gas convencional la compresión del oxígeno consumido constituye alrededor de 6 a 10% de la potencia total producida por el procedimiento.

Por tanto los inventores hallaron sorprendentemente que su método tiene la ventaja de suministrar oxígeno al procedimiento de combustión sin pérdida en la eficiencia de la potencia y/o de la instalación de generación de calor. Más sorprendentemente, el método podía incrementar la eficiencia de un procedimiento de generación de potencia de turbina de gas en comparación con procedimientos de turbina de gas convencionales y producir al mismo tiempo un gas de escape con casi cero de NO_{x} y con una alta concentración de CO_{2}.

Para obtener un flujo suficientemente alto de oxígeno a través de la membrana se requiere una temperatura bastante alta (400 - 1300ºC). En el lado de aire de la membrana puede ser obtenida esta usando un quemador para incrementar la temperatura, por ejemplo, como se describe en la Solicitud de Patente europea 0658 367 A2. Con objeto de evitar CO_{2} en la corriente de aire, el aire puede ser precalentado en primer lugar mediante un intercambio de calor con el aire empobrecido de oxígeno caliente que deja el lado alimentado del reactor de membrana y, en segundo lugar, en el quemador de membrana por intercambio de calor con combustible quemado caliente. El CO_{2} y H_{2}O reciclados que contiene el gas de escape podrían ser precalentados en un recuperador y precalentados adicionalmente en el reactor de membrana.

Ventajas adicionales del procedimiento de generación de potencia y calor mejorado son las reducidas emisiones de NO_{x} debido al hecho de que está presente muy poco nitrógeno en el sistema de combustión basado en CO_{2}. Esto permitirá también el desarrollo de sistemas de combustión o turbinas de gas mejorados y más eficientes puesto que ya no se requiere controlar NO_{x}. La mayor capacidad de calor específico del CO_{2} o de una mezcla de CO_{2}/H_{2}O que el nitrógeno permitirá el desarrollo de sistemas de turbinas de gas más compactos y también de sistemas de recuperación de calor.

Un procedimiento para generar potencia y/o calor que comprende un reactor de membrana en el que se oxida combustible según la presente invención, comprende la aplicación de un reactor de membrana que es un reactor de membrana que conduce electrones e iones de oxigeno mixto que comprende una primera superficie (lado alimentado) capaz de reducir oxigeno a iones de oxígeno y una segunda superficie (lado de oxidación) capaz de hacer reaccionar los iones de oxígeno con un carbono que contiene combustible.

Una característica especial de la invención radica en que el carbono que contiene combustible es mezclado con CO_{2} reciclado y H_{2}O que contiene gas de escape antes de ser suministrado al lado de oxidación del reactor de membrana.

Una realización más de la invención radica en que una mezcla de gases que deja el procedimiento de combustión es alimentada a un sistema de recuperación de potencia y/o calor y en que el CO_{2} así enfriado que contiene la mezcla de gases es comprimido para posterior inyección en un depósito de petróleo y gas para la recuperación mejorada del petróleo o es comprimido para ser inyectado en una formación geológica.

Otra característica de la invención radica en que el aire es calentado antes de ser suministrado al lado de alimentación del reactor de membrana a una presión similar a la presión atmosférica.

La invención se explicará mejor y considerará en los ejemplo y las figuras correspondientes:

la figura 1 muestra un procedimiento de generación de calor y potencia combinado según la invención y comprende un ciclo de la turbina de gas en el que parte del calor es recuperado como potencia mecánica o eléctrica; y

la figura 2 muestra un procedimiento de generación de calor según la invención que funciona a una presión próxima a la atmosférica.

La figura 1 muestra un procedimiento de generación de potencia y calor combinado que comprende la aplicación de un soplante 1 de aire para alimentar aire a un reactor 5 de membrana y un sistema de turbina de gas (unidades 2, 3, 4, 7 y 9) integrado con dicho reactor de membrana y en el que se aplica el reactor de membrana en vez de un combustor de turbina de gas convencional.

Aire 10 es alimentado al intercambiador 6 de calor por medio del soplante 1. El aire caliente (corriente 12) es entonces alimentado a una unidad 5 de membrana y el oxígeno se agota dando una corriente 13 de aire agotado. La corriente 13 intercambia calor con la corriente 11 de aire y puede ser recuperado más calor en la unidad 8. El nitrógeno refrigerado que contiene el gas (corriente 15) es descargado. El CO_{2} presurizado reciclado que contiene el gas de escape (corriente 26) es mezclado con el combustible (corriente 16) y la mezcla (corriente 17) es alimentada a la unidad 5 de membrana a contracorriente con la corriente 12 de aire y el combustible se hace reaccionar con oxígeno en la superficie de membrana que está revestida con un catalizador de oxidación. La mezcla de gas de escape caliente (corriente 18) se expande en el expansor 3 de la turbina de gas, que está conectado a un generador 2 de potencia eléctrica y la corriente 19 resultante intercambia calor entonces en un recuperador 7 con gas de escape comprimido reciclado (corriente 25).

La corriente 20 de gas de escape que deja el recuperador 6 es alimentada a la unidad 9 de recuperación de calor y el agua condensada es separada como corriente 21. Después de ello una parte del gas de escape (corriente 23) que contiene una elevada concentración de CO_{2} es purgada.

El resto de la corriente 24 de gas de escape refrigerado es comprimido en el compresor 4 y la corriente resultante 25 es precalentada además en el recuperador 7 antes de ser mezclada con combustible (corriente 16) y añadida más adelante al reactor 5 de membrana.

La figura 2 muestra un procedimiento para generar calor que comprende la aplicación de un primer sistema (unidades 1, 4, parte de la unidad 3 y 6) de recuperación de calor basado en aire que está integrado con una unidad 3 de membrana de conducción mixta para suministrar oxígeno a un sistema (unidades 2, 6, 7, 8 y parte de la unidad 3) para generar calor que comprende un procedimiento de combustión casi exento de nitrógeno.

La corriente 9 de aire es conducida al intercambiador 4 de calor por medio del soplante 1. La corriente 11 de aire caliente es alimentada entonces a una unidad 3 de membrana y el oxígeno es agotado dando una corriente 12 de aire agotada en la que se intercambia calor con la corriente 10 de aire. Puede ser recuperado calor más adelante en la unidad 6. El gas que contiene nitrógeno refrigerado (corriente 14) se descarga. El gas que contiene CO_{2} presurizado reciclado (corriente 25) es mezclado con la corriente 15 de combustible y la mezcla 16 es conducida a la unidad de membrana a contracorriente con la corriente 11 de aire y el combustible se hace reaccionar con oxígeno en la superficie de membrana que está revestida con un catalizador de oxidación. La mezcla de gas caliente (corriente 17) es alimentada para calentar el sistema 7 de recuperación y la corriente resultante 18 es calentada más adelante intercambiando calor en el intercambiador 5 con gas reciclado (corriente 24).

La corriente 19 de gas que deja el intercambiador 6 de calor es alimentada a un sistema 8 de recuperación de calor y se separa el agua condensada (21). Después de ello es purgada una parte del gas (corriente 22) que contiene una alta concentración de CO_{2}.

El resto de la corriente 23 de gas refrigerado es reciclado por medio del soplante 2 y la corriente 24 resultante 24 es precalentada además en el intercambiador 7 de calor antes de ser mezclada con combustible (corriente 15) y añadida más adelante al reactor 3 de membrana.

Ejemplo 1

Este ejemplo muestra un procedimiento de generación de potencia como el descrito en la figura 1.

Por medio de un soplante 1 se alimenta aire (10) al intercambiador (6). El aire caliente (corriente 12) se alimenta entonces a una unidad (5) de membrana y se agota el oxígeno obteniendo una corriente (13) de aire agotada. La corriente (13) intercambia calor con la corriente (11) de aire y puede ser recuperado calor posteriormente en la unidad 8. Dicho gas que contiene menos del 3% de oxígeno puede ser aplicado en diferentes procedimientos químicos, por ejemplo con propósitos de purga. La corriente 12 de aire fue calentada a alrededor de 500-1000ºC en el quemador de membrana mediante el intercambio de calor con combustible agotado caliente. Puesto que no se añade combustible a la corriente de aire, se logra fácilmente la eliminación del 100% de CO_{2} de la central de potencia,

El CO_{2} presurizado reciclado que contiene gas de escape (corriente 26) se mezcla con combustible (16) y la mezcla es alimentada a la unidad (5) de membrana a contracorriente con la corriente (12) de aire y el combustible se hace reaccionar con oxígeno en la superficie de membrana que está revestida con un catalizador de oxidación. La mezcla de gases de escape caliente a la temperatura aproximada de 1000 a 1300ºC (corriente 18) es expandida hasta casi alcanzar la presión atmosférica en el expansor 3, que está conectado a un generador 2 de potencia eléctrica, y la corriente resultante (19) es calentada entonces intercambiando calor en un recuperador (7) con gas de escape comprimido reciclado (corriente 25).

La alta capacidad calorífica del dióxido de carbono en comparación con el nitrógeno origina una temperatura más alta en el gas de escape que abandona el expansor que en un sistema de turbina de gas soplado. Además, la compresión del gas de escape que contiene CO_{2} reciclado originará una menor temperatura que la compresión de aire a la misma presión. Esto permitirá la aplicación de un recuperador a relaciones de presión de al menos 30.

El precalentamiento del gas que contiene CO_{2} comprimido reciclado en un recuperador según la figura 1 incrementará la eficiencia de la central de potencia.

La corriente 20 de gas de escape que deja el recuperador 6 es alimentada al sistema 9 de recuperación de calor y separada la corriente 21 de agua condensada. Después de ello, del 3 al 20% de gas de escape (corriente 23) que contiene una alta concentración de CO_{2} es purgado. El resto de la corriente 24 de gas de escape refrigerado es comprimido en el compresor 4 y la corriente resultante 25 es precalentada posteriormente en el recuperador 7 antes de ser mezclada con combustible (corriente 16) y añadida posteriormente al reactor 5 de membrana.

La corriente 23 que contiene CO_{2} contiene una cantidad insignificante de oxígeno y el gas podría ser usado por tanto para la recuperación mejorada de petróleo y gas natural sin más tratamiento. La corriente 23 puede contener pequeñas cantidades de componentes parcialmente oxidados. Si se desea estos componentes podrían ser oxidados en un reactor catalítico mediante la adición de un oxidante.

En el procedimiento según la figura 1, el 100% del CO_{2} generado en el procedimiento de combustión puede ser recuperado siendo obtenido un gas de escape con alta concentración de CO_{2}. Dicho gas de escape que es purgado puede contener una cantidad insignificante de oxígeno y NO_{2} y puede ser además aplicado para una recuperación mejorada de petróleo y gas natural sin más tratamiento, o dicho gas puede ser inyectado en una formación geológica para deposición a largo plazo.

Los métodos conocidos producen gases de escape que contienen menos de aproximadamente el 10% de CO_{2} que requieren la aplicación de una instalación de separación de CO_{2} cara, voluminosa y pesada, y, si por ejemplo, la deposición de CO_{2} es esencial para eliminar NO_{x} en estos conocidos procedimientos ha de ser instalado un sistema catalítico independiente caro. Los métodos conocidos comparados comprenden el suministro de oxígeno puro al gas de escape reciclado, la presente invención incrementa a la vez la eficiencia de la potencia de la instalación y reduce sustancialmente el coste de la generación y suministro de oxígeno al procedimiento de combustión. Puesto que no se generan corrientes de oxígeno puro o concentrado, se evitan los riesgos importantes debidos a la manipulación del oxígeno puro. Puede ser suministrado aire en el procedimiento de combustión a una presión próxima a la atmosférica. El reactor de membrana de conducción mixta proporciona una presión parcial baja constante de oxígeno en el lado de oxidación (lado de combustión) y permite que sea transportado oxígeno del aire a una baja presión al procedimiento de combustión a alta presión, economizando la compresión del oxígeno usada en el procedimiento de combustión. Comparado con las centrales eléctricas de turbina de gas convencionales, este procedimiento logra un mayor rendimiento del combustible.

Ejemplo 2

Este ejemplo muestra un procedimiento de generación de potencia representado en la figura 2.

Aire (corriente 9) es alimentado al intercambiador 4 de calor por medio del soplante 1. El aire caliente (corriente 11) es alimentado entonces a una unidad 3 de membrana y el oxígeno es agotado dando una corriente 12 de aire agotado. La corriente 12 intercambia calor con la corriente 10 de aire y el calor puede ser recuperado más adelante en la unidad 6. Se descarga aire refrigerado con el oxígeno agotado (corriente 14). Dicho gas puede contener menos del 3% de oxígeno lo que permite su aplicación en diferentes procedimientos químicos, por ejemplo para propósitos de purga.

La corriente 11 de aire puede ser calentada a alrededor de 400 a 1000ºC en el quemador de membrana mediante intercambio de calor con el combustible quemado caliente. Puesto que no se añade combustible alguno a la corriente de aire, se logra fácilmente la eliminación del 100% de CO_{2} de la instalación de generación de calor.

CO_{2} presurizado reciclado que contiene gas (corriente 25) se mezcla con combustible (corriente 15) y la mezcla (corriente 16) es alimentada a la unidad 3 de membrana a contracorriente con la corriente 11 de aire y el combustible reacciona con el oxígeno en la superficie de la membrana que está revestida con un catalizador de oxidación. La mezcla de gases caliente aproximadamente a la temperatura de 500 a 1300ºC (corriente 17) es alimentada al sistema 7 de recuperación de calor y la corriente resultante 18 intercambia calor más adelante en el intercambiador 5 de calor con gas reciclado (corriente 24).

La corriente 19 de gas, que deja el intercambiador 6 de calor es alimentada a un sistema 8 de recuperación de calor y la corriente 21 de agua condensada se separa. Después de ello es purgado del 3 al 20% del gas (corriente 22) que contiene una alta concentración de CO_{2}.

El resto de la corriente 23 de gas refrigerado es reciclado por medio de un soplante 2 y la corriente 24 resultante es además precalentada en el intercambiador 7 antes de ser mezclada con combustible (corriente 15) y más adelante añadida al reactor 3 de membrana.

La corriente 23 que contiene CO_{2} contiene además una cantidad no significativa de oxígeno y el gas podría por tanto ser usado para: mejorar la recuperación de petróleo y gas natural sin más tratamiento, ser inyectado en una formación geológica para deposición a largo plazo o ser aplicado en diferentes procedimientos químicos.

La corriente 22 puede contener pequeñas cantidades de componentes parcialmente oxidados. Es deseable que estos componentes puedan ser oxidados en un reactor catalítico mediante la adición de un oxidante.

En el procedimiento según la figura 2, el 100% del CO_{2} generado en los procedimientos de combustión, puede ser recuperado como un gas que contiene una alta concentración de CO_{2} a la presión atmosférica. Dicho gas, que contiene una cantidad no significativa de oxígeno o NO_{x}, puede ser inyectado en una formación geológica para deposición a largo plazo. El procedimiento según la figura 2 puede ser aplicado para generar calor en diferentes procedimientos químicos en los que la eliminación del CO_{2} es esencial y podría reducir sustancialmente el coste de esa eliminación en comparación con otros métodos conocidos. El método ahorra también los equipos de reducción de NO_{x}. El método según la invención podría, por ejemplo, ser aplicado en procedimientos que comprendan unidades como hervidores de columna, precalentadores de alimentación de columnas de fraccionamiento, precalentadores de alimentación de reactores, calderas de vapor y reactores calentados.

El combustible añadido al procedimiento es gas natural, metanol, hidrógeno y monóxido de carbono que comprenden gas de síntesis, gas combustible de refinería que contiene hidrocarburos mezclados u otras mezclas de gases combustibles.

Mediante la presente invención los inventores han llegado a un procedimiento de generación de calor y/o de potencia, flexible, que comprende un método mejorado para reducir las emisiones de CO_{2} y los óxidos de nitrógeno a la atmósfera desde el gas de escape mediante la generación de un gas de escape que contiene una alta concentración de dióxido de carbono y una concentración no significativa de óxidos de nitrógeno. El gas de escape es adecuado para ser usado directamente en diferentes procedimientos o para la inyección y deposición o para una recuperación mejorada de petróleo y gas natural. Puede ser generado un gas de escape compuesto de más de 95% de CO_{2} sin pérdida significativa en la eficiencia del procedimiento de generación de calor o potencia.

Esto se consigue mediante la aplicación de un reactor de membrana mixto que conduce iones y electrones en vez de un quemador o combustor convencional. Además, los inventores descubrieron la aplicación de dióxido de carbono reciclado o de una muestra de dióxido de carbono y agua, por ejemplo parte del gas de escape, del procedimiento de combustión como un refrigerante en el reactor de membrana. La deposición de carbono en la segunda superficie (lado de oxidación) puede ser evitada mediante la selección correcta de material catalizador y el ajuste correcto de la relación entre el combustible y el CO_{2} y H_{2}O reciclados que contiene el gas de escape.

Aplicando el rector de membrana se podría recuperar oxígeno y ser hecho reaccionar con un combustible sin la recompresión y el enfriamiento intermedio del oxígeno. Una ventaja adicional es que la presión de funcionamiento en el lado alimentado del reactor de membrana puede ser más baja o mucho más baja que la presión de funcionamiento en el lado de oxidación del quemador de membrana porque la presión parcial del oxígeno en el lado de oxidación será muy baja a causa de las reacciones de oxidación. Esto implica que puede ser suministrado oxígeno a un procedimiento de oxidación de alta presión sin una primera compresión de aire y el resultado es una eficiencia incrementada en la generación de potencia y calor en comparación con otros métodos conocidos.

El aire agotado de oxígeno que deja el lado alimentado del reactor de membrana contiene menos de 3% de oxígeno y ningún producto de combustión, lo cual permite su aplicación en diferentes procedimientos químicos, por ejemplo para propósitos de purga.

La aplicación descrita de membranas conductoras mixtas puede en principio ser usada de la misma manera para varios tipos de procedimientos de generación de calor o potencia, por ejemplo Centrales Eléctricas de Ciclo Combinado o en centrales eléctricas de Ciclo Combinado y Gasificación integradas o en cualquier procedimiento que comprenda la combustión de un combustible.

Claims (2)

1. Un procedimiento para la generación de calor y/potencia que comprende un procedimiento de combustión que produce una mezcla de gases con una alta concentración de CO_{2} y una baja concentración de NO_{x},

caracterizado porque

el procedimiento de combustión tiene lugar en un reactor de membrana que es un reactor mixto que conduce iones de oxígeno y electrones mezclados que comprende una primera superficie (lado de alimentación) capaz de reducir oxígeno a iones de oxígeno y una segunda superficie (lado de oxidación) capaz de hacer reaccionar iones de oxígeno con un combustible que contiene carbono, siendo dicho combustible mezclado con CO_{2} y H_{2}O reciclados que contiene el gas de escape del procedimiento de combustión antes de ser suministrado al lado de oxidación del reactor de membrana.

2. Un procedimiento según la reivindicación 1,

caracterizado porque

la mezcla de gases producida que deja el procedimiento de combustión es alimentada a un sistema de recuperación de calor y/o potencia y porque la mezcla de gases que contiene CO_{2} así refrigerada es comprimida para ser posteriormente inyectada en un depósito de gas o petróleo, para una recuperación del petróleo mejorada o es comprimida para ser inyectado en una formación geológica.