ES2370619A1 - Procedimiento para la obtención de hidrogeno, a partir de la biomasa y carbón vegetal. - Google Patents
Procedimiento para la obtención de hidrogeno, a partir de la biomasa y carbón vegetal. Download PDFInfo
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Abstract
Procedimiento para la obtención de hidrógeno, a partir de la biomasa y carbón vegetal, donde el calor por combustión en planta de biomasa lo utilizamos para producir energía eléctrica, mediante turbina y generador (1). Los gases de la combustión pasan por filtros, carbonato cálcico y bicarbonato sódico, para eliminar los NOx y los SOx (2). Por tubería conducimos los gases restantes a horno con lecho de carbón vegetal y biomasa (3) y esta se transforma en carbón vegetal.Reacciona CO2 con el carbón vegetal y produce monóxido de carbono que hacemos reaccionar con el agua (5).El CO2 y el vapor de agua -H2O- que no haya reaccionado pasa por un lecho fluidizado de oxido cálcico que produce carbonato cálcico eliminándose el CO2 y el vapor de agua (6).Almacenando la energía calorífica de la combustión de la biomasa en Hidrógeno -H2-, para su empleo como fuente de energía.
Description
Procedimiento para la obtención de hidrógeno, a
partir de la biomasa y carbón vegetal.
La presente invención tiene por objeto almacenar
la energía calorífica procedente de la biomasa en hidrógeno
-H_{2}-, mediante tres procesos consecutivos y con un balance
positivo desde el punto de vista de emisiones de dióxido de carbono
-CO_{2}- a la atmósfera.
Las ventajas del presente proceso son
indudables, dado que permite acumular la energía procedente de la
biomasa en hidrógeno -H_{2}-, para poder utilizarlo como
combustible y generar energía eléctrica. Mediante este sistema se
puede acoplar la producción de energía eléctrica a la demanda,
utilizando como única energía primaria la bioma-
sa.
sa.
El presente proceso, se incluye en el sector
energético y mediambiental y supone un avance cualitativo en los
procesos conocidos hasta ahora, cuyas mejoras afectan a la
eficiencia y eficacia energética de la biomasa como fuente de
energía. Dentro de la categoría de almacenamiento y eficiencia
energética, supone un ahorro de primera magnitud, al poder acoplar
la producción energética a la demanda sin perdidas de producción en
horarios de bajo consu-
mo.
mo.
Como el hidrógeno -H_{2}- obtenido de la
biomasa, tiene un balance positivo en las emisiones de CO_{2},
porque elimina el CO_{2} producto de la combustión de la biomasa,
supone que la producción de energía eléctrica a partir del hidrógeno
-H_{2}-, tiene la consideración de energía limpia y renovable.
La eficiencia energética es una de las máximas
prioridades a nivel científico, amparadas por las directivas
europeas para reducir el coste energético y como consecuencia evitar
el consumo de energías fósiles, especialmente por su impacto
medioambiental negativo.
Como consecuencia de los avances tecnológicos
que han permitido transformar la biomasa en gas de síntesis y en
sistemas de depuración de los gases de síntesis para obtener
hidrógeno -H_{2}-, podemos señalar los siguientes: Conversión
rápida de solar-thermal de la biomasa a Syngas
US20080086946 y la gasificación de la biomasa para su posterior
conversión en gas de síntesis, cuyos gasificadores principales que
son empleados actualmente son: downdraft ó flujo recurrente, updraft
ó flujo ascendente y lecho fluidizado. También debemos señalar el
proceso de gasificación integral de ciclo combinado, para la
producción de gas de síntesis a partir de la biomasa, como procesos
del estado del arte actual.
Dentro de las prioridades del VI Programa Marco
que fijaba como objetivo "el desarrollo de tecnologías eficaces
tanto tecnológicamente y como económicamente para la producción de
gases ricos en hidrógeno -H_{2}-, a partir de distintas biomasa,
incluidos los residuos procedentes de las biomasas" y el programa
Visión 21 del Departamento de Energía de Estados Unidos potencia la
separación de los gases, con especial referencia a la gasificación,
es donde debemos encuadrar la presente invención.
Partimos de una planta de biomasa convencional
que utiliza la energía calorífica producto de su combustión con
oxígeno -O_{2}-, para producir vapor de agua -H_{2}O- a alta
temperatura, que mediante una turbina mueve un generador que produce
energía eléctrica.
A partir de esta planta de biomasa convencional,
recogemos los gases de salida de la planta, compuestos
principalmente por N_{2}, CO_{2}, SOx y NOx. Para eliminar los
SOx y NOx, utilizamos dos filtros, uno de carbonato cálcico
-CaCO_{3}- y otro de bicarbonato sódico -NaHCO_{3}-, con lo que
los gases resultantes están formados principalmente por CO_{2} y
Nitrógeno -N_{2}-, que es inerte y no interviene en las reacciones
posteriores.
Los gases de CO_{2} los dirigimos a un horno
donde se encuentra en el lecho del mismo, carbón vegetal y en la
parte superior biomasa. El carbón vegetal, con la temperatura de
entrada de los gases de CO_{2}, reacciona para producir monóxido
de carbono -CO- de acuerdo con la conocida reacción: C + CO_{2}
- - - - -> 2 CO.
Dicha reacción es exotérmica y desprende calor
hasta una temperatura de quinientos grados centígrados. La biomasa
que se encuentra en la parte superior del horno, se transforma
lentamente en carbón vegetal, dado que se cumplen los dos principios
de la producción del carbón vegetal, que son ausencia de oxígeno
-O_{2}- y elevada tempera-
tura.
tura.
Con ello, conseguimos transformar la biomasa en
carbón vegetal para su uso continuo en el proceso, sin necesidad de
adquirir la materia prima necesaria de fuentes externas.
El monóxido de carbono -CO- producido en el
horno de carbón vegetal, a alta temperatura, lo hacemos reaccionar
con el agua -H_{2}O- procedente de la salida de la turbina del
horno de biomasa, para obtener gas de hidrógeno -H_{2}-. La
obtención del hidrógeno -H_{2}- se basa en la reacción del
monóxido de carbono -CO- con vapor de agua -H_{2}O- a más de
doscientos cincuenta grados centígrados, con un catalizador de
platino e iridio, de acuerdo con la reacción:
CO + H_{2}O
- - - - - - - - - -
CO_{2} +
H_{2}.
Los gases después de la reacción del monóxido de
carbono con el vapor de agua, son básicamente, hidrógeno -H_{2}-,
dióxido de carbono -CO_{2}- y en menor cuantía, el monóxido de
carbono -CO- y el vapor de agua -H_{2}O- que no haya reaccionado
entre sí.
Dichos gases los hacemos pasar por un lecho
compuesto de oxido calcio -CaO- más comúnmente conocida como cal
viva, para que en su reacción con el vapor de agua y el dióxido de
carbono -CO_{2}- produzca carbonato cálcico -CaCO_{3}-, dejando
únicamente como elementos que forman parte de los gases el hidrógeno
-H_{2}- y nitrógeno -N_{2}-.
Como el único combustible y materia prima que
utilizamos en todo el proceso es la biomasa, que ha captado el
CO_{2} de la atmósfera, su balance energético en la producción de
CO_{2} es positivo, porque no emite a la atmósfera ninguna
cantidad de CO_{2}, que se ha sido capturado en forma de carbonato
cálcico -CaCO_{3}-.
(1) Es la planta de biomasa convencional. (2)
son los filtros de carbonato cálcico -CaCO_{3}- y bicarbonato
sódico -NaHCO_{3}- y la tubería que transporta los gases de
combustión al horno de carbón vegetal. (3) Es el horno de carbón
vegetal. (4) Es la tubería que conduce el agua que sale de la
turbina de la planta de biomasa convencional. (5) Es el depósito
donde reacciona el monóxido de carbono -CO- con el agua -H_{2}O-
(6) Es el reactor donde interaccionan los gases de CO_{2},
H_{2}, CO, H_{2}O, con el oxido cálcico -CaO-. (7) Es el
deposito donde se recoge el hidrógeno -H_{2}- y el nitrógeno
-N_{2}-.
Partimos de una planta convencional de
biomasa(1), donde el calor producido por la combustión lo
utilizamos para, mediante una turbina y un generador producir
energía eléctrica (1). Los gases producto de la combustión
compuestos mayoritariamente por N_{2}, NOx, SOx, CO_{2} y CO, lo
hacemos pasar por dos filtros, uno de carbonato cálcico
-CaCO_{3}- y otro de bicarbonato sódico -NaHCO_{3}-, para
eliminar los NOx y los SOx. (2) Mediante una tubería conducimos los
gases restantes a un horno de carbón vegetal. (3). En el lecho de
dicho horno, ponemos carbón vegetal y en la parte superior biomasa.
Al darse las condiciones de alta temperatura y ausencia de oxígeno
-O_{2}-, la biomasa se va transformando lentamente en carbón
vegetal. El CO_{2}, en su reacción con el carbón vegetal, produce
monóxido de carbono -CO-, de acuerdo con la reacción: C +
CO_{2}-2CO. El monóxido de carbono -CO-, lo
hacemos reaccionar con el agua -H_{2}O- (4) procedente de la
salida de la turbina en un deposito para producir hidrógeno
-H_{2}- y dióxido de carbono -CO_{2}-, de acuerdo con la
reacción: CO + H_{2}O \rightarrow CO_{2} + H_{2}. (5). Los
gases a salida del reactor anterior están compuestos
mayoritariamente por dióxido de carbono -CO_{2}-, hidrógeno
-H_{2}- y nitrógeno -N_{2}-, y en la mínima proporción, en la
parte que no hayan reaccionado entre sí, monóxido de carbono -CO- y
el vapor de agua -H_{2}O-. El CO_{2} y el vapor de agua
-H_{2}O- que no haya reaccionado se hace pasar por un lecho
fluidizado compuesto de el oxido cálcico -CaO- para que en su
interacción se produzca carbonato cálcico -CaCO_{3}-, eliminándose
el CO_{2} y el vapor de agua -H_{2}O- (6). A la salida del
anterior reactor, los gases están formados únicamente por Hidrógeno
-H_{2}- y Nitrógeno -N_{2}- que es inerte. (7)
Mediante el presente proceso se almacena la
energía calorífica producto de la combustión de la biomasa en
Hidrógeno -H_{2}-, para su futuro empleo como fuente de energía.
El proceso es medioambientalmente positivo, porque elimina el
CO_{2} producido por la combustión de la biomasa, al capturarlo en
forma de carbonato cálcico -CaCO_{3}-.
Serán independientes del objeto de la invención,
los materiales empleados en los depósitos de reacción y en los
componentes necesarios para el transporte de fluidos entre ellos,
así como las formas y dimensiones y detalles accesorios, siempre y
cuando no afecten a la esencialidad.
Claims (1)
1. Procedimiento para la obtención de hidrógeno
a partir de la biomasa y carbón vegetal, que aprovecha la energía
calorífica que produce la combustión de la biomasa, para obtener
hidrógeno y carbón vegetal. El procedimiento descrito comprende las
siguientes fases:
- Combustión de la biomasa con oxígeno -O_{2}-
para producir dióxido de carbono -CO_{2}-.
- Los gases de -CO_{2}- se introducen en un
horno que contiene carbón vegetal, en el lecho del mismo y en la
parte superior la biomasa. El carbón vegetal, con la temperatura de
entrada de los gases de -CO_{2}-, reacciona para producir monóxido
de carbono -CO-. La biomasa, que se encuentra en la parte superior
del horno, se transforma lentamente en carbón vegetal, por la
ausencia de -O_{2}- y alta temperatura.
- El monóxido de carbono -CO- se hace reaccionar
con agua.
- H_{2}O- para obtener hidrógeno -H_{2}- y
dióxido de carbono-CO_{2}-.
- El hidrógeno y el dióxido de carbono
-CO_{2}- se hacen pasar por un lecho de óxido cálcico -CaO-, para
que el dióxido de carbono -CO_{2}- reaccione con el óxido cálcico,
para formar carbonato cálcico, quedando únicamente el hidrógeno
-H_{2}- y gases inertes.
El procedimiento se caracteriza por las
siguientes características técnicas: Combustión del carbón vegetal
-C- obtenido de la combustión de la biomasa, con el -CO_{2}-
producido por la combustión, según C + CO_{2}
- - - - - 2CO.
Reacción del -CO- con agua -H_{2}O- según:
CO + H_{2}O
- - - - - CO_{2} +
H_{2}
Reacción del dióxido de carbono y el hidrógeno
con óxido cálcico, para que el dióxido de carbono forme carbonato
cálcico, según: CO_{2} + H_{2} + CaO
- - - - - - - CaCO_{3} +
H_{2}.
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| ES2439620R1 (es) * | 2012-01-23 | 2014-03-05 | Fundación Centro De Innovación Y Desarrollo Tecnológico | Proceso para la obtención de energía eléctrica a partir de combustión de carbón, horno de reducción de co2, dos turbinas y un motor de gas |
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| Publication number | Publication date |
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| ES2370619B1 (es) | 2012-10-26 |
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