ES2370619B1 - Procedimiento para la obtención de hidrogeno, a partir de la biomasa y carbón vegetal. - Google Patents
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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 CO{sub,2} con el carbón vegetal y produce monóxido de carbono que hacemos reaccionar con el agua (5).#El CO{sub,2} y el vapor de agua -H{sub,2}O- que no haya reaccionado pasa por un lecho fluidizado de oxido cálcico que produce carbonato cálcico eliminándose el CO{sub,2} y el vapor de agua (6).#Almacenando la energía calorífica de la combustión de la biomasa en Hidrógeno ?H{sub,2}-, 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 -H2-, mediante tres procesos consecutivos y con un balance positivo desde el punto de vista de emisiones de dióxido de carbono -CO2-a la atmósfera.
Las ventajas del presente proceso son indudables, dado que permite acumular la energía procedente de la biomasa en hidrógeno -H2-, 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 biomasa.
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 consumo.
Como el hidrógeno -H2-obtenido de la biomasa, tiene un balance positivo en las emisiones de CO2, porque elimina el CO2 producto de la combustión de la biomasa, supone que la producción de energía eléctrica a partir del hidrógeno -H2-, tiene la consideración de energía limpia y renovable.
Antecedentes de la invención
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 -H2-, 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 -H2-, 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.
Descripción de la invención
Partimos de una planta de biomasa convencional que utiliza la energía calorífica producto de su combustión con oxígeno -O2-, para producir vapor de agua -H2O-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 N2,CO2, SOx y NOx. Para eliminar los SOx y NOx, utilizamos dos filtros, uno de carbonato cálcico -CaCO3-y otro de bicarbonato sódico -NaHCO3-, con lo que los gases resultantes están formados principalmente por CO2 y Nitrógeno -N2-, que es inerte y no interviene en las reacciones posteriores.
Los gases de CO2 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 CO2, reacciona para producir monóxido de carbono -CO-de acuerdo con la conocida reacción:C+CO2 -----> 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 -O2-y elevada temperatura.
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 -H2O-procedente de la salida de la turbina del horno de biomasa, para obtener gas de hidrógeno -H2-. La obtención del hidrógeno -H2-se basa en la reacción del monóxido de carbono -CO-con vapor de agua -H2O-a más de doscientos cincuenta grados centígrados, con un catalizador de platino e iridio, de acuerdo con la reacción:
CO+H2O ----------CO2 +H2.
Los gases después de la reacción del monóxido de carbono con el vapor de agua, son básicamente, hidrógeno -H2-, dióxido de carbono -CO2-y en menor cuantía, el monóxido de carbono -CO-y el vapor de agua -H2O-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 -CO2-produzca carbonato cálcico -CaCO3-, dejando únicamente como elementos que forman parte de los gases el hidrógeno -H2-y nitrógeno -N2-.
Como el único combustible y materia prima que utilizamos en todo el proceso es la biomasa, que ha captado el CO2 de la atmósfera, su balance energético en la producción de CO2 es positivo, porque no emite a la atmósfera ninguna cantidad de CO2, que se ha sido capturado en forma de carbonato cálcico -CaCO3-.
Breve descripción de los dibujos
(1) Es la planta de biomasa convencional. (2) son los filtros de carbonato cálcico -CaCO3-y bicarbonato sódico -NaHCO3-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 -H2O-(6) Es el reactor donde interaccionan los gases de CO2,H2, CO, H2O, con el oxido cálcico -CaO-. (7) Es el deposito donde se recoge el hidrógeno -H2-yel nitrógeno -N2-.
Descripción de la forma de realización preferida
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 N2, NOx, SOx, CO2 y CO, lo hacemos pasar por dos filtros, uno de carbonato cálcico -CaCO3y otro de bicarbonato sódico -NaHCO3-, 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 -O2-, la biomasa se va transformando lentamente en carbón vegetal. El CO2, en su reacción con el carbón vegetal, produce monóxido de carbono -CO-, de acuerdo con la reacción:C+CO2-2CO. El monóxido de carbono -CO-, lo hacemos reaccionar con el agua -H2O-(4) procedente de la salida de la turbina en un deposito para producir hidrógeno -H2-y dióxido de carbono -CO2-, de acuerdo con la reacción: CO + H2O → CO2 +H2. (5). Los gases a salida del reactor anterior están compuestos mayoritariamente por dióxido de carbono -CO2-, hidrógeno -H2-y nitrógeno -N2-, y en la mínima proporción, en la parte que no hayan reaccionado entre sí, monóxido de carbono -CO-y el vapor de agua -H2O-. El CO2 y el vapor de agua -H2O-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 -CaCO3-, eliminándose el CO2 y el vapor de agua -H2O-(6). A la salida del anterior reactor, los gases están formados únicamente por Hidrógeno -H2-y Nitrógeno -N2-que es inerte. (7)
Mediante el presente proceso se almacena la energía calorífica producto de la combustión de la biomasa en Hidrógeno -H2-, para su futuro empleo como fuente de energía. El proceso es medioambientalmente positivo, porque elimina el CO2 producido por la combustión de la biomasa, al capturarlo en forma de carbonato cálcico -CaCO3-.
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 (2)
- REIVINDICACIONES1. 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 -O2-para producir dióxido de carbono -CO2-.
- -
- Los gases de -CO2-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 -CO2-, 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 -O2-y alta temperatura.
- -
- El monóxido de carbono -CO-se hace reaccionar con agua.
- -
- H2O-para obtener hidrógeno -H2-y dióxido de carbono-CO2-.
- -
- El hidrógeno y el dióxido de carbono -CO2-se hacen pasar por un lecho de óxido cálcico -CaO-, para que el dióxido de carbono -CO2-reaccione con el óxido cálcico, para formar carbonato cálcico, quedando únicamente el hidrógeno -H2-y gases inertes.
El procedimiento se caracteriza por las siguientes características técnicas: Combustión del carbón vegetal -Cobtenido de la combustión de la biomasa, con el -CO2-producido por la combustión, segúnC+CO2 -----2CO.Reacción del -CO-con agua -H2O-según:CO+H2O -----CO2 +H2Reacción del dióxido de carbono y el hidrógeno con óxido cálcico, para que el dióxido de carbono forme carbonato cálcico, según: CO2 +H2 + CaO -------CaCO3 +H2.OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCASN.º solicitud: 201000542ESPAÑAFecha de presentación de la solicitud: 27.04.2010Fecha de prioridad:INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA51 Int. Cl. : C10B53/02 (2006.01) C01B3/12 (2006.01)DOCUMENTOS RELEVANTES- Categoría
- Documentos citados Reivindicaciones afectadas
- X
- Obtención de hidrógeno. Tecnociencia: Especial Pilas de Combustible de Hidrógeno [en línea], febrero 2005 [recuperado el 15.11.2011]. Recuperado de Internet: http://www.tecnociencia.es/especiales/hidrogeno/obtencion.htm, páginas 1-2. 1
- X
- US 2004111968 A1 (DAY DANNY MARSHAL; LEE JAMES WEIFU) 17.06.2004 , párrafos [42-49]. 1
- A
- JP 2005279361 A (NAT INST OF ADV IND & TECHNOL) 13.10.2005, resumen [en línea], recuperado de [EPODOC/EPO]. 1
- A
- ES 2192994 A1 (CONSEJO SUPERIOR INVESTIGACION) 16.10.2003, columna 1, líneas 57-67; columna 3, líneas 40-63. 1
- A
- US 4498909 A (DM INT INC) 12.02.1985, columna 3, líneas 31-41; figura 1. 1
- A
- US 7691182 B1 (UNIV CENTRAL FLORIDA RES FOUND) 06.04.2010, columna 2, línea 32 – columna 7, línea 45. 1
- Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud
- El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:
- Fecha de realización del informe 18.11.2011
- Examinador M. García González Página 1/4
INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICANº de solicitud: 201000542Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) C10B, C01B Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos debúsqueda utilizados) INVENES, EPODOC, WPI, TXT, NPL, XPESPInforme del Estado de la Técnica Página 2/4OPINIÓN ESCRITANº de solicitud: 201000542Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 18.11.2011Declaración- Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)
- Reivindicaciones 1 Reivindicaciones SI NO
- Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)
- Reivindicaciones Reivindicaciones 1 SI NO
Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).Base de la Opinión.-La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.Informe del Estado de la Técnica Página 3/4OPINIÓN ESCRITANº de solicitud: 2010005421. Documentos considerados.-A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.- Documento
- Número Publicación o Identificación Fecha Publicación
- D01
- Obtención de hidrógeno. Tecnociencia: Especial Pilas de Combustible de Hidrógeno [en línea], febrero 2005 [recuperado el 15.11.2011]. Recuperado de Internet: http://www.tecnociencia.es/especiales/hidrogeno/obtencion.htm, páginas 1-2. 2005
- D02
- US 2004111968 A1 (DAY DANNY MARSHAL; LEE JAMES WEIFU) 17.06.2004
- D03
- JP 2005279361 A (NAT INST OF ADV IND & TECHNOL) 13.10.2005
- D04
- ES 2192994 A1 (CONSEJO SUPERIOR INVESTIGACION) 16.10.2003
- 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaraciónEl objeto de la invención es un procedimiento para la obtención de hidrógeno a partir de biomasa.El documento D01 divulga la obtención de hidrógeno por pirolisis de biomasa en ausencia de oxígeno a alta temperatura, transformándose ésta en carbón vegetal y obteniéndose hidrógeno junto con otros gases como monóxido y dióxido de carbono. Posteriormente es posible producir hidrógeno adicional a partir de esta corriente de gases, tratando el monóxido de carbono obtenido con vapor de agua, obteniéndose hidrógeno y dióxido de carbono. (ver páginas 1-2)El documento D02 se refiere a la obtención de hidrógeno a partir de la pirolisis de biomasa y el reformado con vapor de agua de los gases resultantes, obteniéndose también carbón vegetal. (ver párrafo 42)La diferencia entre estos documentos considerados separadamente y el objeto técnico de la reivindicación 1 de la solicitud es la realización de una etapa posterior en la que el dióxido de carbono obtenido se hace pasar por un lecho de cal, formándose carbonato cálcico. Sin embargo, esta reacción de carbonatación para la separación de dióxido de carbono con el fin de evitar las emisiones contaminantes a la atmósfera en procesos de producción de hidrógeno es sobradamente conocida en el estado de la técnica (ver documentos D03, resumen; ó documento D04, columna 1, líneas 57-67), considerándose por tanto una mera yuxtaposición de ideas conocidas que el experto en la materia aplicaría sin el ejercicio de actividad inventiva.En consecuencia, la reivindicación 1 de la solicitud carece de actividad inventiva a la luz de lo divulgado en el estado de la técnica. (Art. 8.1 LP)Informe del Estado de la Técnica Página 4/4
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