ES2439620A2 - 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 - Google Patents
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Abstract
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. Mediante un horno de combustión (1) con carbón, producimos CO2, que se reduce (2) a CO, filtramos los gases (3)-(4) que pasan a un intercambiador de calor (5) mediante el que transferimos el calor a una turbina (6) acoplada a un generador eléctrico. El flujo de gases pasa por una membrana (7) para separar el nitrógeno (8) del CO que se dirige a un motor de gas (9) con un generador (10). Los gases de escape del motor se dirigen a otro intercambiador de calor (11) que transfiere calor a una segunda turbina (12) que genera más electricidad. A la salida del intercambiador, un distribuidor (13) de gases envía una parte de la salida (14) al horno de reducción (2), y otra a un reactor de captura de CO2 (15).
Description
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.
La presente invención tiene por objeto la producción de energía eléctrica, para suministros autónomos procedentes del carbón mediante dos procesos consecutivos y con un balance positivo desde el punto de vista de emisiones de dióxido de carbono a la atmósfera.
El carbón está llamado a ser una de las principales fuentes de energía en el siglo XXI, por lo que su utilización eficiente y ecológica resulta esencial. A partir de 1980, se empezaron a desarrollar las "tecnologías limpias de carbón" para producir energía de manera económica y respetar el medio ambiente. Un ejemplo, es "la gasificación integrada con unidades de fraccionamiento del aire", donde el carbón se pone en contacto con vapor y oxígeno, generándose un gas combustible (monóxido de carbono e hidrógeno), que puede alimentar una turbina de gas.
Otros ejemplos, como los de "ciclo combinado híbrido", que unen las mejores características de las tecnologías de gasificación y combustión, consiguen eficiencias mayores del 50%. Por su parte, las "centrales de combustión de lecho fluido", donde el carbón se quema en una corriente de aire sobre un lecho de partículas inertes (piedra caliza), mejoran el rendimiento de la combustión del carbón y disminuyen el impacto ecológico.
Pero donde radica la importancia de las nuevas tecnologías es en los procesos que tratan los gases expulsados, capturándolos y almacenando el CO2, pues de esta manera se evita la expulsión a la atmósfera de gases de efecto invernadero. El aumento de las emisiones de CO2 ha generado un creciente interés en el desarrollo de nuevas tecnologías que sean capaces de mitigar los efectos adversos que dichas emisiones están causando sobre nuestro planeta. Estas tecnologías emergentes inciden en dos aspectos fundamentales, la captura/secuestro del CO2 y su posterior almacenamiento, y su transformación en productos de interés comercial.
Los acuerdos del Parlamento Europeo para eliminar progresivamente la producción de energía eléctrica que utiliza únicamente el carbón como fuente energética ha supuesto un incentivo tecnológico para investigar nuevos procesos que permitan reducir la emisión de gases de efecto invernadero, como en las centrales térmicas tradicionales.
Actualmente Europa ha fijado su política energética en el gas natural importado de Rusia y Argelia, lo cual supone un riesgo energético importante debido a la inestabilidad política de estos países. La otra opción energética son las energías renovables, que ya suponen un porcentaje superior al veinte por cien de la energía total consumida.
Por ello, se están desarrollando nuevas tecnologías que permitan almacenar parte de la energía producida por el sol, el viento ó la biomasa, para poder suministrar la energía de manera continua.
Mientras se desarrollan estas tecnologías, el carbón sigue siendo primordial en la producción de energía eléctrica de Europa, por lo que cualquier proceso que suponga menor contaminación ambiental en el las céntrales térmicas, se puede considerar de la máxima transcendencia tecnológicamente hablando.
Entre otras patentes de invención destacamos las siguientes:
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- Reducción simultánea de NOx y carbono en las cenizas utilizando manganeso en quemadores de carbón.
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- Proceso para quemar carbón en un sistema de combustión de carbón para reducir la cantidad de mercurio que se libera a la atmosfera, composición sorbente, ceniza de carbón, productos de cemento, puzolanico y de hormigón premezclado y construcción de hormigón fraguado.
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- Captura y eliminación del CO2 procedente de las emisiones de la industria mediante reacción acuosa con hidróxido sódico.
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- Procedimiento y vector de reducción del dióxido de carbono atmosférico.
- -
- Recuperación de dióxido de carbono a partir de una mezcla que contiene oxígeno.
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- Transportador sólido de oxigeno de NiO/Al2O3 útil para el reformado de metano, procedimiento de obtención y sus aplicaciones
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Descripción de la invención
En un horno de combustión de carbón producimos dióxido de carbono a alta temperatura. Éste es inyectado en otro horno, también con carbón. La reacción que se produce es CO2 + C => 2 CO. El monóxido de carbono, junto con partículas volantes que se pueden producir, se filtra mediante dos tipos de filtros, uno de bicarbonato sódico y otro de carbonato cálcico, para eliminar los VOC's, NOx y SOx producidos. Mediante un intercambiador de calor, aprovechamos la energía calórica de los gases, que es transferida a un fluido de refrigeración para, mediante una turbina y un generador, producir energía eléctrica. Una vez enfriados los gases de la salida del horno de carbón, compuestos mayoritariamente por CO y Nitrógeno, se conducen a un separador de membranas, las cuales tienen el tamaño de poro adecuado para poder discriminar entre ambos gases, donde conseguimos obtener Nitrógeno purificado y monóxido de carbono. El CO lo dirigimos a un motor de combustión de gas, donde la reacción del monóxido de carbono - CO - con el oxigeno del aire, produce la combustión exotérmica. El motor de gas, lleva acoplado un generador para producir energía eléctrica.
Los gases que salen del motor de gas, están compuestos mayoritariamente por dióxido de carbono - CO2 -y nitrógeno, a alta temperatura. La elevada energía calorífica de los gases de combustión, se aprovecha mediante un intercambiador de calor para producir vapor de agua, a alta temperatura y presión que mediante una turbina y un generador producimos energía eléctrica. Una vez enfriados los gases de la salida del motor de gas, compuestos mayoritariamente por CO2 y nitrógeno, se conducen al horno de carbón para la conversión de CO2 en CO.
Mediante un distribuidor de gases, el CO2 que se produce en exceso en el proceso, dado que por la estequiometria de su reacción con el C por cada molécula de CO2 se obtienen dos moléculas de CO, dicho monóxido de carbono lo conducimos a un tanque para que en su reacción, en medio acuoso, con hidróxido sódico, se forme bicarbonato sódico y en consecuencia no se desprenda ningún gas de efecto invernadero a la atmosfera.
Para la mejor compresión de cuanto queda descrito, se acompaña un esquema - FIG 1 -, para describir el proceso:
- (1)
- Horno de combustión con carbón, (2) horno de reducción, (3) Filtro de Bicarbonato sódico, (4) Filtro de carbonato cálcico, (5) Intercambiador de calor (6) turbina y generador eléctrico, (7) separador de gases de membrana (8) tanque de nitrógeno purificado, (9) motor de gas que funciona con el monóxido de carbono y lleva acoplado un generador (10) que produce electricidad. El (11) es un intercambiador de calor (12) turbina y generador eléctrico,
- (13)
- distribuidor de corriente de gases (14) tubería de retorno de gases de CO2 al horno de reducción (2) y (15) reactor de captura de CO2 mediante hidróxido sódico.
En un horno de combustión de carbón (1) donde hemos introducido carbón previamente, producimos por combustióndióxido de carbono a alta temperatura. Éste es inyectado en otro horno (2) a una temperatura de 500ºC, también con carbón que en una atmósfera pobre de oxígeno produce la reducción del dióxido. El monóxido de carbono, junto con cenizas y partículas volantes que se pueden producir, se filtra mediante dos tipos de filtros, uno de bicarbonato sódico (3) y otro de carbonato cálcico (4).
Mediante un intercambiador de calor (5), aprovechamos la energía calórica de los gases para mediante una turbina y un generador (6), producir energía eléctrica. Una vez enfriados los gases de la salida del horno de carbón se conducen a un separador de membranas (7) donde conseguimos obtener de forma separada Nitrógeno purificado
(8) y monóxido de carbono. El CO lo dirigimos a un motor de gas (9), donde la reacción del monóxido de carbono -CO - con el oxigeno del aire, produce una combustión exotérmica. El motor de gas accionará un generador eléctrico (10).
Los gases de combustión salen del motor de gas, a una temperatura de unos 800º centígrados y se aprovecha mediante un intercambiador de calor (11) para producir vapor de agua a alta temperatura y presión que mediante una turbina con un generador producen energía eléctrica (12). Una vez enfriados los gases de la salida del motor de gas, compuestos mayoritariamente por CO2 y Nitrógeno, se conducen (14) al horno de carbón (2) que como hemos mencionado están a unos 500ºC para producir la reducción del CO2.
Mediante un distribuidor (13), una parte del CO2 que se produce y que está en exceso en el proceso, es conducida a un tanque (15) para que en su reacción, en medio acuoso con hidróxido sódico, se forme bicarbonato sódico y en consecuencia no se desprenda ningún gas de efecto invernadero a la atmosfera.
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Claims (1)
- REIVINDICACIONES1. 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, que utiliza como combustible el monóxido carbono procedente de la reacción del dióxido de carbono con el carbón y que comprende las siguientes etapas:
- -
- Horno de combustión de carbón.
- -
- Horno de reducción de CO2.
- -
- Filtros de gases de carbonato cálcico y bicarbonato sódico.
- -
- lntercambiador de calor.
- -
- Turbina y generador de energía eléctrica.
- -
- Separación de los gases de combustión mediante membranas, separa el nitrógeno del monóxido de carbono.
- -
- Motor de combustión de gases, que utiliza el monóxido de carbono como combustible.
- -
- lntercambiador de calor, que utiliza la energía calorífica de la salida de gases del motor de combustión de gas.
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- Turbina y generador de energía eléctrica.
- -
- Distribuidor que dirige los gases procedentes de la salida del motor de gas al horno de reducción de CO2.
- -
- Depósito de reacción para captura del CO2 en exceso del proceso.
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