ES2594033B1 - Proceso industrial para la obtención y el almacenamiento de energía - Google Patents

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Abstract

Proceso industrial para la obtención y el almacenamiento de energía.#La presente invención se refiere a un proceso industrial para la obtención y el almacenamiento de energía, en particular en forma de hidrógeno gaseoso, alcoholes inferiores, preferentemente de cuatro átomos de carbono o menos, en particular butanol, metanol y etanol, o de alcanos ramificados e hidrocarburos aromáticos, a partir de la energía procedente de una planta termoeléctrica solar de alta temperatura, utilizando como productos de partida carbón y vapor de agua, esto es a partir de los residuos originados en un proceso de obtención de gas de síntesis, esencialmente una mezcla de CO, CO{sub,2} y H{sub,2}, a partir de carbón molido húmedo.

Description

PROCESO INDUSTRIAL PARA LA OBTENCiÓN Y EL ALMACENAMIENTO DE ENERGíA
La presente invención se refiere a un proceso industrial para la obtención y el almacenamiento de energía, en particular en forma de hidrógeno gaseoso, alcoholes inferiores, preferentemente de cuatro átomos de carbono o menos, en particular butanol, metanol y etanol, o de alcanos ramificados e hidrocarburos aromáticos, a partir de la energía procedente de una planta termoeléctrica solar de alta temperatura, utilizando como productos de partida carbón y vapor de agua, esto es a partir de los residuos originados en un proceso de obtención de gas de sintesis, esencialmente una mezcla de CO, CO, y Hquot; a partir de carbón molido húmedo.
Más en particular, el proceso de la invención permite obtener, por un lado, alcoholes inferiores, de forma que la energia solar procedente de una planta termoeléctrica solar de alta temperatura alimenta desde el punto de vista energético todos los pasos de procedimiento, proporcionando tanto la energía eléctrica necesaria para llevar a cabo las etapas intermedias del procedimiento como esencialmente los productos implicados en sus diferentes pasos (H2, O2, vapor de agua y CO2) a partir de una alimentación de carbón molido húmedo, siendo los subproductos obtenidos en estas diferentes etapas de procedimiento realimentados al propio proceso.
Se trata por tanto de un procedimiento que por una parte permite el almacenamiento de la energía del sol en forma de alcoholes inferiores, alcanos ramificados e hidrocarburos aromáticos, los cuales a su vez pueden constituir combustibles alternativos a los combustibles fósiles o transformarse en combustibles industriales y/o domésticos, y, por otra parte, debido a la reutilización de los subproductos obtenidos en las diferentes etapas de procedimiento, esencialmente elimina el peligro derivado de la producción de residuos, tratándose por ello de un procedimiento especialmente ventajoso desde el punto de vista medioambiental y productivo.
Concretamente, la invención se refiere a un proceso industrial para la obtención
y el almacenamiento de energía, básicamente en forma de hidrocarburos
saturados cíclicos y alicíclicos ramificados, tales como alcoholes inferiores, por ejemplo metanol, etanol o butanol, así como en forma de compuestos s aromáticos, a partir de los residuos originados en un procedimiento de obtención
de gas de síntesís, en especial a partír de un procedímiento de gasifícación
pirólisis de carbón molido húmedo, consistiendo estos residuos esencialmente en gases de composición diversa que pueden emplearse como combustibles en algunos casos y como materias primas en otros.
10 Las reacciones involucradas en la gasificación de carbón son esencialmente las siguientes:
• e + %02--tCO LlHr =-9,25 MJ/Kg
• e + eo, ~2eO LlHr =14,37 MJ/Kg 15 • e + H,O ~eo+ H, LlHr =10,94 MJ/Kg
•
CH4 + ~02 -ca + 2H2 LlHr =-35,7 MJ/kmol
•
H2 + ~0 2 --+H2O LlHr =-242 MJ/kmol
•
eH, + H,O ~eo+ 3H, LlHr =206 MJ/kmol
•
eo + H,O ~eo, + H, LlHr =-41 ,1 MJ/kmol
y en menor medida, como reacciones secundarias,
• ca + % 02 --+C02 + 67Kcal/mol
•
eo + 3H,~ eH, + H,O + 49 Kcal/mol
•
eo, + 4H,~ eH, + 2 H,O + 42 Kcal/mol
25 Debido a que las reacciones mencionadas son ciertamente equilibrios, factores diversos como la temperatura o la presión modifican en gran medida el rendimiento del proceso de gasificación así como la naturaleza de los productos residuales obtenidos, básicamente el gas resultante tiene un bajo porcentaje de
30 metano, alquitranes (parafínas y olefinas) y aceites.
Al igual que los conocidos procesos de reformado de derivados del petróleo, el
aprovechamiento de los productos residuales
mencionados puede implicar un
procedimiento de
reformado, el cual puede llevarse a cabo con el fin de
aumentar
la volatilidad (reducción del tamaño molecular) o para convertir
s
parafinas lineales en isoparafinas, olefinas y aromáticos y/o naftenos
(cicloalcanos) en aromáticos. La naturaleza del producto final es influenciada por
la estructura y composición de la nafta alimentada, esto por la naturaleza de la
mezcla de hidrocarburos residual obtenida.
10
Así, durante el reformado térmico, las reacciones se parecen a aquellas del
craqueo de gasóleos: se reduce el tamaño molecular a la vez que se sintetizan
oletinas y ciertos compuestos aromáticos. Por ejemplo, un alcano puede ser
convertido
en otro alcano de menor peso molecular y una olefina según la
reacción siguiente, donde n gt; x + y,
15
CH,-(CH,),-CH,
~ CH,(CH,).-CH, + CH,-(CH')y-CH=CH,
alcano
alcano
olefina
o un alcano puede transformarse en un cicloalcano, el cual se convierte a su vez
20
en un compuesto aromático, tal como ocurre en la reacción a continuación:
ciclohexano benceno
En el reformado catalítico, el número de átomos de carbono de los
25 constituyentes de la carga no varía. Por ejemplo, el ciclohexano se transforma en benceno. No obstante, el proceso es algo más complicado. Es posible convertir ciclohexanos sustituidos en bencenos sustituidos; parafinas lineales como n-heptano se convierten en tolueno y también ciclopentanos sustituidos pueden experimentar una expansión en el anillo y convertirse en aromáticos.
Cuando se emplean naftas pesadas como materiales residuales, se forman
metilnaftalenos. El reformado catalítico es una reacción que se produce a
través de carbocationes; sin embargo, se ven favorecidas las reacciones de producción de aromáticos.
,
•
o 3H2•
Por otro lado, en los procesos de isomerización, los alcanos se convierten en sus isómeros de cadena ramificada. Por ejemplo, el butano se isomeriza a isobutano para luego ser utilizado para la alquilación del isobutileno y otras 10 olefinas. La fracción de 5 y 6 átomos de carbono que viene naturalmente en la gasolina, se isomeriza para dar productos de gran octanaje que después se
mezclaran con gasolinas de bajo índice de octano. Por ejemplo,
CH,
H, C-CH,-CH,-CH,-CH,-CH, -~ H,C-CH,-CH, CH-CH,
Hexano Isohexano
Así , un objeto de la invención es proporcionar un proceso industrial para la
obtención y el almacenamiento de energia, basicamente en forma de
hidrocarburos saturados cíclicos y alicíclicos ramificados, así como en forma de
compuestos aromáticos, a partir de los residuos originados en un procedimiento
s
de obtención de gas de síntesis, en especial a partir de un procedimiento de
gasificación-pirólisis de carbón molido húmedo, consistiendo estos residuos
esencialmente en gases de composición diversa que pueden emplearse como
combustibles en algunos casos y como materias primas en otros.
Son conocidos diferentes procesos de reformación de gasolinas, gracias los
10
cuales se aumenta el rendimiento de las gasolinas así como su número de
octanos. El contenido original de gasolinas que proviene del petróleo es
insuficiente para cubrir la alta demanda del mercado, por lo que se hace
necesario transformar en gasolinas algunas fracciones del petróleo de menor
valor. Las moléculas a las que se les asigna en mayor índice de octano son:
15
alcanos ramificados y aromáticos. Los alcanos lineales y naftenos tienen menor
índice de octano, y es deseable transformarlos en isómeros (ramificados) y en
aromáticos respectivamente. Las moléculas lineales tienden a detonar por
presión. Por ello, se trata de quot;reformarquot; dichas moléculas lineales en ramificadas
y cíclicas. Al ser más compactas no detonan por efecto de la presión. La
20
reformación puede realizarse de dos maneras distintas, mediante calor (se
denomina reformación térmica) o mediante calor y la asistencia de un
catalizador (reformación catalítica). Durante el proceso de reformación se libera
como producto hidrógeno.
El procedimiento aquí descrito permite almacenar energía a partir de los
25
residuos originados en un procedimiento de obtención de gas de síntesis, en
especial a partir de un procedimiento de gasificación-pirólisis de carbón molido
húmedo, de forma que al menos parte de estos residuos se transforman en
compuestos que presentan un mayor índice de octanos, tales como alcanos
ramificados y compuestos aromaticos. Tal como se ha mencionado, debido a
30
que durante este proceso se libera hidrógeno como producto final , dicho
hidrógeno puede ser reciclado para su uso en plantas químicas posteriormente
o ser realimentado al propio proceso de gasificación-pirólisis para enriquecer los
gases de sintesis obtenidos.
Para ello, el procedimiento de la invención comprende someter los productos residuales de la formación de gas de síntesis a partir de carbón molido húmedo, 5 de acuerdo con un proceso de gasificación-pirólisis, a un tratamiento posterior con el fin de transformar tales productos residuales en otros del tipo alcano ramificado y compuestos aromáticos, recuperándose el hidrógeno producido en estas reacciones y quedando disponible para su uso en otras plantas de procesado químico, como combustible o realimentado al propio proceso de
10 gasificación-pirólisis con el fin de enriquecer el gas de síntesis obtenido.
Esencialmente , el proceso de la invención se estructura en las siguientes
etapas:
1) Obtención de gas síntesis en un reactor a partir de una alimentación de vapor de agua procedente de una central termoeléctrica solar de alta
15 temperatura , preferentemente diseñada a partir de parábolas de concentración solar, preferentemente de una superficie de captación solar de 5.000 m2 y con focos correspondientes situados a 30 metros del vértice de cada parábola, alimentándose este vapor de agua mediante toberas adecuadas al reactor dual de gasificaciónl pirolisis junto con carbón molido
20 húmedo. El reactor permite mantener separados los gases H2 y los basados en carbono (C02, CO) obtenidos como mezcla de gas de sintesis
CH4 + CO + C02 + 02 --gt;CO + C02 + H2.
25 Las pequeñas cantidades de CH4, H2S y carbón libre que pueden quedar
como residuos en el gas de síntesis se someten a una pirólisis en el mismo
reactor dual, eliminándose esencialmente el carbón libre, el H2S y parte del C02.
30 2) transformación de los productos residuales CO + C02 + H2 en otros de tipo arcano, alcoholes inferiores, compuestos aromáticos, mediante correspondientes reactores cataliticos, empleando catalizadores adecuados para cada producto final que se desee obtener. Por ejemplo, para obtener compuestos aromáticos empleando un catalizador de platino
renio-alúmina, preferentemente de platino, soportado, por ejemplo en
alúmina, o no soportado; para obtener alcoholes inferiores empleando un catalizador de ácido fosfórico soportado.
En la etapa 1), previamente a la alimentación de vapor de agua, el reactor se alimenta de carbón molido húmedo tamizado a un tamaño de particula
adecuado de 90 mesh a 490 mesh , preferentemente med iante un molino de
bolas con tam iz de 450 mesh.
El material in icial tam izado y húmedo pasa a una cámara de gasificación , donde se oxida parcialmente mediante una alimentación adicional de oxígeno, preferentemente procedente de un dispositivo de electrolisis asociado a la
central solar, a un temperatura de aproximadamente 1.800' C-l.900' C gracias a la alta temperatura del vapor de agua alimentado desde la central solar. La
cámara de gasificación está provista de un revestimiento refractario con el fin mantener la temperatura interna.
En una realización preferente de la invención, el material refractario de la
cámara se basa en un material de fibrocemento de alúmina, sílice y calcáreo,
preferentemente del tipo Superboard®, manteniendo un aislamiento con estabilidad dimensional hasta 3.500'C.
Asi en el reactor de la etapa 1) se producen las reacciones de gasificación y
pirólisis de carbón, que el dispositivo permite moler tras su alimentación en continuo, para obtener un gas de síntesis. El vapor de agua procedente de una central termoeléctrica solar de alta temperatura se alimenta al dispositivo reactor dual de gasificación-pirólisis ya alimentado con carbón molido, oxidándose éste parcialmente mediante 02, preferentemente procedente de una etapa de
electrolisis, y el vapor de agua procedente de la central solar, en un gasificador
provisto en el interior del dispositivo reactor dual. El gas así formado consiste
básicamente en H2, CO, con pequeñas cantidades de C02, CH4, H2S y carbón
libre. Para eliminarlas y acondicionar el gas de síntesis, se lleva a cabo una pirólisis en el mismo dispositivo reactor dual, eliminándose esencialmente el
carbón libre, el H2S y parte del C02. Brevemente, entre 38 y 705' C se produce la desvolatilización y el desprendimiento de carbono e hidrógeno, entre 705 y 1480'C de C y H20 (g) Y entre 1480 y 1815'C de C y 02.
CH4 + CO + C02 + 02 --gt;CO + C02 + H2
El reactor dual dispone de los catalizadores adecuados para que puedan tener lugar las diferentes reacciones, así como de los medios necesarios para mantener su integridad, tales como revestimientos refractarios, materiales aislantes, camisas de refrigeración, etc. Por otro lado, el reactor dual incorpora un ciclón con el fin de eliminar cualquier residuo sólido del gas de síntesis obtenido.
Este reactor dual permite recoger los residuos del proceso anteriormente descrito para alimentarlos a la etapa 2) anteriormente citada, para su reutilización en otros procesos, por ejemplo en procesos donde se emplean cenizas o para su reciclaje en forma de fertilizantes.
Con tal fin, aguas abajo del reactor de gasificación-pirólisis, se dispone un reactor catalítico que opera a una temperatura de 1100°C, la cual es alcanzada mediante una alimentación de energía procedente del propio reactor de gasificación-pirólisis, bien en forma de calor o bien en forma de vapor de agua que previamente ha alimentado al reactor de gasificación-pirólisis.
En el interior de tal reactor catalítico, las reacciones de reformado e isomerización para obtener compuestos aromáticos, alcanos, alcoholes inferiores, de alto poder energético, son catalizadas mediante un catalizador basado en platino-renio-alúmina, preferentemente de platino, soportado, por ejemplo en alúmina, o no soportado. La temperatura a la que se lleva a cabo el proceso permite el desarrollo de las reacciones químicas antes mencionadas pero no conlleva la deposición de carbono sólido sobre la superficie del catalizador, ya que se elimina esencialmente el hidrógeno obtenido como subproducto de reacción en el reactor catalítico y se recicla para otros usos o al mismo proceso de gasificación-pirólisis, como se ha mencionado anteriormente, lo que elimina la necesidad de llevar a cabo una limpieza del catalizador para su uso en continuo, facilitando la producción de compuestos de alto valor energético como una etapa posterior a la gasificación-pirólisis del carbón .
En una realización del proceso de la invención, éste incluye una etapa 3) de
producción de energia a partir de los alcoholes inferiores obtenidos en la etapa
2) mediante deshidratación con zeolitas para obtener olefinas, y éstas a su vez
para obtener parafinas altamente ramificadas y compuestos cíclicos y
s
aromáticos.
Para ello, en esta etapa 3) adicional, por ejemplo el metanol obtenido a partir del
gas de sintesis de la etapa 1) se hace pasar a través de un catalizador zeolitico
a una temperatura de entre 340°C y 375°C , temperatura que se alcanza
med iante calentamiento con vapor agua circulante desde el reactor dual de
10
gasificación-pirólis is.
La propiedad catalítica de las zeolitas es resultado directo de su elevada área
superficial y tipos de centros activos. La deshidratación o eliminación de agua de
una molécula de alcohol conduce a la formación de alquenos u olefinas. Esta
reacción de eliminación necesita un catalizador ácido, cuya misión es la de
15
protonar al grupo hidroxilo y convertirlo en un buen grupo saliente con formación
de un ion carbonilo y, por tanto, la reactividad está en función de la facilidad
para la formación de dicho ión . En algunos casos un alcohol protonado puede
ser atacado por otra molécula de alcohol. Esta reacción tiene lugar cuando la
deshidratación se efectúa con alcoholes primarios no impedidos, el resultado del
20
proceso es la formación de agua y un éter.
En general , la acidez de una zeolita está relacionada con los átomos de Al
presentes en su red cristalina, sin embargo, no todos los centros ácidos de la
zeolita tienen la misma actividad , y, por tanto, no todos son capaces de catalizar
estas reacciones de deshidrogenación . Por esta razón , el catalizador zeolítico
25
empleado adicionalmente en el proceso de la presente invención puede estar
opcionalmente activado, preferentemente con amonio o ácido nítrico. Por
ejemplo, los valores de los porcentajes de conversión para el1-pentanol revelan
que la zeolita activada es un excelente catalizador para la deshidratación de
alcoholes lineales, ya que presentan una alta actividad en la conversión de 1
30
pentanol, sin un orden especifico de actividad de los catalizadores, oscilando la
conversión entre el 99 y el 100%. Sin embargo, para la conversión del
isopropanol (alcohol ramificado) es muy variado La más probable explicación
para este comportamiento se ve reflejada en la CIC, ya que la zeolita al ser
activada con ácido disminuye la CIC, por lo que en la estructura van quedando
menos cationes disponibles para ser intercambiados. Esto implica que al haber
s
menos cationes intercambiables, el espacio entre ellos debe ser mayor,
produciendo al final poros más grandes, cercanos a la región meso. Por el
contrario (activación con nitrato de amonio) permite una mayor ele (mas iones
intercambiables) entran más cationes a la estructura de la zeolita, obteniendo al
final una estructura de poros más pequeños en la región micro, lo que limita a
10
este catal izador preparado para ser usado en reacciones de sustrato
voluminoso. Los productos formados en las diferentes reacciones fueron , 1
penteno e isopropeno respectivamente.
Por su parte, los alquenos obtenidos en estas reacciones de deshidratación de
alcohol se transforman en los alcanos correspondientes mediante
15
hidrogenación, procediendo el hidrógeno necesario del propio gas de sintesis
obtenido en el proceso de gasificación-pirólisis, y éstos alcanos a su vez en
otros ramificados de mayor octanaje mediante procesos de isomerización y
reformado, mediante los correspondientes procesos de hidrogenación,
isomerización y reformado, en reactores al efecto.
20
Asi, el metanol obtenido a partir del gas de sintesis derivado de un proceso de
gasificación-pirólisis de carbón se hace pasar a través de un catalizador
zeolitico, opcionalmente activado, a una temperatura de entre 340°C y 375°C,
temperatura que se alcanza mediante calentamiento con vapor agua circulante
desde el dispositivo de gasificación-pirólisis. En este punto se produce la
25
deshidratación del alcohol mediante los centros ácidos activos del catalizador de
zeolita, dando como resultado una mezcla de olefinas que, a su vez, se
transforma parcialmente por el mismo catalizador en parafinas mediante
alquilación, operando el catalizador como un tamiz molecular que permite la
separación de las moléculas obtenidas en función de su tamaño de poro. La
30
mezcla constituida ahora por diversas especies moleculares se hace pasar
entonces a través de una columna de destilación fraccionada con el objeto de su
separación , dando como resultado fracciones de tipo alcano lineal y ramificado,
así como compuestos aromáticos y, en escasa medida, alquenos residuales.
Esta etapa adicional 3) elimina la principal desventaja de la reacción de metanol
a hidrocarburos, esto es la desactivación de los catalizadores zeolíticos por
s
formación de coque desactivante en el interior de los poros del catalizador, ya
que la temperatura de procesado y el recirculado del hidrógeno y el agua
residuales hacia el reactor de gasificación-pirólisis no permite la deposición de e
en la superficie ni en los poros del catalizador.
El procedimiento aquí descrito permite alquilar los residuos originados en un
10
procedimiento de obtención de gas de síntesis, en especial a partir de un
procedimiento de gasificación-pirólisis de carbón molido húmedo, de forma que
al menos parte de estos residuos se transforman en compuestos que presentan
un mayor índice de octanos, tares como arcanos ramificados y/o
hidratar/deshidratar los alquenos obtenidos con el fin de proporcionar alcoholes.
15
Tal como se ha mencionado, debido a que durante algunas reacciones de este
proceso se libera hidrógeno o agua como producto final, dicho hidrógeno puede
ser reciclado para su uso en plantas químicas posteriormente o ser realimentado
al propio proceso de gasificación-pirólisis para enriquecer los gases de síntesis
obtenidos.
20
En una realización del proceso de la invención, la etapa 2) incluye un
tratamiento posterior de los productos residuales de la etapa 1) con el fin de
transformar tales productos residuales en otros del tipo alean o ramificado y
alcohólicos, recuperándose el hidrógeno y el agua producido en estas
reacciones y quedando disponible para su uso en otras plantas de procesado
25
químico, como combustible o realimentado al propio proceso de gasificación
pirólisis con el fin de en riquecer el gas de síntesis obtenido.
Con tal fin, aguas abajo del reactor de gasificación-pirólisis, se dispone un
reactor catalítico que opera a una temperatura de 280°C, la cual es alcanzada
mediante una alimentación de energía procedente del propio reactor de
30
gasificación-pirólisis, bien en forma de calor o bien en forma de vapor de agua
que previamente ha alimentado al reactor de gasificación-pirólisis.
En el interior de tal reactor catalítico, las reacciones de alquilación,
hidratación/deshidratación para obtener compuestos alcanos ramificados,
alquenos y alcoholes de alto poder energético, son catalizadas mediante un
catalizador basado en un soporte de alúmina/aluminio que actúa como un ácido
s
de Lewis. La temperatura a la que se lleva a cabo el proceso permite el
desarrollo de las reacciones químicas antes mencionadas pero no conlleva la
deposición de carbono sólido sobre la superficie del catalizador, ya que se
elimina esencialmente el hidrógeno y el agua obtenido como subproducto de
reacción en el reactor catalítico y se recicla para otros usos o al mismo proceso
10
de gasificación-pirólisis, como se ha mencionado anteriormente, lo que elimina
la necesidad de llevar a cabo una limpieza del catalizador para su uso en
continuo, facilitando la producción de compuestos de alto valor energético como
una etapa posterior a la gasificación-pirólisis del carbón.
En una realización del proceso de la invención, en paralelo a la etapa 2) se lleva
15
a cabo una etapa adicional de electrolisis simultánea. Esencialmente, la mezcla
de vapor de agua y C02 residual procedente de la etapa 1) atraviesa una
turbina/motor con el fin de, mediante una dinamo (corriente continua), generar la
electricidad necesaria para que se produzca una reacción de electrolisis en una
cuba electrolítica adecuada, alimentada previamente con agua desmineralizada,
20
de forma que el oxigeno producido alimenta el reactor dual de gasificación /
pirólisis de la etapa 1 previa y el hidrógeno obtenido se reconduce hacia un
dosificador, donde, junto el gas de sin tesis limpio, se comprime y calienta para
su reacción posterior. Igualmente, desde el circuito que alimenta la mezcla
gaseosa de dióxido de carbono y agua a la turbina, se reconduce parte de la
25
mezcla hacia un reactor catalítico para su utilización en la etapa 2).
En una realización de la invención, en la etapa 1) se obtiene hidrógeno a partir del
vapor de agua alimentado en un reactor catalitico incluyendo un óxido metálico
como catalizador, preferentemente un par redox de óxido de zinc y zinc, según
la ecuación general:
30
M,O, ~xM + y/20,
Con el par redox preferente de óxido de zinc y zinc:
lnO(s) ~ln(g) + 0,50, aprox. 3500K
ln(l) + H,O(g) ~ lnO(s) + H,(g)
La hidrólisis del agua, con oxidación del metal, se produce exotérmicamente para generar hidrógeno gas, recuperándose en el catalizador el óxido metálico
empleado. El hidrógeno gas obtenido se hace circular enfriándose y se
almacena o se utiliza en otros procesos. El oxígeno obtenido como subproducto puede extraerse del reactor para una posible utilización posterior en otros procesos.
Asi, el proceso de la invención de obtención y almacenamiento de energia, en
particular en forma de hidrógeno gaseoso, alcoholes inferiores, preferentemente de cuatro átomos de carbono o menos, en particular butanol, metanol y etanol, o de aleanos ramificados e hidrocarburos aromáticos, a partir de la energía procedente de una planta tenmoeléctrica solar de alta temperatura, utiliza como
productos de partida carbón y vapor de agua, alimentando la energía solar de
una planta termoeléctrica solar de alta temperatura desde el punto de vista
energético todos los pasos de procedimiento, proporcionando tanto la energía eléctrica necesaria para llevar a cabo las etapas intermedias del procedimiento como esencialmente los productos implicados en sus diferentes pasos (Hz, Oz,
vapor de agua y CO,) a partir de una alimentación de carbón molido húmedo,
siendo los subproductos obtenidos en estas diferentes etapas de procedimiento realimentados al propio proceso. Se trata por tanto de un procedimiento que por
una parte permite el almacenamiento de la energía del sol en forma de
alcoholes inferiores, alcanos ramificados e hidrocarburos aromáticos, los cuales a su vez pueden constituir combustibles alternativos a los combustibles fósiles o transformarse en combustibles industriales y/o domésticos, y, por otra parte,
debido a la reutilización de los subproductos obtenidos en las diferentes etapas
de procedimiento, esencialmente elimina el peligro derivado de la producción de residuos, tratándose por ello de un procedimiento especialmente ventajoso
desde el punto de vista med ioambiental y productivo.

Claims (11)

  1. REIVINDICACIONES
    1.
    Proceso industrial para la obtención y el almacenamiento de energía, en
    particular en forma de hidrógeno gaseoso, alcoholes inferiores o de
    alcanos ramificados e hidrocarburos aromáticos, a partir de la energía
    5
    procedente de una planta termoeléctrica solar de alta temperatura
    caracterizado porque incluye las siguientes etapas:
    1) obtención de gas síntesis en un reactor a partir de una alimentación
    de vapor de agua procedente de una central termoeléctrica solar de
    alla lemperalura, preferenlemenle diseñada a partir de parábolas de
    10
    concentración solar, preferentemente de una superficie de captación
    solar de 5.000 m2 y con focos correspondientes situados a 30
    metros del vértice de cada parábola , alimentándose este vapor de
    agua mediante loberas adecuadas al reactor dual de
    gasificación/pirolisis junto con carbón molido húmedo, según la
    15
    reacción.
    CH4 + CO + C02 + 02 --gt;CO + C02 + H2.
    donde las pequeñas canlidades de CH4, H2S y carbón libre que
    pueden quedar como residuos en el gas de síntesis se someten a
    20
    una pirólisis en el mismo reactor dual , eliminándose esencialmente
    el carbón libre , el H2S y parte del C02.
    2) Iransformación de los productos residuales CO + C02 + H2 en olros
    de tipo alcano, alcoholes inferiores, compuestos aromáticos,
    25
    med iante correspondientes reactores catalíticos, empleando
    catalizadores adecuados para cada producto final que se desee
    oblener.
  2. 2.
    Proceso industrial para la obtención y el almacenamiento de energía
    30
    según la reiv indicación 1, caracterizado porque en la etapa 2), para
    obtener compuestos aromáticos se emplea un catalizador de platino
    ren io-alúmina , preferentemente de platino, soportado o no soportado.
  3. 3.
    Proceso industrial para la obtención y el almacenamiento de energía
    35
    según la reivindicación 1, caracterizado porque en la etapa 2), para
    obtener alcoholes inferiores se emplea un catalizador de ácido fosfórico
    soportado.
  4. 4.
    Proceso industrial para la obtención y el almacenamiento de energía
    5
    según la reivindicación 1, caracterizado porque en la etapa 1),
    previamente a la alimentación de vapor de agua, el reactor se alimenta de
    carbón molido húmedo tamizado a un tamaño de partícula adecuado de
    90 mesh a 490 mesh, preferentemente mediante un molino de bolas con
    tamiz de 450 mesh.
    10
  5. 5.
    Proceso industrial para la obtención y el almacenamiento de energía
    según la reivindicación 1, caracterizado porque en la etapa 1) se
    producen reacciones de gasificación y pirólisis de carbón para obtener un
    gas de sintesis mediante la oxidación parcial del carbono con 02.
    15
    preferentemente procedente de una etapa de electrolisis, y el vapor de
    agua procedente de la central solar, en un gasificador provisto en el
    interior del dispositivo reactor dual.
  6. 6.
    Proceso industrial para la obtención y el almacenamiento de energía
    20
    según la reivindicación 1, caracterizado porque en la etapa 1) se obtiene
    hidrógeno a partir de la hidrólisis del vapor de agua alimentado en un
    reactor catalitico incluyendo un óxido metálico como catalizador,
    preferentemente un par redox de óxido de zinc y zinc,
    25
    7. Proceso industrial para la obtención y el almacenamiento de energía
    según la reivindicación 1, caracterizado porque en la etapa 2) se llevan a
    cabo reacciones de reformado e isomerización para obtener compuestos
    aromáticos, alcanos, alcoholes inferiores, de alto poder energético,
    med iante un catalizador basado en platino-renio-alúmina.
    30
  7. 8.
    Proceso industrial para la obtención y el almacenamiento de energía
    según la reivindicación 1, caracterizado porque además incluye una etapa
    3) de producción de energía a partir de los alcoholes inferiores obtenidos
    en la etapa 2) mediante deshidratación con zeolitas para obtener olefinas.
    35
    y éstas a su vez para obtener parafinas altamente ramificadas y
    compuestos cíclicos y aromáticos.
  8. 9.
    Proceso industrial para la obtención y el almacenamiento de energía
    según la reivindicación 7, caracterizado porque esta etapa 3) se lleva a
    cabo a una temperatura de entre 3400 e y 375°C, temperatura que se
    alcanza mediante calentamiento con vapor agua circulante procedente de
    la etapa 1).
  9. 10.
    Proceso industrial para la obtención y el almacenamiento de energía
    según la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa 2) se lleva a cabo
    en un reactor catalítico que opera a una temperatura de 280°C aguas
    abajo del reactor empleado en la etapa 1), donde esta temperatura se
    consigue mediante una alimentación de energía procedente de la etapa
    1) bien en forma de calor o bien en forma de vapor de agua.
  10. 11.
    Proceso industrial para la obtención y el almacenamiento de energía
    según la reivindicación 9, caracterizado porque en el reactor catalítico las
    reacciones de alquilación, hidratación/deshidratación para obtener
    compuestos alcanos ram ificados, alquenos y alcoholes de alto poder
    energético son catalizadas mediante un catalizador basado en un soporte
    de alúmina/aluminio que actúa como un ácido de Lewis.
  11. 12.
    Proceso industrial para la obtención y el almacenamiento de energía
    según la reivindicación 1, caracterizado porque en paralelo a la etapa 2)
    se lleva a cabo una etapa adicional de electrolisis simultánea, donde la
    mezcla de vapor de agua y C02 residual procedente de la etapa 1)
    atraviesa una turbina/motor con el fin de generar la electricidad necesaria
    para que se produzca una reacción de electrolisis en una cuba
    electrolítica adecuada, alimentada previamente con agua
    desmineralizada, de forma que el oxígeno producido alimenta el reactor
    de la etapa 1 previa y el hidrógeno obtenido se reconduce hacia un
    dosificador, donde, junto el gas de síntesis limpio, se comprime y calienta
    para su reacción posterior y donde desde el circu ito que alimenta la
    mezcla gaseosa de dióxido de carbono yagua a la turbina, se reconduce
    parte de la mezcla hacia un reactor catalítico para su utilización en la
    etapa 2).
    35
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