ES2632117T3 - Un método y un aparato para la producción y regulación de energía eléctrica - Google Patents

Un método y un aparato para la producción y regulación de energía eléctrica Download PDF

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Abstract

Un método de producción de energía eléctrica para entrega en una red de suministro de energía eléctrica que comprende: proporcionar al menos una planta combinada de calor y energía (7-10) que genera calor (7, 8) y energía eléctrica (9, 10) a partir de biomasa, combustible fósil, combustible nuclear o combinaciones de los mismos, caracterizado por proporcionar una planta de producción de combustible (19-45) para la generación de combustibles basados en carbono y/o nitrógeno usando energía eléctrica (19) desde dicha al menos una planta combinada de calor y energía y una combinación de dióxido de carbono (23) e hidrógeno (22) y/o gases carbonosos, y/o líquidos carbonosos (35) y/o nitrógeno, determinar la necesidad de energía eléctrica en dicha red de suministro de energía eléctrica y entregar dicha energía eléctrica necesaria en dicha red, y entregar cualquier exceso de energía eléctrica a dicha planta de producción de combustible.

Description

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El monóxido de carbono y dióxido de carbono absorbidos se transportan 12 para ser desabsorbidos y limpiados en
13.
El dióxido de carbono desde el limpiador se mezcla con dióxido de carbono procedente del proceso de fermentación 4 y se comprime 15 y almacena 17 o se conduce al reactor autotérmico 34 o directamente a la estación de mezcla de gas de síntesis 36. El gas se comprime a un nivel de presión útil en los siguientes procesos. Típicamente, el dióxido de carbono se comprime a aproximadamente 30-150 bar. El compresor puede ser accionado por una turbina de vapor o electricidad.
El dióxido de carbono comprimido se conduce 16 a un tanque de almacenamiento desde donde el dióxido de carbono se distribuye a los otros procesos tal como la reforma de gas natural 34 o a un tanque de síntesis 36.
Si existe un gran excedente de dióxido de carbono el dióxido de carbono puede usarse para la reforma de gas natural, incrementando de ese modo la cantidad de monóxido de carbono lo que a su vez reduce la necesidad de producción de hidrógeno. La reforma autotérmica usando dióxido de carbono de gas natural es un proceso endodérmico que funciona a alta temperatura en el intervalo de 500-900 °C. El calentador para el proceso puede estar en la forma de un quemador o de otros procesos. El gas reformado se entrega al tanque de mezcla de gas de síntesis 36.
La reforma de gas natural sigue la fórmula:
CO2 + CH4  2CO + 2H2
En el tanque de mezcla 36 es preferentemente una mezcla de tres partes de monóxido de carbono, una parte del dióxido de carbono y nueve partes de hidrógeno. Sin embargo, pueden usarse también mezclas divergentes. La mezcla en el tanque de mezcla 36 recibe hidrógeno adicional 22 desde un proceso de electrólisis en donde se produce hidrógeno a partir de energía eléctrica y agua en un tanque de electrolisis 19. El hidrógeno se produce preferentemente a alta presión, o puede comprimirse por un compresor que comprime el hidrógeno producido. El hidrógeno se transporta 20 al interior de un tanque de hidrógeno 21 conectado al tanque de mezcla 36 a través de
22.
La energía eléctrica puede suministrarse desde cualquier fuente de energía eléctrica. En la realización actualmente preferida de la presente invención, la energía eléctrica puede suministrarse desde una fuente que produce la energía eléctrica a partir de energía renovable tal como energía eólica, energía hidráulica, energía solar, energía de mareas
o energía de olas o cualesquiera combinaciones de las mismas. También, al menos una planta de generación eléctrica que produce energía eléctrica a partir de combustibles basados en carbono y/o nitrógeno puede suministrar la energía eléctrica para el proceso de hidrólisis.
Dado que las plantas de generación producen energía eléctrica basándose en la necesidad de la red de suministro de energía eléctrica y es preferible hacer funcionar estas plantas a un nivel específico para la obtención de un rendimiento óptimo de las plantas, puede haber periodos en los que las plantas producen energía eléctrica en exceso y en estos periodos es posible usar esta energía eléctrica en exceso para electrólisis del agua para la producción de hidrógeno. Alternativamente, la energía eléctrica en exceso puede venderse en los mercados de energía internacionales o locales, posiblemente a precios más bajos que los costes de producción de la energía eléctrica.
El reformador autotérmico o el tanque de mezcla 36 también reciben el hidrógeno y monóxido de carbono 33 desde la gasificación de residuos/biomasa 27 sin tratar, de carbón 29 y de biomasa pretratada 31. Los procesos de gasificación producen calor que puede usarse para otros procesos o etapas de proceso (electricidad, procesos químicos y para calentamiento).
Es preferible que los procesos de electrolisis 19 usen energía eléctrica que procede de plantas de generación eléctrica que producen energía eléctrica a partir de energía renovable. El uso de energía eléctrica que procede de energía renovable es preferible, dado que el metanol tendría una proporción más alta de energía renovable que si se produce con electricidad a partir de combustible fósil. También, la electrolisis podría usarse para equilibrar la producción de electricidad variable desde fuentes de energía renovable. Adicionalmente, es preferible que la electrolisis se forme a alta presión evitando posiblemente de ese modo una comprensión adicional.
Desde el tanque de mezcla 36 el gas 37 producido en el tanque de mezcla 36 se transfiere a un reactor de metanol 38 para la producción de metanol a partir del gas 37. La síntesis de metanol es un proceso catalítico donde se usa típicamente Cu/Zn/Al como catalizador. La síntesis de metanol se produce típicamente a 200-300 °C y a una presión de 50-150 bar. La síntesis del metanol sigue la fórmula:
CO + 2H2  CH3OH
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El etanol se produce usando fermentación de biomasa y/o residuos y sigue la fórmula: C6H12O6  2C2H5OH + 2CO2 5 La síntesis del metanol sigue la fórmula: CO2 + 3H2  CH3OH + H2O El uso de dióxido de carbono como base para la producción de metanol se resuelve inevitablemente en un tercio del 10 hidrógeno enlazado en agua, sin embargo, usando monóxido de carbono como base para la producción o síntesis de metanol, se contempla un uso más equilibrado del hidrógeno. La síntesis del metanol sigue la fórmula: CO + 2H2  CH3OH 15 Puede incrementarse la cantidad de monóxido de carbono mediante el uso de oxígeno a partir de la electrolisis para gasificación de biomasa o gasificación del gas natural tal como se ilustra en las dos fórmulas siguientes: (C6H10O5)n1 + n/202  6nCO + 5nH2 ½O2 + CH4  CO + 2H2 20
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