IT202100030677A1

IT202100030677A1 - Processo di stabilizzazione della rete elettrica, della rete gas e/o della rete idrogeno e per la produzione di ammoniaca

Info

Publication number: IT202100030677A1
Application number: IT102021000030677A
Authority: IT
Inventors: Matteo Berra; Lorenzo Bruno
Original assignee: Saipem Spa
Priority date: 2021-12-03
Filing date: 2021-12-03
Publication date: 2023-06-03
Also published as: WO2023100148A1; EP4440989A1; US20250026650A1

Description

Titolo: ?PROCESSO DI STABILIZZAZIONE DELLA RETE ELETTRICA, DELLA RETE GAS E/O DELLA RETE IDROGENO E PER LA PRODUZIONE DI AMMONIACA?

DESCRIZIONE

Campo della tecnica dell?invenzione

La presente invenzione trova applicazione nel settore energetico e, in particolare, per la stabilizzazione della rete elettrica e, eventualmente della rete del gas combustibile, nonch? della rete di idrogeno, normalmente presente in una raffineria.

La presente invenzione trova altres? applicazione nella produzione di ammoniaca.

Stato dell?arte

Pur essendo noto come produrre, stoccare e consumare idrogeno, non si ha a disposizione un processo unitario che sia in grado di stabilizzare sia la rete elettrica che la rete del gas naturale o la rete idrogeno (per esempio in una raffineria) o entrambe le reti gas.

Un tale processo deve essere efficiente, quindi deve avere un alto coefficiente di restituzione dell?energia prelevata dalla rete, nonch? pratico, dunque richiedente spazi di stoccaggio limitati e non legati a particolari conformazioni del sottosuolo, come pozzi esausti in cui accumulare gas; inoltre, deve permettere l?accumulo di quantit? di energia tali da potere superare i limiti di stagionalit?/imprevedibilit? tipicamente riscontrabili nella disponibilit? delle energie rinnovabili.

E? noto che l?accumulo di grandi quantit? di idrogeno e/o ossigeno richiede la liquefazione di detti gas a temperature compatibili con lo stoccaggio a pressione atmosferica, e che detto processo ? energivoro, al punto da consumare fino ad un terzo del potere calorifico dell?idrogeno, con l?effetto di limitarne la produzione per unit? di energia elettrica disponibile.

Inoltre, se da un lato la liquefazione dell?idrogeno richiede molta energia (gli impianti attualmente in uso richiedono mediamente 11 kWh/kg) la quantit? restituibile durante la vaporizzazione ? assai minore. Infatti, considerando un costo energetico teorico di 3,8 kWh/kg ed un?efficienza delle macchine intorno al 85%, non si possono ricavare pi? di 3 kWh/kg, quando la vaporizzazione ? effettuata a pressione ambiente, e non pi? di 2 kWh/kg quando l?idrogeno ? riscaldato alla pressione di immissione in rete.

I sistemi di liquefazione ed accumulo dell?idrogeno liquido finora proposti impiegano azoto liquido, ma tale fluido ? generato ed importato dall?esterno, mentre i sistemi che impiegano idrogeno nella generazione di energia elettrica considerano tale gas semplicemente come disponibile, senza occuparsi del recupero delle frigorie qualora esso sia liquido.

Oltre a ci?, l?idrogeno prodotto per via elettrolitica pu? essere convertito in ammoniaca, impiegando tuttavia l?azoto prodotto da una Unit? di Separazione dell?Aria (ASU); la presenza di ossigeno nei reagenti alimentato al reattore di sintesi dell?ammoniaca, oltre a consumare idrogeno, produce acqua, che dovr? essere successivamente separata, ad esempio per distillazione, dall?ammoniaca prodotta.

Riassunto dell?invenzione

Gli inventori della presente domanda di brevetto hanno sorprendentemente trovato che ? possibile integrare le tecnologie di produzione dell?idrogeno per via elettrolitica con le tecnologie di stoccaggio dell?idrogeno, sia in forma liquida sia crio-compressa, con l?impiego di sistemi in azoto liquido e/o criocompresso.

Inoltre, viene convenientemente sfruttata la capacit? dell?ammoniaca di fungere da mezzo di stoccaggio e di trasporto dell?idrogeno.

Oggetto dell?invenzione

In un primo oggetto, la presente invenzione descrive un processo per la produzione e l?accumulo di idrogeno, per la produzione di energia elettrica, per la produzione e accumulo di azoto liquido e/o criocompresso e per la produzione di ammoniaca.

Secondo un aspetto, il processo dell?invenzione comprende una prima fase di produzione e di accumulo di idrogeno e di ammoniaca impiegando energia elettrica, preferibilmente in eccesso, e azoto liquido e/o crio-compresso.

Secondo un altro aspetto, il processo dell?invenzione comprende una seconda fase di generazione di energia elettrica, di produzione e accumulo di azoto liquido e/o crio-compresso e di produzione di ammoniaca.

Secondo un ulteriore oggetto, ? descritto un impianto per condurre il processo dell?invenzione.

Breve descrizione delle figure

La Figura 1 rappresenta lo schema della fase di accumulo secondo il processo della presente invenzione.

La Figura 2 rappresenta lo schema di una prima forma realizzativa della fase di generazione secondo il processo della presente invenzione.

La Figura 3 rappresenta lo schema di una forma realizzativa alternativa della fase di generazione secondo il processo della presente invenzione.

Descrizione dettagliata dell?invenzione

Nella seguente descrizione l?indicazione a pedice ?a? si intende fare riferimento alla fase A) di accumulo, mentre ?g? intende far riferimento alla fase B) di generazione; l?indicazione ?g?? fa riferimento alla forma realizzativa alternativa della fase di generazione (fase B?).

Nella seguente descrizione, quando si fa riferimento ad un flusso di azoto o di ossigeno o di idrogeno, si intende che tale flusso ha una composizione prevalente di tale elemento; alternativamente, l?indicazione pu? essere in senso funzionale, qualora l?elemento indicato sia funzionale alla fase o alle fasi successive.

Il processo della presente invenzione comprende due fasi: una prima fase di produzione e di accumulo di idrogeno liquido e/o crio-compresso (fase A) e una seconda fase di generazione di energia elettrica e produzione e di accumulo di azoto liquido e/o criocompresso (fase B).

Pi? in particolare, detta fase A) ? una fase di produzione e accumulo di idrogeno e di produzione ammoniaca.

In particolare, ? prodotto idrogeno in forma liquida (H2l) e/o gassosa (H2g), in particolare in forma gassosa crio-compressa.

Per quanto concerne la fase B), detta fase ? una fase di produzione di energia elettrica, di produzione e di accumulo di azoto liquido e/o crio-compresso e di produzione di ammoniaca.

Per gli scopi della presente invenzione, la fase A) comprende l?impiego dell?azoto liquido e/o criocompresso prodotto e accumulato nella fase B).

Per gli scopi della presente invenzione, la fase B) comprende l?impiego dell?idrogeno liquido e/o criocompresso prodotto e accumulato nella fase A).

Ciascuna fase verr? qui a seguito descritta in maggior dettaglio.

Fase A)

Per gli scopi della presente invenzione, la fase A) comprende le sotto-fasi di:

A1) sottoporre un flusso di acqua a1 ad elettrolisi mediante l?impiego di energia elettrica ottenendo la produzione di un flusso di ossigeno a2 e di un flusso di idrogeno a3,

A2) sottoporre detto flusso di idrogeno a3 ad una fase di raffreddamento preliminare ottenendo un flusso di idrogeno preliminarmente raffreddato a4,

A3) separare una prima porzione a40 di detto flusso di idrogeno preliminarmente raffreddato a4 e inviarlo ad una Unit? di Sintesi dell?ammoniaca aNH3SU, A4) separare una seconda porzione a5 di detto flusso di idrogeno preliminarmente raffreddato a4 e ottenere un flusso di idrogeno gassoso raffreddato a8, che ? immagazzinato in un serbatoio dell?idrogeno gassoso aTH2g,

A5) separare una terza porzione a9 di detto flusso di idrogeno preliminarmente raffreddato a4 e ottenere un flusso di idrogeno liquido a17???, che ? immagazzinato in un serbatoio dell?idrogeno liquido

aTH2l.

In un aspetto della presente invenzione, la sottofase A1) ? condotta in una cella elettrolitica aEC e pu? impiegare acqua marina; in tal caso, la cella elettrolitica aEC pu? essere provvista di un sistema di spurgo per la salamoia B.

Secondo un aspetto preferito della presente invenzione, nella sotto-fase A1) la cella elettrolitica aEC impiega energia elettrica, preferibilmente disponibile in eccesso.

Con il termine ?energia elettrica in eccesso? si intende energia elettrica prodotta e disponibile nella rete elettrica, ma che non ? utilizzata.

In un aspetto della presente invenzione, il flusso di ossigeno a2 ottenuto dalla sotto-fase A1) ? destinato all?export, in quanto sotto-prodotto pregiato.

In un aspetto della presente invenzione, prima della sotto-fase A2) di raffreddamento preliminare, il flusso di idrogeno a3 ottenuto dalla sotto-fase A1) pu? essere compresso in un primo compressore aC1; pertanto, la sotto-fase A2) pu? essere condotta su di un flusso di idrogeno a3 o su di un flusso di idrogeno compresso

a3?.

Per gli scopi della presente invenzione, la sottofase A3) comprende le fasi di:

A3a) sottoporre detta prima porzione a40 del flusso di idrogeno preliminarmente raffreddato a compressione in un secondo compressore aC2 ottenendo una prima porzione di idrogeno compressa a41.

Nell?Unit? di Sintesi dell?Ammoniaca aNH3SU, la prima porzione di idrogeno compressa a41 ? convertita in ammoniaca NH3 impiegando anche un flusso di azoto come verr? qui a seguito descritto.

Per gli scopi della presente invenzione, la sintesi dell?ammoniaca all?interno dell?Unit? di Sintesi dell?Ammoniaca aNH3SU produce calore, che pu? essere recuperato mediante l?impiego di un primo fluido di lavoro che circola in un circuito di un primo fluido di lavoro, come verr? qui a seguito descritto.

Per gli scopi della presente invenzione, la sottofase A4) comprende le sotto-fasi di:

A4a) pre-raffreddamento,

A4b) primo raffreddamento,

A4c) eventuale stabilizzazione,

A4d) uno o pi? ulteriori raffreddamenti.

Per gli scopi della presente invenzione, la sottofase A4a) di pre-raffreddamento ? condotta in un secondo scambiatore di calore aTE2 per scambio di calore con un flusso di azoto liquido e/o criocompresso ad un primo livello di riscaldamento a32 ottenendo una seconda porzione del flusso di idrogeno pre-raffreddato a6.

Eventualmente, tale fase A4a) pu? coinvolgere anche un flusso di un fluido refrigerante aggiuntivo riscaldato a51, che circola all?interno di un circuito di un fluido refrigerante aggiuntivo a200, come verr? qui a seguito descritto.

Per gli scopi della presente invenzione, la sottofase di primo raffreddamento A4b) ? condotta in un terzo scambiatore di calore aTE3 per scambio di calore con un flusso di azoto liquido e/o crio-compresso a31 pompato, come verr? qui a seguito descritto, ottenendo una seconda porzione del flusso di idrogeno raffreddato

a7.

Eventualmente, tale fase A4b) pu? coinvolgere anche un flusso di un fluido refrigerante aggiuntivo

a50 che circola in un circuito di un fluido refrigerante aggiuntivo a200, come verr? qui a seguito descritto.

Per gli scopi della presente invenzione, la sottofase di pre-raffreddamento A4a) e/o la sotto-fase di primo raffreddamento A4b) possono essere condotte anche per scambio di calore con un flusso di un fluido refrigerante che circola in un circuito del fluido refrigerante a100, come verr? qui a seguito descritto.

Per gli scopi della presente invenzione, la fase di stabilizzazione A4c) (secondo quanto a seguito descritto con riferimento alla fase A5c)) ? facoltativa (e non rappresentata nelle figure).

Per gli scopi della presente invenzione, una ed eventuali ulteriori sotto-fasi di raffreddamento A4d) sono condotte in un quarto aTE4 scambiatore di calore per scambio di calore con un flusso di un fluido refrigerante che circola in un circuito del fluido refrigerante, come verr? qui a seguito descritto.

Dalla sotto-fase A4) si ottiene quindi un flusso di idrogeno gassoso raffreddato a8, che ? immagazzinato in un serbatoio dell?idrogeno gassoso aTH2g.

Per gli scopi della presente invenzione, la sottofase A5) comprende le sotto-fasi di:

A5a) pre-raffreddamento,

A5b) primo raffreddamento,

A5c) stabilizzazione,

A5d) uno o pi? ulteriori raffreddamenti.

Per gli scopi della presente invenzione, la sottofase A5a) di pre-raffreddamento ? condotta in un secondo scambiatore di calore aTE2 per scambio di calore con un flusso di azoto liquido e/o criocompresso ad un primo livello di riscaldamento a32 come verr? qui a seguito descritto ottenendo una terza porzione del flusso di idrogeno pre-raffreddato a10.

Eventualmente, tale fase A5a) pu? coinvolgere anche un flusso di un fluido refrigerante aggiuntivo riscaldato a51, che circola all?interno di un circuito di un fluido refrigerante aggiuntivo a200, come verr? qui a seguito descritto.

Per gli scopi della presente invenzione, la fase di primo raffreddamento A5b) ? condotta in un terzo scambiatore di calore aTE3 per scambio di calore con un flusso di azoto liquido e/o crio-compresso pompato

a31, come verr? qui a seguito descritto, ottenendo una terza porzione del flusso di idrogeno raffreddato a11.

Eventualmente, tale fase A5b) pu? coinvolgere anche un flusso di un fluido refrigerante aggiuntivo

Secondo un aspetto della presente invenzione, la terza porzione del flusso di idrogeno raffreddato a11 pu? essere sottoposta alla sotto-fase A5c) di stabilizzazione per la conversione catalitica dell?idrogeno dalla forma orto alla forma para ottenendo una terza porzione del flusso di idrogeno raffreddato e stabilizzato a14.

Eventualmente, il flusso della terza porzione del flusso di idrogeno raffreddato a11 pu? essere diviso in una prima porzione da stabilizzare a12? e in una seconda porzione da stabilizzare a12??, ciascuna delle quali ? sottoposta alla fase di stabilizzazione in un rispettivo convertitore aCONV1, aCONV2 ottenendo una prima porzione di idrogeno stabilizzato a13? e una seconda porzione di idrogeno stabilizzato a13??, che possono essere riunite nella terza porzione del flusso di idrogeno raffreddato e stabilizzato a14.

Secondo un aspetto della presente invenzione, il flusso di idrogeno raffreddato e stabilizzato a14 pu? essere sottoposto ad una ulteriore fase di primo raffreddamento A5b) nel terzo scambiatore di calore

aTE3 ottenendo un flusso di idrogeno ulteriormente raffreddato e stabilizzato a15.

Il flusso di idrogeno raffreddato a11 oppure il flusso di idrogeno ulteriormente raffreddato e stabilizzato a15 ottenuti secondo quanto sopra descritto sono sottoposti ad almeno una fase di ulteriore raffreddamento A5d) in un quarto scambiatore di calore aTE4 ed eventuali ulteriori raffreddamenti in un quinto scambiatore di calore aTE5 ed eventuali ulteriori quinti scambiatori di calore aTE5?,aTE5??,

aTE5???, ottenendo un flusso di idrogeno ancor pi? raffreddato a16.

Per gli scopi della presente invenzione, tale almeno una ed eventuali ulteriori fasi di raffreddamento A5d) sono condotte per scambio di calore con un fluido refrigerante che circola in un circuito del fluido refrigerante, come verr? qui a seguito descritto.

Per gli scopi della presente invenzione, le fasi di raffreddamento possono preferibilmente essere condotte in presenza di un catalizzatore per catalizzare la conversione dell?idrogeno dalla forma orto alla forma para.

Secondo un aspetto della presente invenzione, mediante tale almeno una ed eventuali ulteriori fasi di raffreddamento si ottengono flussi di idrogeno via via maggiormente raffreddato a17,a17?,a17?? fino ad ottenere un flusso di idrogeno liquido a17???, che ? immagazzinato in un serbatoio dell?idrogeno liquido

aTH2l (normalmente ad una temperatura inferiore a -195?C).

Da tale serbatoio pu? essere prelevato un flusso di ricircolo aH2r che pu? essere sottoposto ad una delle fasi di ulteriore raffreddamento A5d) (come schematicamente illustrato in figura 1).

Per gli scopi della presente invenzione, il flusso di azoto liquido impiegato nelle fasi di scambio di calore sopra descritte (sotto-fasi A4a), A4b), A5a) e A5b)) ? un flusso di azoto liquido prelevato da un serbatoio dell?azoto liquido aTN2l (la forma realizzativa che impiega azoto crio-compresso ? contemplata dalla presente invenzione anche se non rappresentata nelle figure).

In particolare, da detto serbatoio dell?azoto liquido aTN2l ? ottenuto un primo flusso di azoto liquido a30, che ? prelevato e pompato in una pompa

aPN2l.

Ad esempio, pu? essere pompato fino a 150 bar g. Il flusso di azoto liquido pompato a31 cos? ottenuto ? quindi impiegato nelle fasi di primo raffreddamento A4b) e A5b) ottenendo un flusso di azoto ad un primo livello di riscaldamento a32.

Il flusso di azoto ad un primo livello di riscaldamento a32 cos? ottenuto ? impiegato nelle fasi di pre-raffreddamento A4a) e A5a) ottenendo un flusso di azoto liquido ad un secondo livello di riscaldamento

a33.

Per gli scopi della presente invenzione, e come sopra descritto, il flusso di azoto liquido ad un secondo livello di riscaldamento a33 ? inviato ad una Unit? di Sintesi dell?Ammoniaca aNH3SU.

Secondo un aspetto particolare, prima di ci?, il flusso di azoto liquido ad un secondo livello di riscaldamento a33 pu? attuare una fase di scambio di calore con il fluido refrigerante.

Il flusso di azoto liquido ad un terzo livello di riscaldamento a34 cos? ottenuto oppure il flusso di azoto liquido ad un secondo livello di riscaldamento a33 sono quindi inviati all?Unit? di Sintesi dell?Ammoniaca aNH3SU dalla quale si ottiene un flusso di ammoniaca (NH3).

Dall?Unit? di Sintesi dell?Ammoniaca aNH3SU si ottiene anche un flusso di spurgo a35 rilasciato in atmosfera.

Circuito del fluido refrigerante

Per gli scopi della presente invenzione, il fluido che circola nel circuito del fluido refrigerante a100 pu? essere rappresentato da idrogeno o elio ed ? preferibilmente rappresentato da idrogeno.

Il circuito del fluido refrigerante non rappresenta un elemento limitante della presente invenzione, in quanto ? sufficiente che consenta il raffreddamento della seconda a5 e della terza a9 porzione del flusso di idrogeno preliminarmente raffreddato come sopra descritto.

Secondo una forma realizzativa della presente invenzione, ad esempio rappresentata nella figura 1, tale circuito a100 pu? funzionare secondo il ciclo di Claude.

Tale ciclo prevede almeno tre fasi di espansione del fluido refrigerante contenuto in un serbatoio aTfr, di cui due fasi di espansione sono ottenute mediante un primo ed un secondo espansore aEX1fr,aEX2fr e la terza fase di espansione mediante una valvola aVfr.

Dopo essere stato prelevato dal serbatoio aTfr, il flusso del fluido refrigerante effettua pertanto le fasi di scambio di calore:

- A4d) e A5d) di almeno uno ed eventuali ulteriori raffreddamenti,

- A4b) e A5b) di primo raffreddamento, e

- A4a) e A5a) di pre-raffreddamento.

Le fasi di cui sopra possono essere condotte in controcorrente oppure in co-corrente e possono eventualmente essere ripetute, nello stesso verso o no.

Per quanto concerne le fasi di espansione, ciascuna espansione segue la una ed eventuale ulteriore fase di scambio di calore con il flusso di idrogeno delle fasi A4d) e A5d).

Circuito del fluido refrigerante aggiuntivo

Per gli scopi della presente invenzione e come sopra descritto, pu? essere previsto un circuito di un fluido refrigerante aggiuntivo a200.

Tale fluido circola in un circuito dal quale origina un flusso di un fluido refrigerante aggiuntivo

a50, il quale pu? essere coinvolto nella fase A4b) e/o A5b) (sopra descritte) ottenendo un flusso di un fluido refrigerante aggiuntivo riscaldato a51.

A sua volta, tale flusso di un fluido refrigerante aggiuntivo riscaldato a51 pu? essere coinvolto anche nella fase A4a) e/o A5a) (sopra descritte) ottenendo un flusso di un fluido refrigerante aggiuntivo ulteriormente riscaldato a52, che ricircola nel circuito a200.

Per gli scopi della presente invenzione, il fluido refrigerante aggiuntivo pu? essere rappresentato, ad esempio, da azoto, ammoniaca, propano, etilene.

Circuito del primo fluido di lavoro (flI)

Come sopra descritto, il calore prodotto dalla sintesi dell?ammoniaca ? recuperato mediante l?impiego di un primo fluido di lavoro.

Un primo flusso del primo fluido di lavoro aflI1 ? dapprima condensato in uno scambiatore di calore del primo fluido di lavoro aTEflI ad opera di un fluido refrigerante esterno ottenendo un flusso raffreddato

aflI2, che ? pompato da una pompa del primo fluido di lavoro aPflI ottenendo un flusso pompato del primo fluido di lavoro aflI3.

Detto flusso pompato aflI3 acquisisce calore dall?Unit? di Sintesi dell?Ammoniaca aNH3SU vaporizzandosi ottenendo un flusso riscaldato aflI4, che ? espanso in una turbina a vapore aSTflI, la quale, grazie ad un generatore aEflI, che produce energia elettrica.

Il flusso espanso cos? ottenuto ? il primo flusso del primo fluido di lavoro aflI1 che ? inviato allo scambiatore aTEflI.

Per gli scopi della presente invenzione, il primo fluido di lavoro aflI pu? essere rappresentato da acqua o aria ed ? preferibilmente rappresentato da acqua.

Per gli scopi della presente invenzione, la condensazione di cui sopra ? ottenuta per scambio di calore con un fluido refrigerante esterno.

Tale fluido refrigerante esterno pu? essere rappresentato da acqua o aria ed ? preferibilmente rappresentato da acqua.

Fase B)

Per gli scopi della presente invenzione, la fase B) comprende le sotto-fasi di:

B1) sottoporre un flusso di aria g1 a combustione in presenza di un flusso di idrogeno g33 ottenendo un flusso di gas combusti g3,

B2) espandere detto flusso di gas combusti g3 ottenendo un flusso di gas combusti espansi g4, B3) sottoporre ad un primo raffreddamento detto flusso di gas combusti espansi g4 ottenendo un flusso di gas combusti espansi ad un primo livello di raffreddamento g5,

B4) separare da detto flusso di gas combusti espansi ad un primo livello di raffreddamento g5 una porzione g40 e inviarla ad una Unit? di Sintesi dell?Ammoniaca gNH3SU per la sintesi di ammoniaca NH3, B5) sottoporre detto flusso di gas combusti espansi ad un primo livello di raffreddamento g5 ad una seconda fase di raffreddamento ottenendo un flusso di gas espanso ad un secondo livello di raffreddamento g6, B6) sottoporre detto flusso di gas espansi ad un secondo livello di raffreddamento g6 ad una fase di separazione dell?acqua ottenendo un flusso di gas combusti disidratati g7,

B7) eventualmente separare da detto flusso di gas combusti disidratati g7 una porzione di ricircolo g8, che ? unita al flusso di aria g1 della sotto-fase B1), B8) sottoporre una seconda porzione g9 separata da detto flusso di gas combusti disidratati g7 a compressione ottenendo un flusso di gas combusti disidratati compressi g10,

B9) sottoporre detto flusso di gas combusti disidratati compressi g10 a raffreddamento e ad almeno una fase di separazione dell?acqua ottenendo un flusso di azoto g13,

B10) sottoporre detto flusso di azoto g13 a condensazione ottenendo un flusso di azoto liquido g14, che ? inviato ad un serbatoio dell?azoto liquido gTN2l.

Per gli scopi della presente invenzione, il preraffreddamento della sotto-fase A4a) e il preraffreddamento della sotto-fase A5a) sono condotte impiegando il flusso di azoto liquido ottenuto e immagazzinato nella sotto-fase B10).

Secondo un aspetto della presente invenzione, anche il raffreddamento della sotto-fase A4b) e il raffreddamento della sotto-fase A5b) sono condotte impiegando il flusso di azoto liquido ottenuto e immagazzinato nella sotto-fase B10).

Con riferimento alla sotto-fase B1), questa ? condotta in un combustore gCOMB.

Per gli scopi della presente invenzione, la sottofase B1) pu? essere condotta su un flusso di aria g1 sottoposto preliminarmente a filtrazione mediante un filtro gF ottenendo un flusso di aria filtrata g1?.

In un altro aspetto della presente invenzione, il flusso di aria g1 o il flusso di aria filtrata g1? sono compressi in un compressore gTC ottenendo un flusso di aria compresso g2.

Pertanto, la combustione della sotto-fase B1) pu? essere condotta su un flusso di aria g1 oppure di aria filtrata g1? oppure su un flusso di aria compresso g2.

Per gli scopi della presente invenzione, la sottofase B1) pu? essere condotta nel combustore gCOMB in presenza anche di un flusso compresso di incondensabili

gR2 come qui a seguito descritto.

In un aspetto particolare dell?invenzione, al flusso di aria g1, eventualmente filtrata g1? e/o compressa g2, ? unito il flusso di ricircolo g8 secondo la sotto-fase B7) sopra descritta.

In un aspetto alternativo della presente invenzione come mostrato in figura 2, se legato a necessit? tecniche del processo oppure del combustore, una porzione g8? del flusso di ricircolo g8 pu? essere inviata, anzich? in aspirazione al compressore gTC, in toto oppure parzialmente, direttamente al combustore

gCOMB come gas di diluizione, previa compressione in un compressore gC0 ottenendo un flusso di ricircolo compresso g8??.

Vantaggiosamente, tale flusso di ricircolo g8 e tale ulteriore flusso di ricircolo g8?? hanno l?effetto di moderare la temperatura della combustione della sotto-fase B1), che ? normalmente compreso fra 900-1.800?C e preferibilmente ? intorno a 1.500?C, evitando l?impiego di complessi sistemi di raffreddamento; inoltre, consente di raggiungere un flusso volumetrico ottimale per l?impiego di un compressore e della turbina a gas della fase successiva.

Per gli scopi della presente invenzione, la combustione della sotto-fase B1) ? condotta in presenza di un flusso di idrogeno vaporizzato complessivo g33 ottenuto come verr? qui a seguito descritto.

Con la combustione della sotto-fase B1) si ottengono acqua e gas combusti riscaldati, a cui si fa riferimento in generale con un flusso di gas combusti

g3.

In un aspetto della presente invenzione, la sottofase di espansione B2) ? condotta in una turbina a gas

gGT con produzione di energia meccanica che, grazie ad un generatore gE, produce energia elettrica.

In un aspetto della presente invenzione, la sottofase B3) di primo raffreddamento dei gas combusti g4 ? condotta in un primo scambiatore di calore gTE1 mediante un terzo fluido di lavoro gflIII, che circola in un circuito del terzo fluido di lavoro, come descritto qui a seguito.

In un aspetto preferito, dopo la sotto-fase B3) di primo raffreddamento, una porzione del flusso gf1 pu? essere rilasciata in atmosfera.

In un aspetto della presente invenzione, la sottofase B5) di secondo raffreddamento ? condotta in un secondo scambiatore di calore gTE2 mediante un fluido refrigerante esterno.

Tale fluido refrigerante esterno pu? essere rappresentato da acqua o aria a temperatura ambiente ed ? preferibilmente rappresentato da acqua.

Per quanto concerne la sotto-fase B6), questa comprende la separazione di una prima porzione di acqua condensata gw1 dal fondo di un primo separatore gS1.

Il primo flusso disidratato ottenuto g7 ? quindi diviso in una prima porzione g8, che rappresenta il flusso di ricircolo al compressore gTC e in una seconda porzione g9, che ? inviata al compressore gC1 per la sotto-fase B8).

Per gli scopi della presente invenzione, la sottofase B8) di compressione ? condotta in un primo compressore gC1 ottenendo un flusso di gas disidratati compressi g10.

In un aspetto della presente invenzione, il raffreddamento della sotto-fase B9) ? condotto in un terzo scambiatore di calore gTE3 ed ? ottenuto per scambio di calore con un flusso di idrogeno gassoso riscaldato g31 e/o con un flusso di idrogeno vaporizzato riscaldato g22, qui a seguito descritti, ottenendo un flusso di gas disidratato e compresso g11.

L?almeno una fase di separazione dell?acqua ? condotta su detto flusso di gas disidratato e compresso

g11 in un secondo separatore gS2 ottenendo una seconda porzione di acqua condensata gw2 e un flusso di gas ulteriormente disidratato e compresso g12.

Un?ulteriore fase di disidratazione pu? essere condotta su detto flusso di gas ulteriormente disidratato e compresso g12 in una prima unit? di disidratazione gDU1 mediante setacci molecolari ottenendo un flusso di azoto g13.

In un aspetto preferito, tale disidratazione ? condotta fino a ridurre il contenuto di acqua al di sotto di 500 ppm e preferibilmente al di sotto di 50 ppm.

Per gli scopi della presente invenzione, la sottofase B10) di raffreddamento ? una fase di condensazione condotta in un quarto scambiatore gTE4 per scambio di calore con un flusso di idrogeno gassoso g30 e/o con un flusso di idrogeno liquido pompato g21.

In particolare, tale flusso di idrogeno gassoso

g30 ? ottenuto da un serbatoio dell?idrogeno gassoso

gTH2g.

In particolare, tale flusso di idrogeno liquido pompato g21 ? ottenuto a partire da un flusso di idrogeno liquido g20 ottenuto da un serbatoio dell?idrogeno liquido gTH2l pompato da una pompa dell?idrogeno liquido gPH2l.

Il flusso di azoto liquido g14 cos? ottenuto ? immagazzinato in un serbatoio dell?azoto liquido gTN2l.

Da tale serbatoio gTN2l, un flusso di incondensabili gR1 pu? svilupparsi e pu? essere inviato ad un secondo compressore gC2 ottenendo un flusso compresso di incondensabili gR2 costituito prevalentemente da idrogeno, ossigeno e azoto, che, come sopra descritto, pu? essere ricircolato al combustore gCOMB per la sotto-fase B1).

Per gli scopi della presente invenzione, il preraffreddamento della sotto-fase A4a) ? condotto impiegando il flusso di azoto liquido ottenuto nella sotto-fase B10).

Secondo un aspetto della presente invenzione, anche la sotto-fase di pre-raffreddamento A5a) pu? essere condotta impiegando il flusso di azoto liquido ottenuto nella sotto-fase B10).

Per gli scopi della presente invenzione, l?idrogeno gassoso immagazzinato nel serbatoio dell?idrogeno gassoso gTH2g e l?idrogeno liquido immagazzinato nel serbatoio dell?idrogeno liquido gTH2l sono ottenuti rispettivamente mediante le fasi A4) e A5) della fase di accumulo fase A) sopra descritte; pertanto, i serbatoi aTH2g e gTH2g coincidono fra di loro, cos? come i serbatoi aTH2l e gTH2l.

Per gli scopi della presente invenzione, dopo la sotto-fase B10) il flusso di idrogeno gassoso riscaldato g31 e/o il flusso di idrogeno vaporizzato riscaldato g22 sono entrambi inviati alla sotto-fase B9) di raffreddamento nel terzo scambiatore gTE3 ottenendo un flusso di idrogeno vaporizzato riscaldato

g32 e un flusso di idrogeno vaporizzato ulteriormente riscaldato g23, che sono riuniti in un flusso di idrogeno vaporizzato complessivo g33.

Tale flusso di idrogeno vaporizzato complessivo g33 ? inviato al combustore gCOMB per la sotto-fase B1), eventualmente dopo aver spillato una porzione g34, che pu? essere inviata alla rete del gas naturale oppure alla rete idrogeno di una raffineria.

Come sopra descritto, nella fase B4) ? separata una porzione dei gas combusti espansi ad un primo livello di raffreddamento g40, che ? inviata ad una Unit? di Sintesi dell?ammoniaca gNH3SU.

Prima di essere coinvolta nella sintesi dell?ammoniaca NH3, tale porzione g40 ? sottoposta ad uno o pi? cicli di compressione e raffreddamento per la separazione dell?acqua condensata ed ? sottoposta a compressione.

A tale scopo, pertanto, tale porzione g40 ? sottoposta alle fasi:

B4a) di compressione in un primo compressore dell?azoto gC1N2 ottenendo una prima porzione compressa

g41,

B4b) di raffreddamento in un quinto scambiatore di calore gTE5 ottenendo una porzione del flusso di azoto compressa e raffreddata g42,

B4c) di separazione di una terza porzione dell?acqua condensata gw3 in un terzo separatore gS3 ottenendo una porzione di flusso di azoto disidratata

g43,

B4d) di ulteriore disidratazione in una seconda Unit? di Disidratazione gDU2 mediante opportuni setacci molecolari ottenendo una porzione del flusso di azoto ulteriormente disidratata g44,

B4e) di compressione della porzione del flusso di azoto ulteriormente disidratata g44 in un secondo compressore dell?azoto gC2N2 ottenendo un flusso di azoto di sintesi g45.

Per gli scopi della presente invenzione, ciascuna delle fasi da B4a) a B4c) sono ripetute una o pi? volte fino all?ottenimento del livello di disidratazione desiderato.

Per gli scopi della presente invenzione, dal flusso di idrogeno vaporizzato complessivo g33 ? separata una porzione di idrogeno di sintesi g35, la quale ? inviata all?Unit? di Sintesi dell?ammoniaca

gNH3SU per la sintesi di ammoniaca NH3.

All?Unit? di Sintesi dell?Ammoniaca sono dunque inviati il flusso di azoto di sintesi g45 e la porzione di idrogeno di sintesi g35.

Dall?Unit? di Sintesi dell?Ammoniaca gNH3SU si ottiene anche un flusso di spurgo g36 rilasciato in atmosfera.

Per gli scopi della presente invenzione, la sintesi dell?ammoniaca all?interno dell?Unit? di Sintesi dell?Ammoniaca gNH3SU produce calore, che pu? essere recuperato mediante l?impiego di un secondo fluido di lavoro che circola in un circuito di un secondo fluido di lavoro, come verr? qui a seguito descritto.

Circuito del terzo fluido di lavoro (flIII)

Per gli scopi della presente invenzione, il primo raffreddamento della sotto-fase B3) ? ottenuto con un terzo fluido di lavoro che ? scelto nel gruppo che comprende aria ed acqua ed ? preferibilmente rappresentato da acqua.

Dopo la fase di scambio di calore di primoraffreddamento B3) in un primo scambiatore gTE1, il terzo flusso del terzo fluido di lavoro riscaldato

gflIII3 cos? ottenuto ? espanso in una turbina a vapore

gST1flIII ottenendo un flusso espanso gflIII4; dato che tale turbina ? collegata ad un primo generatore gE1, pu? essere prodotta energia elettrica.

Il flusso espanso gflIII4 cos? ottenuto ? riscaldato ulteriormente nel primo scambiatore di calore gTE1 dando un flusso riscaldato del terzo fluido di lavoro gflIII5, che ? sottoposto ad una seconda espansione in una seconda turbina a espansione

gST2flIII; dato che questa ? collegata ad un secondo generatore gE2, pu? essere prodotta energia elettrica.

Il flusso ulteriormente espanso del secondo fluido di lavoro gflIII6 cos? ottenuto ? raffreddato nello scambiatore del terzo fluido di lavoro gTEflIII mediante l?impiego di un fluido refrigerante esterno ottenendo un flusso raffreddato gflIII1, che ? pompato in una pompa del terzo fluido di lavoro gPflIII ottenendo un flusso pompato gflIII2, che ? impiegato nella fase di scambio di calore B3).

Circuito del secondo fluido di lavoro (flII)

Come sopra descritto, il calore prodotto dalla sintesi dell?ammoniaca ? recuperato mediante l?impiego di un secondo fluido di lavoro.

Un primo flusso del secondo fluido di lavoro

gflII1 ? dapprima condensato in uno scambiatore di calore del secondo fluido di lavoro gTEflII ad opera di un fluido refrigerante esterno ottenendo un flusso raffreddato gflII2, che ? pompato da una pompa del secondo fluido di lavoro gPflII ottenendo un flusso pompato del secondo fluido di lavoro gflII3.

Detto flusso pompato gflII3 acquisisce calore dall?Unit? di Sintesi dell?Ammoniaca gNH3SU vaporizzandosi ottenendo un flusso riscaldato gflII4, che ? espanso in una turbina a vapore gSTflII, la quale, grazie ad un generatore gEflII, produce energia elettrica.

Il flusso espanso cos? ottenuto ? il primo flusso del secondo fluido di lavoro gflII1 che ? inviato allo scambiatore gTEflII.

Per gli scopi della presente invenzione, il secondo fluido di lavoro flII pu? essere rappresentato da acqua o aria ed ? preferibilmente rappresentato da acqua.

In accordo con una forma realizzativa alternativa, la fase B) di generazione secondo la presente invenzione ? una fase B?) che comprende l?impiego di una fuel cell g?FC per la produzione di energia elettrica.

Secondo tale forma realizzativa, il flusso di aria

g?1 da sottoporre a combustione nel combustore g?COMB secondo la fase B?1) ? sottoposto preliminarmente ad un trattamento comprendente le seguenti sotto-fasi: b0) se necessario, filtrare mediante un filtro

g?F, ottenendo un flusso di aria filtrato g?1?

b1) comprimere ottenendo un flusso di aria compressa g?4,

b2) riscaldare e ottenere un flusso di aria compressa e ulteriormente riscaldata g?8,

b3) riduzione dell?ossigeno contenuto in detto flusso di aria compressa e ulteriormente riscaldata g?8 ottenendo un flusso ridotto g?9,

b4) raffreddare ottenendo un flusso ridotto raffreddato g?10 e riunione ad un flusso di integrazione riscaldato g?6.

Per gli scopi della presente invenzione, alla sotto-fase b1) di compressione pu? sottoporre il flusso di aria g?1 o di aria filtrata g?1? alle sotto-fasi di:

b1a) prima compressione in un primo compressore

g?C1 ottenendo un flusso ad un primo livello di compressione g?2,

b1b) di raffreddamento in un primo scambiatore di calore g?TE1 ottenendo un flusso ad un primo livello di compressione raffreddato g?3, e

b1c) di seconda compressione in un secondo compressore g?C2 ottenendo il flusso compresso g?4.

In particolare, la sotto-fase b1b) di raffreddamento in un primo scambiatore di calore g?TE1 ? ottenuta per scambio di calore con un fluido scelto fra aria e acqua.

Per quanto concerne la sotto-fase b2) questa comprende tre fasi di riscaldamento, in cui:

- la sotto-fase b2a) ? ottenuta per scambio di calore in un secondo scambiatore g?TE2 con un flusso di un fluido espanso g?13 come qui a seguito descritto ottenendo un flusso di primo riscaldamento g?5,

- la sotto-fase b2b) ? ottenuta per scambio di calore in un terzo scambiatore g?TE3 con un quinto fluido di lavoro, ad esempio rappresentato da azoto, ottenendo un flusso di aria compressa riscaldata g?7, e

- la sotto-fase b2c) ? ottenuta per scambio di calore in un quarto scambiatore g?TE4 ottenendo un flusso di aria compressa e ulteriormente riscaldata g?8, laddove tale scambio di calore ? condotto con il flusso ridotto g?9 in uscita dall?anodo.

Per gli scopi della presente invenzione, dopo la sotto-fase b2a) di scambio di calore in un secondo scambiatore g?TE2, ? separato un flusso di integrazione riscaldato g?6, che ? riunito al flusso ridotto raffreddato g?10 ottenendo un flusso integrato g?11 inviato al combustore g?COMB per la sotto-fase B?1).

Per quanto concerne la sotto-fase b3) di riduzione dell?ossigeno, questa ? ottenuta nell?anodo di una fuel cell g?FC ottenendo la riduzione dell?ossigeno e la formazione di un flusso ridotto g?9.

Il flusso ridotto cos? ottenuto g?9 ? raffreddato nella sotto-fase b4) mediante lo scambio di calore sopra descritto in riferimento alla sotto-fase b2c).

Secondo la forma realizzativa alternativa della presente invenzione, un flusso di idrogeno vaporizzato complessivo g?33 ? inviato al combustore g?COMB per la combustione della sotto-fase B?1).

In particolare, tale flusso di idrogeno ? un flusso di idrogeno vaporizzato complessivo g?33 ottenuto dalla riunione di un flusso di idrogeno gassoso riscaldato g?41 e/o di un flusso di idrogeno gassoso pompato e riscaldato g?32, come qui a seguito descritto.

Dal flusso di idrogeno vaporizzato complessivo

g?33 pu? essere separata una porzione di rilascio g?34 rilasciata in atmosfera.

Inoltre, per gli scopi della presente invenzione, a tale flusso di idrogeno vaporizzato complessivo g?33 pu? essere riunito un flusso di incondensabili g?R2 costituito prevalentemente da idrogeno, ossigeno e azoto, ottenuto come qui a seguito descritto dando un flusso da inviare al combustore g?COMB per la combustione g?35.

Per gli scopi della presente invenzione, tali flussi di idrogeno gassoso riscaldato g?41 e idrogeno gassoso pompato e riscaldato g?32 sono ottenuti dai rispettivi serbatoi g?TH2g e g?TH2l, in cui sono immagazzinati dopo le sotto-fasi A4) e A5) di accumulo sopra descritte con riferimento alla fase A); pertanto, i serbatoi aTH2g e g?TH2g coincidono fra di loro, cos? come i serbatoi aTH2l e g?TH2l.

Per gli scopi della presente invenzione, dal flusso di idrogeno vaporizzato complessivo g?33 ? separata una porzione g?70 che ? inviata all?Unit? di Sintesi dell?Ammoniaca g?NH3SU come qui a seguito descritto.

Per gli scopi della presente invenzione, prima di essere inviato al combustore g?COMB per la sotto-fase B?1), tale flusso da inviare al combustore g?35 ? sottoposto alle fasi di:

b?1) riscaldamento ottenendo un flusso da ossidare riscaldato g?50,

b?2) ossidazione dell?idrogeno ottenendo un flusso ossidato g?51,

b?3) ulteriore raffreddamento ottenendo un flusso ossidato raffreddato g?52.

In particolare, la sotto-fase b?1) di riscaldamento ? ottenuta nel primo scambiatore di calore g?TE2 per scambio di calore con il flusso di gas combusti espansi g?13.

Per gli scopi della presente invenzione, la fase di riscaldamento b?1) ? condotta nello stesso scambiatore della sotto-fase b2a).

Per quanto concerne la sotto-fase b?2), questa ? ottenuta nel catodo di una fuel cell g?FC e, in particolare, nella stessa fuel cell della sotto-fase b3).

La sotto-fase b?3) di ulteriore raffreddamento ? condotta in un quinto scambiatore di calore g?TE5 per scambio di calore con un secondo flusso di un quinto fluido di lavoro g?flv2 ad esempio rappresentato da azoto, che circola in un circuito di un quinto fluido di lavoro, come qui a seguito descritto.

In particolare, un terzo flusso di un quinto fluido di lavoro g?flv3 effettua lo scambio di calore nel terzo scambiatore di calore g?TE3 ottenendo un primo flusso del quinto fluido di lavoro g?flv1, che ? pompato da una pompa del quinto fluido di lavoro g?Pflv ottenendo il secondo flusso del quinto fluido di lavoro pompato g?flv2 di cui sopra.

In un aspetto della presente invenzione, tale terzo flusso del quinto fluido di lavoro g?flv3 ? il flusso coinvolto nello scambio di calore della sottofase b2b).

Secondo la forma realizzativa alternativa sopra descritta, dalla fase B?1) di combustione si ottiene un flusso di gas combusti g?12 che ? sottoposto alle ulteriori fasi di:

B?2) espandere detto flusso di gas combusti g?12 in un espansore g?EX ottenendo un flusso di gas combusti espansi g?13,

B?3) raffreddare detto flusso di gas combusti espansi g?13 ottenendo un flusso di gas combusti espansi raffreddati g?15,

B?4) separazione dell?acqua e ottenere un flusso di azoto g?20,

B?5) separare una prima porzione di detto flusso di azoto g?21 e sottoporla a raffreddamento in un ottavo scambiatore di calore g?TE8 ottenendo un flusso di azoto liquido g?22,

B?6) inviare una seconda porzione di detto flusso di azoto g?60 ad una Unit? di Sintesi dell?Ammoniaca

g?NH3SU per la sintesi di ammoniaca.

Il flusso di azoto liquido g?22 ? quindi immagazzinato in un serbatoio dell?azoto liquido g?TN2l.

Da tale serbatoio g?TN2l pu? svilupparsi un flusso di incondensabili g?R1 che pu? essere inviato ad un quarto compressore g?C4 ottenendo un flusso compresso di incondensabili g?R2 costituito prevalentemente da idrogeno, ossigeno e azoto, che, come sopra descritto, pu? essere ricircolato al combustore g?COMB per la fase di combustione B?1).

Per gli scopi della presente invenzione, la sottofase B?3) comprende le ulteriori sotto-fasi di:

B?3a) di raffreddamento di detto flusso di gas combusti espansi g?13 nel secondo scambiatore di calore

g?TE2 ottenendo un primo flusso raffreddato g?14, e B?3b) di raffreddamento di detto primo flusso raffreddato g?14 in un sesto scambiatore di calore g?TE6 ottenendo detto flusso di gas combusti espansi e raffreddati g?15.

Per gli scopi della presente invenzione, detta sotto-fase B?4) comprende le ulteriori sotto-fasi di:

B?4a) sottoporre detto flusso di gas combusti espansi e raffreddati g?15 ad una prima separazione dell?acqua g?w1 in un primo separatore g?S1 ottenendo un flusso di gas combusti disidratati g?16,

B?4b) comprimere detto flusso di gas combusti disidratati g?16 in un terzo compressore g?C3 ottenendo un flusso di gas combusti disidratati compressi g?17, B?4c) raffreddare detto flusso di gas combusti disidratati compressi g?17 in un settimo scambiatore di calore g?TE7 ottenendo un flusso di gas combusti disidratati compressi e raffreddati g?18 per scambio di calore con un flusso refrigerante esterno;

B?4d) sottoporre detto flusso ad una seconda separazione dell?acqua g?w2 in un secondo separatore g?S2 ottenendo un flusso di gas combusti ulteriormente disidratato g?19,

B?4e) sottoporre il flusso cos? ottenuto ad una ulteriore disidratazione in una unit? di disidratazione

g?DU ottenendo il flusso di azoto g?20.

Secondo la forma realizzativa alternativa della presente invenzione, la sotto-fase B?5) ? condotta per scambio di calore con il flusso di idrogeno gassoso

g?40 e/o con il flusso di idrogeno liquido pompato g?31.

In particolare, detto flusso di idrogeno liquido pompato g?31 ? ottenuto pompando con una pompa dell?idrogeno liquido g?PH2l un flusso di idrogeno liquido g?30 ottenuto dal serbatoio dell?idrogeno liquido g?TH2l.

Per quanto concerne la fase B?6), prima dell?invio all?Unit? di Sintesi dell?Ammoniaca g?NH3SU, la seconda porzione di azoto g?60 ? compressa in un compressore dell?azoto g?CN2 ottenendo un flusso di azoto compresso

g?61.

La sintesi di ammoniaca NH3 ? quindi ottenuta a partire dal flusso di azoto g?61 e dal flusso di idrogeno g?70.

Dall?Unit? di Sintesi dell?Ammoniaca g?NH3SU si ottiene ammoniaca NH3 e un flusso di spurgo g?80 rilasciato in atmosfera, contenente azoto, argon, idrogeno e ossigeno, in quantit? variabili.

Per gli scopi della presente invenzione, la sintesi dell?ammoniaca all?interno dell?Unit? di Sintesi dell?Ammoniaca g?NH3SU produce calore, che pu? essere recuperato mediante l?impiego di un quarto fluido di lavoro flIV che circola in un circuito di un quarto fluido di lavoro, come verr? qui a seguito descritto.

Circuito del quarto fluido di lavoro (flIV)

Un primo flusso g?flIV1 ? dapprima condensato in uno scambiatore di calore del quarto fluido di lavoro

g?TEflIV ad opera di un fluido refrigerante esterno ottenendo un flusso raffreddato g?flIV2, che ? pompato da una pompa del quarto fluido di lavoro g?PflIV ottenendo un flusso pompato del quarto fluido di lavoro

g?flIV3.

Detto flusso pompato g?flIV3 acquisisce calore dall?Unit? di Sintesi dell?Ammoniaca g?NH3SU vaporizzandosi ottenendo un flusso riscaldato del quarto fluido di lavoro g?flIV4, che ? espanso in una turbina a vapore g?STflIV, la quale, grazie ad un generatore g?EflIV, produce energia elettrica.

Il flusso espanso cos? ottenuto ? il primo flusso del quarto fluido di lavoro g?flIV1 che ? inviato allo scambiatore g?TEflIV.

Per gli scopi della presente invenzione, il quarto fluido di lavoro pu? essere rappresentato da acqua o aria ed ? preferibilmente rappresentato da acqua.

Per gli scopi della presente invenzione, i fluidi refrigeranti esterni possono essere rappresentati da acqua o aria a temperatura ambiente e sono preferibilmente rappresentati da acqua.

Come sopra descritto, per gli scopi della presente invenzione, i serbatoi dell?idrogeno liquido e gassoso o crio-compresso della fase di accumulo e della fase di generazione coincidono.

Pi? in generale, nella presente descrizione, coincidono fra di loro:

- i serbatoi aTH2g, gTH2g e g?TH2g, e

- i serbatoi aTH2l, gTH2l e g?TH2l.

Come sopra descritto, anche i serbatoi dell?azoto liquido o crio-compresso della fase di accumulo e della fase di generazione coincidono; pertanto:

- coincidono fra loro i serbatoi: aTN2l, gTN2l e

g?TN2l.

Allo stesso modo, le Unit? di Sintesi dell?Ammoniaca della fase di accumulo e della fase di generazione coincidono (rispettivamente: aNH3SU, gNH3SU e g?NH3SU), cos? come coincidono fra loro il primo, il secondo e il quarto fluido di lavoro e i rispettivi cicli sopra descritti (aflI, gflII e g?flIV).

In accordo con un ulteriore oggetto, ? descritto un impianto per condurre il processo dell?invenzione sopra descritto.

In particolare, tale impianto comprende: un serbatoio per l?azoto liquido e/o crio-compresso aTN2l,

gTN2l,g?TN2l, un serbatoio per l?idrogeno liquido

aTH2l,gTH2l,g?TH2l, un serbatoio per l?idrogeno gassoso

aTH2g,gTH2g,g?TH2g, un?Unit? di Sintesi dell?Ammoniaca

aNH3SU,gNH3SU,g?NH3SU per la sintesi di ammoniaca con un circuito di un fluido di lavoro, un compressore per l?aria gTC,g?TC1,g?TC2, un combustore per sottoporre a combustione un flusso di aria gCOMB,g?COMB, una turbina a gas gGT con un generatore gE o un espansore g?EX per la generazione di energia elettrica ed eventualmente un ulteriore turbina nel circuito del fluido di lavoro dell?Unit? di Sintesi dell?Ammoniaca gSTflII,g?STflIV collegata ad un generatore per l?ulteriore generazione di energia elettrica, e scambiatori di calore

aTE2,aTE3,gTE4,g?TE8 per lo scambio di calore fra un flusso di azoto liquido e un flusso di idrogeno liquido e gassoso e/o crio-compresso.

Secondo un aspetto della presente invenzione, pu? essere inoltre compresa una cella a combustibile g?FC per l?ulteriore produzione di energia elettrica.

Secondo un aspetto particolare della presente invenzione, l?impianto ? quello che conduce il processo secondo quanto sopra descritto.

Dalla descrizione sopra riportata saranno evidenti alla persona esperta nel settore i vantaggi offerti dalla presente invenzione.

La presente invenzione consente di integrare le tecnologie di produzione dell?idrogeno per via elettrolitica con le tecnologie di stoccaggio dell?idrogeno, sia in forma gassosa sia in forma criocompressa, con l?impiego di una turbina a gas o di una cella elettrolitica, che pu? produrre energia elettrica e azoto, con un sistema di recupero delle frigorie dell?idrogeno e un sistema di produzione dell?ammoniaca.

Il processo descritto, quindi, consente:

- la stabilizzazione della rete elettrica, grazie all?assorbimento dell?energia in eccesso oppure immettendo energia in rete;

- la stabilizzazione rete gas combustibile,

- la stabilizzazione rete idrogeno, perch? ? in grado di produrre idrogeno da immettere nella rete del gas naturale o nella rete di idrogeno, ad esempio all?interno di una raffineria.

Il processo descritto pu? inoltre essere sfruttato per la produzione di ossigeno gassoso, anche ad alta pressione, da impiegare per altri scopi.

Il processo descritto vantaggiosamente non rilascia anidride carbonica nell?ambiente.

Inoltre, non necessita di una unit? di separazione dell?aria (ASU) per produrre azoto liquido da accumulare e impiega tecnologie largamente disponibili e tecnologicamente ?mature? come le turbine a gas.

Il processo descritto ? in grado di produrre ammoniaca liquida in modo continuativo superando le difficolt? legate ad operazioni discontinue del reattore dell?ammoniaca.

Nella forma realizzativa che applica l?elettrolisi dell?acqua marina, il processo descritto pu? essere impiegato anche per dissalare l?acqua, producendone discrete quantit? come sotto-prodotto.

L?impiego di idrogeno gassoso e di idrogeno liquido consente di bilanciare ottimamente le esigenze di non dover sostenere costi eccessivi per l?accumulo dell?idrogeno come gas crio-compresso, evita il problema (economico e logistico) di dover disporre di recipienti metallici adatti allo stoccaggio.

Inoltre, mentre lo stoccaggio in forma gassosa ha normalmente un impiego di breve periodo, ad esempio giornaliero, lo stoccaggio in forma liquida ? ideale su lungo periodo; ci? consente di adattare il processo alle specifiche esigenze, ad esempio stagionali.

Secondo forme applicative particolari della presente invenzione, l?energia elettrica impiegata nella fase di accumulo pu? essere energia elettrica in eccesso assorbita dalla rete.

Ad esempio, pu? trattarsi di energia fornita da fonti rinnovabili, come l?energia fotovoltaica, che, per sua natura, ha un andamento giornaliero e stagionale.

Claims

RIVENDICAZIONI

1. Un processo per la produzione e l?accumulo di idrogeno e per la produzione di ammoniaca in una fase A) e, in una fase B), per la produzione di energia elettrica e per la produzione e l?accumulo di azoto liquido e/o crio-compresso e di ammoniaca, in cui detta fase A) comprende l?impiego dell?azoto liquido e/o crio-compresso prodotto e accumulato nella fase B) e in cui detta fase B) comprende l?impiego dell?idrogeno prodotto e accumulato nella fase A).

2. Il processo secondo la rivendicazione precedente, in cui in detta fase A) e in detta fase B) ? condotta una fase di scambio di calore fra un flusso di detto idrogeno e un flusso di detto azoto.

3. Il processo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detta energia elettrica ? prodotta almeno parzialmente in una cella a combustibile g?FC.

4. Il processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta fase A) comprende le sotto-fasi di:

A3) separare una prima porzione a40 di detto flusso di idrogeno preliminarmente raffreddato e inviarlo ad una Unit? di Sintesi dell?ammoniaca aNH3SU per la sintesi di ammoniaca NH3,

A4) separare una seconda porzione a5 di detto flusso di idrogeno preliminarmente raffreddato a4 e ottenere un flusso di idrogeno gassoso raffreddato a8, che ? immagazzinato in un serbatoio dell?idrogeno gassoso aTH2g,

A5) separare una terza porzione a9 di detto flusso di idrogeno preliminarmente raffreddato e ottenere un flusso di idrogeno liquido a17???, che ? immagazzinato in un serbatoio dell?idrogeno liquido aTH2l.

5. Il processo secondo la rivendicazione 4, in cui detta sotto-fase A4) comprende le sotto-fasi di:

A4a) pre-raffreddamento,

A4b) primo raffreddamento,

A4c) eventuale stabilizzazione,

A4d) uno o pi? ulteriori raffreddamenti ottenendo detto flusso di idrogeno gassoso raffreddato a8.

6. Il processo secondo la rivendicazione 4 o 5, in cui detta sotto-fase A5) comprende le sotto-fasi di:

A5a) pre-raffreddamento,

A5b) primo raffreddamento,

A5c) stabilizzazione,

A5d) uno o pi? ulteriori raffreddamenti ottenendo detto flusso di idrogeno liquido a17???.

7. Il processo secondo la rivendicazione precedente, in cui detta sotto-fase A4a) e detta sottofase A5a) di pre-raffreddamento sono condotte per scambio di calore con un flusso di azoto liquido e/o crio-compresso ad un primo livello di riscaldamento

a32, ed eventualmente anche per scambio di calore con un flusso di un fluido refrigerante aggiuntivo riscaldato a51, ottenendo una seconda porzione del flusso di idrogeno pre-raffreddato a6 e una terza porzione del flusso di idrogeno pre-raffreddato a10.

8. Il processo secondo la rivendicazione precedente 5 o 6 o 7, in cui detta sotto-fase di primo raffreddamento A4b) e detta sotto-fase di primo raffreddamento A5b) sono condotte per scambio di calore con un flusso di azoto liquido e/o crio-compresso e pompato a31, ed eventualmente anche per scambio di calore con un flusso di un fluido refrigerante aggiuntivo a50, ottenendo una seconda porzione del flusso di idrogeno raffreddato a7 e una terza porzione del flusso di idrogeno raffreddato a11.

9. Il processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 5 a 8, in cui detta una ed eventuali ulteriori sotto-fasi di raffreddamento A4d) e A5d) sono condotte per scambio di calore con detto fluido refrigerante.

10. Il processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 7 a 9, in cui detto flusso di azoto ad un primo livello di riscaldamento a32, eventualmente dopo una fase di scambio di calore con detto fluido refrigerante, ? inviato ad una Unit? di Sintesi dell?Ammoniaca aNH3SU per la sintesi di ammoniaca NH3.

11. Il processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui l?azoto liquido e/o crio-compresso impiegato nelle sotto-fasi A4a), A5a), A4b) e A5b) ? l?azoto liquido o crio-compresso prodotto e accumulato nella fase B).

12. Il processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta fase B) comprende le sotto-fasi di:

B1) sottoporre un flusso di aria g1 a combustione in un combustore gCOMB in presenza di un flusso di idrogeno complessivo g33 e ottenere un flusso di gas combusti g3,

B4) separare una porzione g40 di detto flusso di gas combusti espansi ad un primo livello di raffreddamento e inviarla ad una Unit? di Sintesi dell?Ammoniaca gNH3SU per la sintesi di ammoniaca NH3, B5) sottoporre detto flusso di gas combusti espansi ad un primo livello di raffreddamento g5 ad una seconda fase di raffreddamento ottenendo un flusso di gas espanso ad un secondo livello di raffreddamento g6, B6) sottoporre detto flusso di gas espansi ad un secondo livello di raffreddamento g6 ad una fase di separazione dell?acqua ottenendo un flusso di gas combusti disidratati g7,

B7) eventualmente separare da detto flusso di gas combusti disidratati g7 una porzione di ricircolo g8, che ? unita al flusso di aria g1 della sotto-fase B1), B8) sottoporre una seconda porzione g9 a compressione ottenendo un flusso di gas combusti disidratati compressi g10,

B9) sottoporre detto flusso di gas combusti disidratati compressi g10 a raffreddamento e ad almeno una fase di separazione dell?acqua e ottenere un flusso di azoto g13,

13. Il processo secondo la rivendicazione precedente, in cui detta fase B10) di condensazione ? ottenuta impiegando un flusso di idrogeno gassoso g30 ottenuto da detto serbatoio dell?idrogeno gassoso gTH2g e un flusso di idrogeno liquido pompato g21 ottenuto pompando un flusso di idrogeno liquido g20 ottenuto da detto serbatoio dell?idrogeno liquido gTH2l, ottenendo un flusso di idrogeno riscaldato g31 e un flusso di idrogeno vaporizzato riscaldato g22.

14. Il processo secondo la rivendicazione precedente, in cui detto serbatoio dell?idrogeno liquido gTH2l e detto serbatoio dell?idrogeno gassoso

gTH2g sono rispettivamente i serbatoi di detta fase A4) e di detta fase A5).

15. Il processo secondo la rivendicazione 13, in cui detto flusso di idrogeno riscaldato g31, e detto flusso di idrogeno vaporizzato riscaldato g22 sono inviati alla fase di scambio di calore B9) ottenendo un flusso di idrogeno vaporizzato riscaldato g32 e un flusso di idrogeno vaporizzato ulteriormente riscaldato g23, che sono riuniti in un flusso di idrogeno vaporizzato complessivo g33 impiegati nella fase B1).

16. Il processo secondo la rivendicazione precedente, in cui una porzione di detto flusso di idrogeno vaporizzato complessivo g35 ? inviata all?Unit? di Sintesi dell?Ammoniaca gNH3SU per la sintesi di ammoniaca NH3.

17. Il processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 12 a 16, in cui prima di essere inviata all?Unit? di Sintesi dell?Ammoniaca

gNH3SU detta porzione del flusso di gas combusti espansi ad un primo livello di raffreddamento g40 ? sottoposta ad uno o pi? cicli di compressione e raffreddamento per la separazione dell?acqua condensata ed ? ulteriormente sottoposta a compressione ottenendo un flusso di azoto di sintesi g45.

18. Il processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 12 a 17, in cui da detto serbatoio dell?azoto liquido gTN2l ? ottenuto un flusso di incondensabili gR1 che dopo compressione ottenendo un flusso di incondensabili compresso gR2 ? inviato insieme al flusso di idrogeno vaporizzato complessivo

g33 alla fase B1) di combustione.

19. Il processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 11, in cui detta fase B) ? una fase B? che comprende l?impiego di una fuel cell g?FC.

20. Il processo secondo la rivendicazione precedente, in cui detto flusso di aria g?1 da sottoporre a combustione nel combustore g?COMB secondo la fase B?1) ? sottoposto preliminarmente ad un trattamento comprendente le seguenti sotto-fasi:

b0) eventualmente filtrare mediante un filtro g?F, ottenendo un flusso di aria filtrato g?1?,

b1) comprimere e ottenere un flusso di aria compressa g?4,

b2) riscaldare e ottenere un flusso di aria compressa e riscaldata g?7, detta fase b2) comprendente:

- la sotto-fase b2a) per scambio di calore in un secondo scambiatore g?TE2 fra detta aria compressa g?4 e un flusso di gas combusti espansi g?13 ottenendo un flusso di primo riscaldamento g?5 da cui ? separato un flusso di integrazione riscaldato g?6,

- la sotto-fase b2b) ottenuta per scambio di calore in un terzo scambiatore g?TE3 fra detto flusso di primo riscaldamento g?5 e un quinto fluido di lavoro ottenendo un flusso di aria compressa e riscaldata g?7, e

- la sotto-fase b2c) ottenuta per scambio di calore in un quarto scambiatore g?TE4 fra detto flusso di aria compressa e riscaldata g?7 e un flusso ridotto g?9 in uscita dall?anodo della Fuel Cell g?FC ottenendo un flusso di aria compressa e ulteriormente riscaldata

g?8,

b3) riduzione dell?ossigeno contenuto in detto flusso di aria compressa e ulteriormente riscaldata g?8 all?interno dell?anodo di detta Fuel Cell ottenendo detto flusso ridotto g?9,

b4) raffreddamento di detto flusso ridotto g?9 ottenendo un flusso ridotto raffreddato g?10 che ? riunito a detto flusso di integrazione riscaldato g?6 ottenendo un flusso integrato g?11.

21. Il processo secondo la rivendicazione precedente, in cui da detta fase B1?) di combustione si ottiene un flusso di gas combusti g?12 che ? sottoposto alle ulteriori fasi di:

B?2) espandere detto flusso di gas combusti g?12 ottenendo un flusso di gas combusti espansi g?13, B?3) raffreddare detto flusso di gas combusti espansi g?13 e ottenere un flusso di gas combusti espansi raffreddati g?15,

B?4) separare l?acqua e ottenere un flusso di azoto g?20,

B?5) separare una prima porzione di detto flusso di azoto g?21 e sottoporla a condensazione in un ottavo scambiatore di calore g?TE8 ottenendo un flusso di azoto liquido g?22 che ? immagazzinato in un serbatoio dell?azoto liquido g?TN2l,

g?NH3SU per la sintesi di ammoniaca NH3.

22. Il processo secondo la rivendicazione precedente, in cui detta fase B?5) ? ottenuta per scambio di calore con un flusso di idrogeno gassoso

g?40 ottenuto da detto serbatoio dell?idrogeno gassoso

g?TH2g e con un flusso di idrogeno liquido pompato g?31 ottenuto pompando un flusso di idrogeno liquido g?30 ottenuto da detto serbatoio dell?idrogeno liquido

g?TH2l, ottenendo un flusso di idrogeno gassoso pompato e riscaldato g?32 e un flusso di idrogeno gassoso riscaldato g?41, che sono riuniti in un flusso di idrogeno vaporizzato complessivo g?33.

23. Il processo secondo la rivendicazione precedente, in cui detto flusso di idrogeno gassoso

g?40 e detto flusso di idrogeno liquido g?30 della fase B?5) sono prodotti e accumulati nella fase A).

24. Il processo secondo la rivendicazione precedente, in cui una porzione di detto flusso di idrogeno vaporizzato complessivo g?70 ? inviato ad una Unit? di Sintesi dell?Ammoniaca g?NH3SU per la sintesi di ammoniaca NH3.

25. Il processo secondo la rivendicazione 22 o 23, in cui detto flusso di idrogeno vaporizzato complessivo

g?33 ? inviato alla fase di combustione B?1).

26. Il processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 19 a 25 in cui da detto serbatoio dell?azoto liquido g?TN2l ? ottenuto un flusso di incondensabili g?R1 che dopo compressione ottenendo un flusso di incondensabili compresso g?R2 ? unito a flusso di idrogeno vaporizzato complessivo g?33 ottenendo un flusso g?35 da inviare al combustore g?COMB per la fase B?1).

27. Il processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 19 a 26, in cui detta fase B?5) ? condotta impiegando l?idrogeno gassoso e/o l?idrogeno liquido prodotti e accumulati nella fase A) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 11.

28. Il processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui l?azoto liquido e/o crio-compresso impiegato nelle sotto-fasi A3a), A3b), A4a) e A4b) ? l?azoto liquido e/o crio-compresso prodotto e accumulato nella fase B) o B?) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 11 a 27.

29. Un impianto comprendente un serbatoio per l?azoto liquido e/o crio-compresso aTN2l, gTN2l,g?TN2l, un serbatoio per l?idrogeno liquido aTH2l,gTH2l,g?TH2l, un serbatoio per l?idrogeno gassoso aTH2g,gTH2g,g?TH2g, un?Unit? di Sintesi dell?Ammoniaca aNH3SU,gNH3SU,g?NH3SU per la sintesi di ammoniaca con un circuito di un fluido di lavoro, un compressore per l?aria gTC,g?TC1,g?TC2, un combustore per sottoporre a combustione un flusso di aria gCOMB,g?COMB, una turbina a gas gGT con un generatore gE o un espansore g?EX per la generazione di energia elettrica ed eventualmente un ulteriore turbina nel circuito del fluido di lavoro dell?Unit? di Sintesi dell?Ammoniaca gSTflII,g?STflIV collegata ad un generatore per l?ulteriore generazione di energia elettrica, e scambiatori di calore aTE2,aTE3,gTE4,g?TE8 per lo scambio di calore fra un flusso di azoto liquido e un flusso di idrogeno liquido e gassoso e/o criocompresso.

30. L?impianto secondo la rivendicazione precedente nel quale ? condotto il processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 28.