MX2013002143A - Sistema de generacion de energia y metodo del mismo. - Google Patents

Sistema de generacion de energia y metodo del mismo.

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MX2013002143A
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Jacob Karni
Uri Garbi
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Yeda Res & Dev
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Abstract

Un sistema de generación de energía y método son presentados para utilizar en la operación de una máquina de calor. El método de generación de calor comprende: reducir a gas de CO2 en gases de CO y O2; así combustionando el gas de CO y produciendo un gas de salida de CO2 sustancialmente puro; y suministrando el gas de salida de CO2 a la máquina de calor como un gas de trabajo en su proceso de generación de calor a trabajo.

Description

SISTEMA DE GENERACION DE ENERGIA Y METODO DEL MISMO Campo de la Invención Esta invención se relaciona generalmente con un sistema de generación de energía y un método del mismo usando la combustión de combustible limpio.
Antecedentes de la Invención Uno de los problemas desafiantes que enfrenta la industria de la generación de energía es la captura de los gases invernadero producidos durante la combustión de combustibles. Más específicamente, el desafío principal es la captura de dióxido de carbono (C02) , puesto que esta estructura molecular es el gas de invernadero principal emitido durante la combustión.
Existen varias tecnologías para la captura de C02. Se dividen generalmente en los grupos siguientes: captura después de la combustión, combustión del oxicombustible , y captura de la precombustión.
Sumario de la Invención En la captura después de la combustión, el C02 se separa del gas de combustión después de la combustión de un combustible. Esto se puede hacer de varias maneras, pero la tecnología más común y madura utiliza absorción química por aminas incluyendo aminas primarias tales como amina de monoetanol (MEA) , diglicolamina (DGA) ; aminas secundarias ef. 238833 tales como dietanolamina (DEA) , di-isopropilamina (DIPA) ; y aminas terciarias tales como trietanolamina (TEA) y metil-dietanolamina (MDEA) . El uso del amoníaco enfriado también se ha introducido estos últimos años. Después de que el C02 es absorbido en el solvente, es depurado y comprimido, mientras que el solvente se está regenerando. Este método requiere mucha energía, y por lo tanto impone altos costos en la captura de C02.
La combustión del oxicombustible utiliza oxígeno puro (02) en lugar de aire para la combustión del combustible. Este método produce el gas de combustión rico en C02, que hace más fácil capturar el C02. La desventaja de esta tecnología es que las unidades de separación de aire, que se utilizan para separar 02 del aire, son costosas y consumen mucha energía, así reduciendo la eficacia de la planta de energía .
En la captura de la precombustión, el combustible es oxidado parcialmente antes de la combustión, por la reacción con 02, para producir gas de síntesis (una mezcla CO e hidrógeno) . El gas de síntesis entonces es desplazado (vía una reacción de desplazamiento de gas de agua) para producir un gas rico en hidrógeno y C02. El C02 entonces se separa del hidrógeno, y el hidrógeno es combustionado liberando solamente vapor de agua. La desventaja de esta tecnología está en sus costos de equipo grande, y la penalización energética debido a la oxidación parcial del combustible y de la producción de 02.
Una vez que el C02 es capturado, necesita ser reutilizado o secuestrado para evitar su liberación a la atmósfera. Puesto que el consumo de las industrias química y alimenticia consume solamente una fracción pequeña de C02 producida por las plantas de energía por todo el mundo, el resto del C02 necesita ser inyectado en las formaciones geológicas para almacenamiento permanente . Aunque este acercamiento se ha investigado e incluso se ha demostrado en algunos sitios, plantea preocupaciones con respecto a la seguridad a largo plazo del almacenamiento. Además, este acercamiento esencialmente sale del carbono en el C02, y no lo recicla. En una visión a largo plazo, y dada la cantidad limitada de carbono incluso en reservas de carbón por todo el mundo - este acercamiento no hace el uso óptimo de recursos naturales disponibles.
Hay una necesidad en el arte previo de un sistema nuevo y un método capaz de combustionar los combustibles mientras que reciclan los productos de reacción sin la carga de la pérdida de eficacia y altos costos de operación.
La presente invención presenta un ciclo de generación de energía de alta eficacia en el cual la obtención de una corriente de combustión de dióxido de carbono (C02) substancialmente puro es inherente. La técnica de la invención combina la combustión de oxicombustible del monóxido de carbono (CO) como un combustible, con el uso de C02 como un fluido de trabajo. Esta combustión se puede realizar en muchos motores de calor/combustión tal como una turbina (por ejemplo turbina de gas) o motor de combustión interna .
A este respecto, debe ser observado que el término "motor de calor" usado en este concepto de la presente invención se refiere a cualquier motor, que convierte calor a trabajo y/o electricidad. El calor se puede derivar generalmente de la combustión del combustible, radiación solar, energía geotérmica, reacción nuclear, o cualquier otra fuente de calor.
El gas de combustión generado contendría C02 substancialmente puro, aunque algunas fugas a o desde la atmósfera circundante pueden ocurrir en sistemas de gran escala sin alterar substancialmente el proceso. La fracción volumétrica de C02 resultante en el gas de combustión puede ser aproximadamente 85% a mayor que 99%. Por lo menos una parte del C02 se puede reciclar en un motor de calor (por ejemplo una turbina de gas) , en donde puede ser utilizada como el fluido de trabajo (por ejemplo en lugar de aire en una turbina de gas) .
Por otra parte, como C02 es el único producto de combustión del sistema, puede ser aislado después de salir del motor sin el costo significativo típico de soluciones de captura de C02 convencionales.
De acuerdo con la invención, por lo menos una porción del C02 que sale del motor de calor se recicla a CO y 02. Esto se puede hacer de varias maneras, tales como procesos termoquímicos y/o catalíticos y/o reducción electroquímica de C02 en una fase de gas, métodos foto-catalíticos, o por electrólisis. La reducción de C02 en CO y 02 proporciona el 02 requerido para la combustión de oxicombustibie, sin la necesidad de una Unidad de separación de aire (ASU, por sus siglas en inglés) . Una ASU auxiliar todavía se puede integrar en el sistema de la presente invención como una fuente de composición de 02 debido a las pérdidas en el sistema, o separación de los gases del ambiente (por ejemplo nitrógeno), que puede escaparse dentro del sistema.
El sistema de la presente invención puede utilizar cualquier técnica de reducció conocida de C02. Por ejemplo, tales técnicas de reducción electroquímica incluyen la técnica desarrollada por uno de los inventores de la presente solicitud y descrita en la solicitud internacional número de solicitud internacional PCT/IL2009000743 incorporada aquí por referencia. Varios otros métodos para la disociación de C02, que utilizan procesos fotoeléctricos, catalíticos, electrolíticos, y termoquímicos también pueden ser utilizados.
De acuerdo con algunas modalidades de la técnica descrita en PCT/IL2009000743 , la reducción de C02 en CO y 02 utiliza una fuente de electrón incluyendo un cátodo o un fotocátodo termoiónico y un ánodo y configurados y operables para emitir electrones, y un generador de campo eléctrico para generar un campo eléctrico que tiene una energía suficiente para disociar las moléculas de gas reactivo (C02 y/o H20) . El cátodo y el ánodo son separados uno de otro en una distancia predeterminada que define una cámara de reacción de gas configurada y operable para provoar interacción entre los electrones con las moléculas de gas reactivo vía un mecanismo de unión disociativa de los electrones (DEA, por sus siglas en inglés) dentro de la cámara. Los electrones que tienen la energía requerida disocian las moléculas dentro de los compuestos del producto (02, y CO y/o H2) . Considerando el uso de un cátodo termoiónico, el sistema incluye una fuente de energía térmica configurada y operable para suministrar energía térmica a la fuente del electrón de tal modo elevando la temperatura de la fuente del electrón y generado la emisión de los electrones termoiónicos del cátodo termoiónico.
El cátodo termoiónico puede ser asociado con el generador de campo eléctrico o un generador de campo eléctrico separado operable para aplicar un potencial eléctrico entre el cátodo y el ánodo, reduciendo la barrera potencial del cátodo y mejorando un número de electrones emitidos . El cátodo termoiónico puede ser formado con una capa protectora, para ser protegido contra la exposición al ambiente gaseoso incluyendo C02, CO, 0- y 02. La capa protectora puede incluir una capa de óxido. La capa protectora se puede configurar para permitir la transmisión de electrones vía tunelización reduciendo la función de trabajo del cátodo.
Se proporciona así, de acuerdo con un amplio aspecto de la invención, un sistema de generación de energía (energía que produce el motor o la planta) para el uso en la operación de un motor de calor. El sistema comprende: una unidad de reducción energizada por una fuente de energía externa y que está configurada y es operable para reducir C02 en CO y 02, la unidad de reducción de C02 que tiene una entrada de gas asociada con una salida de gas del motor de calor para introducir C02, y tiene salidas de gas de CO y 02; y un combustor que comprende una pluralidad de entradas de gas incluyendo entradas de gas conectadas con las salidas de la unidad de reducción para recibir los gases de CO y 02, y una entrada de gas para recibir el fluido de trabajo de C02, y una salida de gas conectable con una entrada de gas del motor de calor, el combustor está configurado y es operable para provocar una reacción entre los gases de CO y 02 de este modo combustionando el gas de CO para formar el gas de C02, y para suministrar, a través de la salida de gas, un gas de C02 substancialmente puro para conducir el motor de calor, el sistema que de este modo proporciona la operación del motor de calor - accionado por la fuente de energía externa vía la reducción de C02.
El motor de calor puede comprender por lo menos uno de una turbina de gas, una turbina de vapor, y un motor de combustión interna.
En algunas modalidades, el combustor además comprende una entrada adicional asociada con la salida de gas del motor de calor y configurada para recibir por lo menos una porción de C02 agotado por el motor de calor.
Preferiblemente, el sistema incluye uno o más compresores conectados con una o más entradas del combustor y configurado y operable para comprimir C02 y para suministrar por lo menos una porción de C02 comprimido al combustor. El compresor también se puede conectar con la entrada de gas del motor de calor, el compresor está configurado y es operable para introducir por lo menos una porción de C02 comprimido dentro del motor de calor.
El sistema puede incluir un compresor adicional (segundo) , conectado con la entrada de gas de la unidad de reducción de C02, y configurado para comprimir C02 extraído por el motor de calor y suministrar por lo menos una porción del C02 comprimido a la unidad de reducción de C02.
En algunas modalidades, el sistema incluye un generador eléctrico conectado con el motor de calor. El generador eléctrico está configurado y es operable para convertir el trabajo producido por el motor de calor en corriente eléctrica .
Un generador eléctrico se puede utilizar con el compresor para proporcionar la energía requerida para circular el fluido de trabajo en un ciclo de circuito cerrado.
En algunas modalidades, el sistema comprende una cámara de mezclado interconectada entre la salida de la unidad de reducción de C02 y la entrada del combustor. La cámara de mezclado está configurada y es operable para recibir 02 y CO y para proporcionar la mezcla de CO y 02 al combustor.
En algunas modalidades, el sistema está configurado como un ciclo combinado que comprende más de un ciclo termodinámico . El ciclo combinado puede comprender un primer ciclo y un segundo ciclo, en donde el primer ciclo comprende un motor de calor y el segundo ciclo comprende una turbina de Rankine . El segundo ciclo puede comprender una unidad de recuperación de calor (HRU, por sus siglas en inglés) conectada con la salida del motor de calor y tener por lo menos una entrada de C02 y una salida de C02. La HRU está configurada y es operable para transferir por lo menos algo de calor del C02 extraío por el motor de calor a un fluido que circula en el segundo ciclo. La HRU puede comprender un generador de vapor que utiliza calor del gas de extracción de C02 para transformar agua en vapor o para calentar vapor, y por lo menos una turbina de vapor conectada con la salida del generador de vapor. Por lo menos una turbina de vapor se puede conectar con un segundo generador eléctrico accionado por la turbina de vapor.
En algunas modalidades, la unidad de reducción es configurada y operable para reducir una mezcla de C02 y agua o vapor en 02 y gas de síntesis (una mezcla de CO y H2) , el combustor está configurado y es operable para la reacción entre el gas de síntesis y 02 que producen la mezcla de C02 y agua-vapor, y el motor de calor es accionado por la salida de gas del combustor que comprende la mezcla de C02 y agua-vapor .
En algunas modalidades, el segundo ciclo comprende un condensador está configurado y es operable para condensar el vapor de escape de la turbina de vapor para producir agua condensada. El sistema puede incluir un compresor interenfriado conectado con y accionado por la turbina de vapor, el compresor interenfriado está configurado y es operable para comprimir el fluido extraído por el motor de calor y dirigido al combustor o al motor de vapor enfriando el fluido y vía un intercambio de calor con por lo menos una porción de agua producida en el condensador.
El sistema puede utilizar la fuente de energía externa que comprende un receptor solar conectado con la unidad de reducción, que comprende un reactor de disociación de C02 accionado por energía solar.
El sistema puede comprender un receptor solar conectado con la entrada adicional del combustor y está configurado y es operable para precalentar el fluido que atraviesa la entrada adicional antes de alimentar el fluido dentro del combustor.
El sistema puede comprender un receptor solar conectado con por lo menos la entrada adicional del combustor y de la salida de gas del combustor. El receptor solar está configurado y es operable para calentar el fluido en paralelo con el combustor o corriente arriba del combustor.
El sistema puede comprender un controlador de flujo colocado corriente arriba del receptor solar. El controlador del flujo está configurado y es operable para determinar las porciones de flujo que serán dirigidas al receptor solar o al combustor, cuando el receptor solar se coloca en paralelo con el combustor. El receptor solar se puede conectar con la salida de un compresor primario asociado con el combustor, el receptor solar está configurado y es operable para calentar el fluido comprimido que sale del compresor primario .
En algunas modalidades, la unidad de reducción comprende: un módulo de almacenamiento de solución amortiguadora para recibir la HRU, el fluido que es C02 o la mezcla de C02 y vapor o agua; un reactor de reducción está configurado y es operable para recibir el fluido del módulo de almacenamiento de solución amortiguadora y para reducir C02 en CO y 02 o la mezcla de C02 y vapor o agua en gas de síntesis y 02; un regulador de flujo que regula el flujo de fluido del módulo de almacenamiento de solución amortiguadora al reactor de reducción; y primero y segundo compresores, el primer compresor está configurado y es operable para comprimir el CO o gas de síntesis que dejan el reactor ' de reducción y para suministrar el CO o gas de síntesis comprimidos al combustor, el segundo compresor está configurado y es operable para comprimir 02 que deja el reactor de reducción y para suministrar 02 comprimido al combustor. El módulo de almacenamiento de solución amortiguadora puede recibir C02 o una mezcla de C02 y agua o vapor de una fuente externa.
De acuerdo con otro amplio aspecto de la invención, se proporciona un sistema para operar un ciclo de vapor activando una turbina de vapor, el sistema comprende: una unidad de reducción energizada por una fuente de energía externa y que está configurada y es operable para reducir C02 en CO y 02, la unidad de reducción tiene una entrada de gas configurada para recibir C02, y tiene salidas de gas de CO y 02; un combustor que tiene una primera entrada de gas configurada para recibir el CO de la unidad de reducción, una segunda entrada de gas configurada para recibir 02 de la unidad de reducción, y una salida de gas asociada con la entrada de gas de la unidad de reducción, el combustor está configurado y es operable para una reacción entre los gases de CO y 02, de este modo combustionando el gas de CO para formar el gas de C02, y para suministrar un gas de combustión de C02 substancialmente puro a la unidad de reducción; una unidad de recuperación de calor (HRU) conectada con la salida del combustor, la HRU comprende por lo menos una entrada y una salida, y está configurada y es operable para transferir por lo menos algo de calor del C02 producido en el combustor al agua y/o vapor que circula en el ciclo de vapor, de tal modo activando el ciclo de vapor y accionando la turbina de vapor.
La unidad de reducción puede comprender una reducción de una mezcla de C02 y agua o vapor en 02 y gas de síntesis (uná mezcla de CO y H2) . La reacción en el combustor puede comprender una reacción entre el gas de síntesis y 02 produciendo la mezcla de C02 y agua o vapor.
De acuerdo con otro aspecto de la invención, se proporciona una planta de energía para generar electricidad, que comprende: un ciclo de vapor que comprende una turbina de vapor que tiene una entrada para recibir vapor a alta temperatura y una salida para extraer la corriente de vapor y/o agua que tiene una temperatura inferior y presión que el vapor a alta temperatura, la turbina de vapor es activada por el paso de vapor a través de la misma; el sistema descrito arriba para transferir por lo menos algo de calor del extractor del combustor al agua y/o vapor extraídos por la turbina de vapor, de este modo activando el ciclo de vapor y accionando la turbina de vapor; y un generador eléctrico asociado con la turbina de vapor y configurado para usar el trabajo generado por la turbina de vapor para generar electricidad.
La planta de energía puede comprender además un combustor de combustible para combustionar un combustible en aire y transferir por lo menos un cierto calor de por lo menos un producto de combustión de la combustión en aire al agua y/o vapor antes de que entre en la turbina de vapor. El combustible puede comprender carbón o gas natural.
De acuerdo con todavía un aspecto adicional de la invención, se proporciona un método para uso en la operación de un motor de calor, el método comprende: (a) reducir un gas de C02 en CO y gases de 02; (b) hacer reaccionar los gases de CO y 02, de este modo combustionando el gas de CO, y produciendo un gas de la salida de C02 substancialmente puro; (c) suministrar el gas de salida C02 al motor de calor como un gas de trabajo en su proceso de generación de calor a trabajo.
El gas de C02 extraído por el motor de calor puede ser dirigido además a la unidad de reducción para reducción adicional; y los pasos anteriores pueden ser repetidos, por lo tanto generando un ciclo de circuito cerrado de la operación del motor de calor reutilizando el C02 extraído del motor de calor para producir CO y 02.
Por lo menos una parte del gas de C02 extraído del motor de calor puede ser combustionada para uso como fluido de trabajo en el ciclo.
La reducción de C02 en CO y 02 se puede realizar usando energía solar.
La reducción de C02 en CO y 02 puede ser realizada usando el gas de C02 adicional suministrado de una fuente externa.
El método puede comprender la generación de corriente eléctrica usando el trabajo generado por el motor de calor para accionar un generador eléctrico conectado con el motor de calor.
El CO puede ser mezclado con 02 antes de la combustión para producir una mezcla de CO y 02.
El calor de gas de C02 extraído del motor de calor puede ser recuperado. El calor del gas de extracción de C02 se puede utilizar para calentar el vapor o para transformar agua a vapor. El vapor se puede utilizar para accionar por lo menos una turbina de vapor. El trabajo producido en la turbina de vapor se puede utilizar para generar energía eléctrica. El vapor puede ser reciclado en un ciclo de Rankine activado por el calor del gas de extracción de C02.
C02 puede ser comprimido y por lo menos una parte de C02 comprimido se puede utilizar como fluido de trabajo en la combustión. Por lo menos un compresor puede ser accionado usando el motor de calor y por lo menos una parte de C02 comprimido se puede proporcionar al motor de calor.
Por lo menos una parte del gas de C02 extraído por el motor de calor se puede dirigir a la unidad de reducción de C02 (o C02 y agua) para la reducción de C02 o C02 y agua.
Una mezcla de C02 y agua o vapor puede ser reducida al gas de síntesis (una mezcla de CO y H2) y 02 separado. El gas de síntesis reacciona con 02 para producir una mezcla de C02 y agua. La mezcla de C02 y agua o vapor se provee al motor de calor. La mezcla de C02 y agua o vapor extraídos del motor de calor se dirige a la unidad de reducción para reducción adicional .
De acuerdo con otro amplio aspecto de la invención, se proporciona un método para usar en la operación de un ciclo de vapor que activa una turbina de vapor, que comprende: (a) reducir un gas de C02 en gases de CO y 02; (b) hacer reaccionar los gases de CO y 02, así combustionando el gas de CO y produciendo un gas de salida de C02 substancialmente puro; (c) dirigir el gas de salida de C02 a una unidad de recuperación de calor (HRU) para transferir por lo menos algo de calor del gas de salida para activar la turbina de vapor y (d) permitir la reducción adicional de C02 extraído de la HRU en gases de CO y 0¡ y después la combustión del gas de CO, por lo tanto operando en un circuito cerrado.
De acuerdo con todavía un amplio aspecto adicional de la invención, se proporciona una planta de energía para generar electricidad, que comprende: un ciclo de vapor que comprende una turbina de vapor que tiene una entrada para recibir vapor a alta temperatura y una salida para agotar el vapor y/o agua que tiene una presión y temperaturas más bajas que el vapor de alta temperatura, la turbina de vapor es activada por el paso de vapor a través de la misma; un primer combustor de combustible, configurado para realizar una combustión del oxicombustible de un combustible a base de carbón y producir un gas de escape que es una mezcla de C02 y agua o vapor, el primer combustor de combustible que tiene una entrada de combustible para recibir el combustible de una fuente externa, un producto de oxígeno, para recibir oxígeno, y una salida de extracción del gas de extracción; una unidad de recuperación de calor (HRU) , configurada para transferir por lo menos algo de calor del gas de extracción del combustor al agua y/o al vapor extraídos por la turbina de vapor, de este modo activando el ciclo de vapor y accionando la turbina de vapor; una unidad de reducción, configurada para recibir el gas de extracción del combustor que sale de la HRU y que reduce la mezcla de C02 y agua o vapor en el gas de síntesis (una mezcla de CO y H2) y 02, la unidad de reducción que tiene una salida de oxígeno para reintroducir el 02 en el primer combustor del combustible, y un salida de gas de síntesis para extraer el gas de síntesis; una unidad de almacenamiento de gas de síntesis, para recibir y almacenar el gas de síntesis extraído por la unidad de reducción; y un generador eléctrico asociado con la turbina de vapor y configurado para usar el trabajo generado por la turbina de vapor para generar electricidad para uso en una rejilla eléctrica.
La planta de energía puede incluir un segundo combustor de combustible para combustionar un segundo combustible en aire, y una segunda HRU para transferir por lo menos algo de calor de por lo menos un producto de combustión de la combustión en aire al agua y/o vapor extraídos por la turbina de vapor. Por lo menos uno de los primero y segundo combustibles puede comprender carbono o gas natural.
Breve Descripción de las Figuras Para entender la invención y considerar cómo puede ser realizada en la práctica, ahora serán descritas modalidades, en forma de ejemplo no limitante solamente, con referencia a las figuras de acompañamiento, en las cuales: Las Figs . 1A-1D son diagramas en bloque esquemáticos generales que muestran ejemplos de cómo los sistemas basados en la presente invención pueden operar un motor de calor, y diferentes configuraciones de los mismos, en las cuales el CO se utiliza como combustible de combustión y C02 es el gas de trabaj o; Las Figs. 2A-2C ilustran esquemáticamente diagramas en bloque de ejemplos de sistemas de la presente invención para operar un motor de calor, y diferentes configuraciones de los * mismos, en las cuales el gas de síntesis (una mezcla de CO y H2) se utiliza como combustible de combustión, mientras que una mezcla de C02 y agua se utiliza como un gas' de trabajo; La Fig. 3 ilustra esquemáticamente un diagrama en bloque de un sistema de la presente invención configurado para operar un ciclo de vapor, que activa una turbina de vapor; Las Figs. 4A, 4B, y 5 a 9 ilustran esquemáticamente los diagramas en bloque de diferentes configuraciones posibles de sistemas de acuerdo con la presente invención; La Fig. 10 es una ilustración esquemática de cómo la técnica de la presente invención se utiliza con una planta de generación de energía usando el ciclo de vapor de Rankine, en donde la parte del calor para generar y sobrecalentar el vapor es proporcionada por el carbón mediante la combustión en aire y el resto del calor es proporcionado mediante la combustión de CO con 02 limpio (combustión del oxicombustible) , ambos de los cuales se generan de la unidad de la reducción de C02; y La Fig. 11 es una ilustración esquemática de cómo la técnica de la presente invención se utiliza con una planta de generación de energía usando el ciclo de vapor de Rankine, en donde la parte del calor para generar y sobrecalentar el vapor es proporcionada por el carbón que se combustiona en el aire y el resto es proporcionado por la combustión de carbón con 02 limpio (combustión de oxicombustible) proporcionados por la planta de disociación de C02.
Descripción Detallada de la Invención Se hace referencia a la Fig. 1A que ilustra un diagrama en bloque general de un sistema de generación de energía 10 de la presente invención. El sistema 10 está configurado para operar un motor de calor 14, y comprende una unidad de reducción de C02 16 energizada por una fuente de energía externa 25 (por ejemplo energía solar o nuclear) , y un combustor 12. La unidad 16 está configurada para reducir C02 a CO y 02, e incluye una entrada de gas 11 para introducir C02, y una salida de gas de CO 23, y una salida de gas de 02 24. El combustor 12 está configurado para efectuar una combustión de oxicombustible de CO, y tiene entradas de gas conectadas con las salidas 23 y 24 de la unidad de reducción de C02 16 para recibir los gases de CO y 02, y una salida de gas 21 (C02) que se puede conectar con una entrada del gas del motor de calor 14. El C02 que sale del combustor 12 tiene cierto calor debido a la combustión exotérmica de CO. Tal C02 calentado se introduce en el motor de calor 14, en donde el calor se convierte en trabajo, por ejemplo en la forma de energía mecánica rotatoria. C02 entonces deja el motor de calor 14 vía una salida de gas 15 y después se puede comprimir por el compresor 19 antes de entrar en la entrada de gas 11 de la unidad de reducción 16. Así, en esta configuración, una operación de circuito cerrado del motor de calor 14 es proporcionada, accionada por una entrada de energía vía la reducción de C02.
El combustor 12 está configurado y es operable para combustionar CO reaccionando CO con 02 y de este modo produciendo una corriente de un fluido de trabajo de C02. La corriente que sale del combustor 16 vía la salida 21 es un gas de C02 substancraímente puro. Por lo tanto, el gas de C02 substancialmente puro se utiliza como fluido de trabajo en el motor de calor 14. Típicamente, si el motor de calor 14 es una turbina de gas, las temperaturas de operación deseables del fluido de trabajo que sale del combustor 12 están entre 800°C y 1400°C.
En algunas modalidades, el motor de calor está conectado con un generador eléctrico 20 que está configurado y es operable para convertir el trabajo producido por el motor de calor en corriente eléctrica.
En algunas modalidades, un generador eléctrico (que es el generador eléctrico 20 conectado con el motor de calor o un elemento diferente) se puede conectar al compresor 19. El compresor 19 es accionado por los generadores eléctricos de este modo proporcionando la energía requerida para circular los fluidos en un sistema de circuito cerrado.
En algunas modalidades, el sistema está configurado como un ciclo combinado que comprende más de un ciclo termodinámico . El ciclo combinado puede comprender un ciclo superior que comprende el motor de calor 14 y un ciclo inferior que comprende una unidad de recuperación de calor (HRU) 17. En este caso, el C02 de la salida de motor de calor 15 es introducido en la HRU 17 en la cual el calor del residuo del gas de escape de C02 es utilizado para generar vapor como será descrito en detalle adicionalmente abajo. El gas de C02 que sale del motor de calor 14 se introduce en la HRU 17 de la salida 15 del motor de calor 14, y es extraído de la HRU 17 en el compresor 19, que recicla el C02 en el sistema .
El sistema y el método de la presente invención proporcionan así un bajo costo, ciclo de eficacia alta que se puede utilizar en una escala grande para la generación de energía sin la adición de C02 al ambiente. El proceso implica el uso de C02 como fluido de trabajo, y la combustión de CO y 02, mientras que desvía el gas efluente hecho generalmente de C02 (en este caso la fracción volumétrica de C02 puede ser aproximadamente 80-90% a mayor que 99%) para secuestro o reciclado dentro del combustible.
La técnica de la invención utiliza la combustión del oxicombustible de oxígeno generada en el proceso con una opción específica de combustible (CO) también generado en el proceso .
Mientras que el CO es un gas venenoso, es ampliamente utilizado como gas de proceso en muchos procesos industriales, generalmente por su uso in situ, en proximidad cercana a su generación. El sistema y el método de la presente invención utilizan un proceso de reciclaje limpio de C02 en el cual se producen CO y 02 usando una fuente de energía limpia (por ejemplo energía solar) , para generar energía en la forma de calor y/o electricidad, sin los costos operacionales e intensidad de energía agregados asociados con generar 02 vía la separación de aire.
Ahora se hace referencia a la Fig. IB, que ilustra una modalidad no limitante del sistema de la generación de energía 10 de la Fig. 1A. El sistema 10' ilustrado en la Fig. IB es generalmente similar al de la Figura 1A, pero incluye algunos elementos adicionales. En el ejemplo de la Figura IB, el C02 extraído que sale del motor de calor 14 a través de la salida 15 (y que pasa posiblemente a través de la HRU 17) se divide en dos porciones en el nodo 30. La primera porción es introducida en la unidad de reducción 16 (por ejemplo después de pasar el compresor 19) vía la entrada 11, como se explicó arriba, mientras que la segunda porción es accionada directamente en el combustor 12 vía la entrada de gas 13. El C02 que alcanza el combustor 12 vía la entrada de gas 13 se utiliza para enfriar las paredes del combustor 12 a una temperatura de operación deseable y después se mezcla con, el C02 producido por la combustión de CO y 02. Al dejar el combustor 12 entra en el motor de calor 14 a una temperatura apropiada para la operación del motor de calor 14.
Opcionalmente, la segunda porción del C02 extraído del motor de calor se divide además en dos corrientes en el nodo 32: una primera corriente está dirigida al combustor 12 vía la entrada de gas 13 como es explicado arriba, y una segunda corriente está dirigida al motor de calor 14 vía un conducto 9. Si está presente, la corriente de C02 al motor de calor 14 que viaja vía el conducto 9 también se utiliza para bajar la temperatura del C02 suministrado al motor de calor 14 por el combustor 12.
El sistema 10 también puede comprender un compresor primario 18 conectado con el combustor 12 vía una entrada de C02 13 y puede ser configurado y operable para generar C02 comprimido con una presión requerida que está en el intervalo de aproximadamente 4 hasta aproximadamente 40 bar. El compresor primario 18 puede suministrar por lo menos una porción del C02 comprimido al combustor 12. Opcionalmente, el compresor 18 es activado por un generador eléctrico (que es el generador eléctrico 20 conectado con el motor de calor o un elemento diferente) .
En algunas modalidades, el compresor primario 18 está conectado con ambos, la entrada de C02 13 del combustor 12 y la entrada del motor de calor 21 como es representado por las líneas discontinuas. En este caso, el compresor primario 18 suministra una parte del C02 comprimido al combustor 12 y una parte del C02 comprimido directamente al motor de calor 14. Controlando la operación del compresor 18 y/o el compresor secundario 19, el flujo de C02 extraído por el motor de calor 14 a la unidad de reducción 16 y al combustor 12, es regulado, permitiendo el control de la temperatura y la presión del gas de trabajo de C02 que entra en el motor 14.
En algunas modalidades, el grado de las primera y segunda porciones del flujo de C02 dividido en el nodo 30 y de las primera y segunda corrientes divididas en el nodo 32 puede ser controlado por la operación de los compresores 18 y 19. Opcionalmente o alternativamente, las válvulas de dos vías pueden estar presentes en uno o ambos nodos 30 y 32 para proporcionar control adicional del grado de las . primera y segunda porciones del flujo de C02 dividido en el nodo 30 y de las primera y segunda corrientes divididas en el nodo 32.
Como es explicado arriba, la regulación de las primera y segunda porciones y de las primera y segunda corrientes permite el control de la temperatura y presión del gas de trabajo de C02 que entra en el motor 14. Esta regulación puede ser manual o automática. Si la regulación es automática, el sistema 10 incluye una unidad de control (no mostrada en la Figura) , los sensores de temperatura (no representados) y los sensores de la presión (no representados) . Los sensores de temperatura y presión son establecidos, por ejemplo, en la salida del combustor 12 y en la entrada 21 del motor de calor 14, y están configurados respectivamente para medir una temperatura y una presión del C02 que sale del combustor 12 y que entra en el motor de calor 14.
Debe ser observado que aunque no es ilustrado específicamente que la unidad de control es típicamente un sistema informático que incluye entre otras cosas la parte de la construcción como: un puerto de entrada conectado con los sensores de temperatura y presión y configurado para recibir del mismo los datos indicativos de la temperatura y presión del C02 que sale del combustor 12 o que entra en el motor de calor 14; una utilidad de la memoria; una utilidad de proceso configurada para procesar y analizar datos de temperatura y presión medidos aplicando al mismo un algoritmo apropiado para determinar una relación entre la temperatura y los valores medidos de presión y temperatura deseados (o intervalos de la presión y temperatura deseados) , para calcular el grado de las primera y segunda porciones y de las primera y segunda corrientes necesarias para proporcionar que el C02 deje el combustor a la temperatura deseada (o dentro del intervalo de temperatura deseado) y la presión deseada (o dentro del intervalo de presión deseado) , y para generar los datos de control indicativos de los resultados. También, el sistema de control incluye controladores configurados para recibir la señal/datos de control de la unidad de proceso y manipular los compresores 18 y 19, y las válvulas en los nodos 30 y 32 por consiguiente (si están presentes) , para efectuar las separaciones del flujo apropiadas en los nodos 30 y 32.
Se hace referencia a la Fig. 1C que ilustra un diagrama en bloque esquemático de un ejemplo no limitante de un sistema 100 de la presente invención para uso en la generación de la corriente eléctrica limpia. El sistema 100 está configurado y es operable para combustionar CO con 02, y para proporcionar C02 substancialmente puro como un producto de reacción. Este producto de reacción está listo para secuestro sin purificación adicional.
En algunas modalidades, el sistema 100 incluye una cámara de mezclado 140 colocada entre la unidad de reducción de C02 16 y el combustor 12. La cámara de mezclado 140 está configurada y es operable para recibir 02 y CO de las salidas respectivas 24 y 23 de la unidad de reducción 16, y para proporcionar una mezcla de CO y 02 al combustor 12. El 02 y el CO pueden por lo tanto ser mezclados antes de entrar en el combustor 12. Debe ser observado que el mezclado se puede realizar directamente en el combustor 12 en el cual el CO y el 02 están combustionados juntos, produciendo C02, que después es mezclado con el C02 comprimido del compresor 18, produciendo una corriente caliente de C02 (que tiene temperaturas típicas en el intervalo de aproximadamente 800°C-1400°C) .
En esta configuración, el sistema 100 comprende un ciclo combinado que tiene un ciclo superior que incluye una turbina de gas 110 (que corresponde al motor de calor 14 de las Figs . 1A-1B) y un ciclo inferior 115 que incluye una turbina de vapor de Rankine 212. La corriente comprimida caliente de C02 que sale del combustor 12 opera la turbina 110, que conduce un generador eléctrico 20, que produce electricidad. El C02 de la salida de turbina de gas 15 se introduce en el ciclo de fondo del vapor de Rankine 115, que comprende una unidad de recuperación de calor (HRU) para el calor del residuo de transferencia de la turbina 110 a otro medio tal como agua/vapor. El compresor 18 es alimentado por una porción o todo el C02 emitido por la HRU.
En este ejemplo específico, la HRU comprende un generador de vapor 114, utilizando el calor del C02 para generar el vapor 135, y además opcionalmente incluye un intercambiador de calor de C02-agua 116. El vapor generado y posiblemente también sobrecalentado en el generador de vapor 114 se utiliza posiblemente para activar la turbina de vapor 212, que acciona un generador eléctrico 120 y produce electricidad. El vapor de escape de la turbina 212 es condensado en el condensador 118 y es bombeado vía una bomba 117 (por ejemplo, bomba de agua) en un intercambiador de calor 116. El calor residual del C02 que sale del generador de vapor 114 se utiliza para calentar el agua bombeada en el intercambiador de calor de agua-C02 116. Por lo menos una parte del C02 134 que sale del intercambiador de calor 116 es introducido en el compresor 18 como el fluido de trabajo para la combustión del combustible. Una porción de la salida de C02 de la HRU 132 se recicla en la unidad de reducción de C02 16.
Se hace referencia a la Fig. ID que ilustra un diagrama en bloque esquemático de otra configuración de una parte del sistema de generación de energía, designada generalmente 200. El sistema 200 es generalmente similar al sistema descrito arriba 100 de la Fig. 1C, pero difiere de este por la adición de un compresor de C02 interenfriado 210 conectado con y accionado por una turbina de vapor 212. Un intercambiador de calor 211 enfría el C02 y precalienta agua antes de su introducción en el generador de vapor 114 usando el calor residual generado durante la compresión de C02 en 210. Este ayuda al intercambiador de calor 116, mientras que mejora la eficacia del compresor 210. El compresor de C02 interenfriado 210 es interenfriado mediante el uso de por lo menos una parte del agua condensada del ciclo de turbina de vapor. El compresor de C02 interenfriado 210 está configurado y es operable a C02 comprimido producido.
Ahora se hace referencia a la Fig. 2A, ilustrando un diagrama en bloque esquemático de un ejemplo no limitante de la presente invención, de acuerdo con la cual un sistema de generación de energía 40 es proporcionado para operar un motor de calor 14, mediante el uso de gas de síntesis (una mezcla de CO y H2) como combustible de combustión, y una mezcla de C02 y agua (en forma gaseosa) como un gas de trabajo. El sistema de generación de energía 40 incluye una unidad de reducción de C02 y agua 42 energizada por una fuente de energía externa 25 (por ejemplo energía solar o nuclear), y un combustor 12.
La unidad de reducción 42 está configurada para reducir una mezcla de C02 y agua 02 y la mezcla de CO y H2 (Gas de síntesis) , y por lo tanto incluye una entrada 44 del gas para introducir el C02 y la mezcla de agua en la unidad de reducción, un salida de gas de gas de síntesis 46, y un salida de gas de 02 24. El combustor 12 está configurado para efectuar una combustión del oxicombustible de gas de síntesis, y tiene entradas de gas conectadas con las salidas 46 y 24 de la unidad de reducción 42 para recibir el 02 y el gas de síntesis, y un salida de gas 50 (mezcla de C02 y agua) que se puede conectar a una entrada de gas del motor de calor 14. La mezcla de C02 y agua que sale del combustor 12 se calienta debido a la combustión exotérmica del gas de síntesis. Tal mezcla de C02 y agua calentada se introduce en el motor de calor 14, en donde parte del calor se convierte en trabajo, por ejemplo en la forma de energía mecánica rotatoria y/o electricidad. La mezcla de agua y C02 extraída entonces deja el motor de calor 14 vía una salida de gas 52, que está conectado con la entrada de gas 44 de la unidad de reducción 42. Así, en el sistema 40 el motor de calor 14 está conectado con la entrada de gas 44 de la unidad de reducción 42 y la salida de gas 50 del combustor 12, para de este modo proporcionar una operación de circuito cerrado del motor de calor 14, accionado por una entrada de energía externa de la fuente de energía 25 en la unidad de reducción de C02 y agua.
El motor de calor 14 puede operar un generador eléctrico 20 para producir electricidad.
Como el sistema 10 de las Figs . 1A-1B, el sistema 40 se puede asociar con un ciclo inferior que comprende una HRU 17, y puede incluir un compresor 19 para circular fluidos en el sistema de circuito cerrado. Además el sistema 40 puede incluir conductos y por lo menos un compresor para accionar algo de la mezcla de C02 y agua extraída del combustor 42 en el motor de calor 14.
Se hace referencia a la Fig. 2B que ilustra un sistema 100', que es un ejemplo específico pero no limitante de la configuración del sistema 40 de la Figura 2A. El sistema 100' genera corriente eléctrica limpia circulando el fluido de trabajo que contiene vapor de agua además de C02. La porción volumétrica del agua puede variar desde algunos pocos porcentajes hasta aproximadamente 50%. El fluido de trabajo que contiene el vapor de agua además de C02 entonces se introduce en el combustor 12. El producto de la combustión opera la turbina de gas 110 (que corresponde al motor de calor 14 de las figs. 1A-1B y de la Figura 2A) , que gira y opera un generador eléctrico 20 y produce electricidad. La salida de la turbina de gas 15 extrae una mezcla de C02 y vapor que se introducen en un ciclo de cola de vapor de Rankine 115, que comprende una unidad del generador de vapor/recuperación de calor (H U) 114 para trasferir calor residual de la turbina 110 a otro medio tal como agua/vapor.
En el ciclo de cola de vapor de Rankine 115 el calor de la mezcla de C02 y el vapor es utilizado para generar y también posiblemente para sobrecalentar el vapor en el generador de vapor 114. El ciclo de cola 115 comprende una turbina de vapor 212 alimentada por el vapor 135. La turbina de vapor 212 acciona un generador eléctrico 120, que produce electricidad. El vapor extraído de la turbina 212 es condensado en el condensador 118, bombeado vía una bomba 117 y se introduce opcionalmente en un intercambiador de calor 116. El calor residual de la mezcla de C02 y agua que sale del generador de vapor 114 se utiliza para precalentar el agua bombeada en el intercambiador de calor agua C02 116. El agua en una porción 132 de la salida del C02 y agua del ciclo de cola de vapor de Rankine se separa de los gases extraídos - sobre todo C02 y vapor, y se introduce en la unidad de reducción de C02 y agua 42. El proceso de reciclaje entonces puede incluir ambos, la disociación de C02 a CO y 02, así como la disociación de agua a H2 y 02. En este caso, una mezcla de CO y H2 (gas de síntesis) , se introduce en la cámara de mezclado 140 vía la salida de la unidad de reducción 46, mientras que 02 se introduce en la cámara de mezclado 140 vía la salida de la unidad de reducción 24. Por lo tanto, el gas de síntesis se puede utilizar como el combustible en el motor que es introducido en el combustor 12, en donde este es combustionado con el 02 generados de la disociación de C02 y agua. Otra parte de la mezcla de C02 y vapor 134' que sale del intercambiador de calor 116 se puede introducir nuevamente dentro de la porción del compresor 18 que sirve como el fluido de trabajo en el combustor del combustible 12 y el fluido de trabajo en la turbina de gas 110.
La Fig. 2C ilustra un sistema 200' que presenta otro ejemplo específico pero no limitante de la configuración del sistema 40 de la Figura 2A. El sistema 200' difiere del sistema descrito antes 200 de la Figura 2B en que el sistema 200' incluye C02 interenfriado y el compresor de agua 210 conectado con y accionado por una turbina de vapor 212. Un intercambiador de calor 211 enfría la mezcla de C02 y agua y precalienta agua antes de su introducción en el generador de vapor 114 usando el calor residual generado durante la compresión de agua y C02 210 (similar al ejemplo de la Figura ID) . Este ayuda al intercambiador cambiador de calor 116, mientras que mejora la eficacia del compresor 210. Todos los otros detalles de construcción y operacionales del sistema 200' son similares al sistema descrito antes 200.
Se hace referencia a la Fig. 3 que ilustra un diagrama en bloque esquemático de un sistema 10' que es generalmente similar al sistema 10 mostrado en las figs. 1A-1B, pero en este ejemplo el C02 calentado 21 que sale del combustor 12 se utiliza para accionar un ciclo de vapor de Rankine 115. La corriente caliente, comprimida de C02 que sale del combustor 12 se introduce en un ciclo de vapor de Rankine 115, que comprende una unidad de recuperación de calor (HRU) configurada como generador de vapor 17. El compresor 19 se puede alimentar por una porción o todo el C02 emitido por la HRU. En este ejemplo específico, la HRU comprende un generador de vapor 17 que utiliza el calor del C02 para generar el vapor 135. El vapor generado y posiblemente también sobrecalentado en el generador de vapor 17 se utiliza para activar la turbina de vapor 212, que acciona un generador eléctrico 120 y produce electricidad. El vapor extraído de la turbina 212 es condensado en el condensador 118 y se bombea vía una bomba 117 (por ejemplo bomba de agua) . El calor residual del C02 que sale del generador de vapor 17 se utiliza para calentar el agua bombeada. Esta configuración se podría utilizar, por ejemplo, para las plantas de energía existentes de reacondicionamiento, en donde parte o todo el combustible (por ejemplo carbón) que es combustionado allí, es substituido por la fuente de energía limpia (por ejemplo energía solar) usada en el proceso de reducción de C02.
El ejemplo de la Figura 3 se relaciona con un ciclo en el cual el gas de trabajo de C02 es reducido al combustible de CO y 02, y después formado otra vez por la combustión del oxicombustible del combustible de CO. Debe ser observado que el sistema 10' también trabajaría con un ciclo en el cual el gas de trabajo de C02 y agua es reducido al combustible de gas de síntesis y 02, que después son recombinadas mediante combustión para producir el gas de trabajo de C02 y agua. Tal ciclo se describe en las figs. 2A, 2B y 2C.
Se hace referencia a la Fig. 4A que ilustra un diagrama en bloque esquemático de otra configuración de una parte del sistema, designada generalmente 300. En el ejemplo de la Figura 4A, un receptor solar 310 se muestra que es utilizado para precalentar el C02 introducido en el combustor 12. El receptor solar 310 está conectado con la salida del compresor 18 y con la entrada del combustor 12 y es utilizado para precalentar el gas comprimido antes de su introducción en el combustor 12. El receptor solar 310 puede ser cualquier receptor solar típico conocido en el arte previo.
Aunque no se muestra específicamente, el mismo receptor solar u otro receptor solar se puede conectar con la unidad de reducción de C02 16, que comprende un reactor de disociación de C02 accionado con energía solar.
El sistema 300 incluye así un combustor 12, una turbina de gas 110, un compresor 18 asociado con la turbina de gas 110, una cámara de mezclado 140, un ciclo de cola de vapor de Rankine 115 y por lo menos un receptor solar 310.
Se hace referencia a la Fig. 4B que ilustra un diagrama en bloque esquemático de otra configuración de una parte del sistema, designado generalmente 300' . El sistema 300' difiere del sistema 300 (Fig. 4A) en que el receptor solar 310 está conectado con el combustor 12 en paralelo. Se utiliza una unidad de control de flujo tal como una válvula de dos puertos 31, que está conectada por un lado con la entrada del combustor 12 y por otra parte a la salida del compresor 18 para controlar las porciones del flujo dirigido al receptor solar 310 o al combustor 12. Estas porciones se pueden determinar con base en la disponibilidad de la energía solar. Además, estas porciones se pueden seleccionar de acuerdo con una necesidad de calentar el C02 que entra en el combustor 12 para afectar la temperatura del gas de trabajo C02 introducido en la turbina de gas 110. En tal caso, un sensor de temperatura (no ilustrado) se puede colocar dentro del combustor 12 o en la salida del combustor, para medir la temperatura del C02 extraído del combustor 12. La operación de la válvula 31 por lo tanto puede ser controlada de acuerdo con la temperatura medida por el sensor de temperatura. Si la temperatura de C02 extraída del combustor 12 es más alta que la temperatura deseada (o un intervalo de temperaturas deseado) , entonces la válvula puede ser controlada para aumentar el flujo de C02 directo en el combustor y disminuye el flujo de C02 al receptor solar 310, para introducir el C02 enfriador en el combustor 12. De forma inversa, si la temperatura de C02 extraída del combustor 12 es más baja que la temperatura deseada (o un intervalo de temperaturas deseado) , entonces la válvula puede ser controlada para disminuir el flujo de C02 directo en el combustor y aumenta el flujo de C02 al receptor solar 310, con el fin de introducir C02 calentado en el combustor 12. La operación de la válvula 31 puede ser conducida por un usuario y/o automáticamente ser efectuada por un sistema de control convenientemente preprogramado (no ilustrado) . Como se describió anteriormente, tal sistema de control incluye un puerto de entrada conectado con el sensor de temperatura para recibir datos del mismo indicativos de la temperatura del C02 que sale del combustor 12; una utilidad de la memoria; una utilidad de procesamiento configurada para procesar y analizar datos medidos para determinar su relación a las condiciones de temperatura deseadas (el valor de temperatura deseado o un intervalo de temperaturas deseado) , para determinar el grado de las porciones del flujo de C02 que debe ser dirigido al receptor solar 310 y al combustor 12 para asegurarse de que la temperatura del C02 que sale del combustor satisface una condición predeterminada, y para generar una señal de control indicativa de los resultados; y un controlador/unidad de manipulación, configurada para recibir la señal del control de la unidad de procesamiento, y manipulación de la válvula 31 por lo tanto, para dirigir las porciones apropiadas al receptor solar 310 y al combustor 12.
Se hace referencia a la Fig. 5 que ilustra un diagrama en bloque esquemático de otra configuración de una parte del sistema, designada generalmente 400. El sistema 400 difiere del sistema descrito anteriormente 200 (Fig. ID) en su uso de un receptor solar 310 para precalentar el CO2 introducido en el combustor 12. El sistema 400 así incluye un receptor solar 310, un combustor 12, una turbina de gas 110, un compresor 18 asociado con la turbina de gas 110, un compresor interenfriado 210 asociado con una turbina de vapor 212, una cámara de mezclado 140, y un ciclo de cola de vapor de Rankine 115 que comprende un generador de vapor 114 y una turbina de vapor 212.
Se hace referencia a la Fig. 6 que ilustra un diagrama en bloque esquemático de otra configuración del sistema, designada generalmente 500. El sistema 500 comprende una unidad de reducción de C02 16, activada por una fuente de energía externa 525 (por ejemplo energía solar) . La unidad de reducción de C02 16 opera como un módulo de reciclaje que convierte C02 en CO y 02 de la reducción C02 en el reactor 560. El C02 introducido en el reactor 560 viene de un tanque de almacenamiento de solución amortiguadora 568 vía un regulador de flujo 562. El tanque de almacenamiento de solución amortiguadora 568 es alimentado por el C02 usado para calentar el ciclo de cola del vapor de Rankine vía una entrada 510 y opcionalmente de una fuente de C02 compuesta tal como corriente de las plantas de combustible fósil vía una entrada 567. La salida de 02 del reactor 560 es comprimido por el compresor 564 y almacenado en un tanque de almacenamiento de solución amortiguadora de 02 566 que regula el flujo de 02 en la cámara de mezclado 140. La salida de CO del reactor 560 es comprimido por el compresor 563 y almacenado en un tanque de almacenamiento de solución amortiguadora de CO 565 que regula el flujo de CO fluyen dentro de la cámara de mezclado 140. El tiempo y la duración en los cuales la turbina 110 se requiere para operar pudieron ser diferentes del período en el cual la unidad de reducción de C02 16 opera. La regulación del flujo por los tanques de almacenamiento para C02 568, y/o CO 566 y 02 565 permite que el flujo del gas de trabajo a la turbina de gas 110 debe ser fijado en el tiempo y duración requeridos para operar la turbina 110. La unidad de reducción de C02 16 es accionada por una fuente de energía externa 25. Opcionalmente, la fuente de energía externa incluye una unidad del convertidor de energía solar que convierta energía solar en trabajo y/o electricidad que se utilizan para operar la unidad de reducción 16. Tal convertidor puede operar solamente durante las horas solares (aproximadamente 8-12 horas por día) .
Además, la unidad de reducción de C02 16 también se puede activar mediante por lo menos uno de la turbina de gas 110 y la turbina de vapor 212, permitiendo la operación de la unidad de reducción 16 durante un período diferente (por ejemplo cuando la disponibilidad de la luz del sol es baja) . El suministro de energía a la unidad de reducción 16 por la turbina de gas 110 y/o la turbina de vapor 212 puede extenderse por hasta 24 horas al día, y se puede utilizar ya sea con la fuente de energía externa, o en lugar de ella.
El sistema 500 implementa un ciclo cerrado que reutiliza el C02 extraído de la turbina de gas 110 para generar su propio combustible. El sistema 500 así incluye un combustor 12, una turbina de gas 110, un compresor 18 asociado con la turbina de gas 110, una cámara de mezclado 140, un ciclo de cola de vapor de Rankine 115 y una unidad de reducción de 02 16, activada opcionalmente por una fuente de energía externa 25 (por ejemplo energía solar) .
Se hace referencia a la Fig. 7 que ilustra un diagrama en bloque esquemático de otra configuración del sistema, generalmente designado 600. El sistema 600 difiere del sistema descrito anteriormente 500 (Fig. 6) en la introducción del compresor C02 interenfriado 210 para comprimir el C02 alimentado en el combustor, adicionalmente al compresor 18, usando la misma configuración que los sistemas 200 y 400 en las Figs . ID y 5 respectivamente. El sistema 600 así incluye un combustor 12, una turbina de gas 110, un compresor 18, un compresor interenfriado 210 asociado con una turbina de vapor 212, una cámara de mezclado 140, un ciclo de cola de vapor de Rankine 115 y una unidad de reducción de C02 16, activada opcionalmente por una fuente de energía externa 25 (por ejemplo energía solar) .
Se hace referencia a la Fig. 8 que ilustra un diagrama en bloque esquemático de otra configuración del sistema, designado generalmente 700. El sistema 700 difiere del sistema 500 (Fig. 6) en la introducción de un receptor solar 310 que precalienta el C02 antes de su introducción en el combustor 112 usando la misma configuración que los sistemas 300 y 400 en las figs. 4A y 5 respectivamente. El sistema 700 así incluye un combustor 12, una turbina de gas 110, un compresor 18 asociado con la turbina de gas 110, una cámara de mezclado 140, un ciclo de cola de vapor de Rankine 115, un receptor solar 310, y una unidad de reducción de 02 16, activada opcionalmente por una fuente de energía externa 525 (por ejemplo energía solar) .
Se hace referencia a la Fig. 9 que ilustra un diagrama en bloque esquemático de otro ejemplo de la configuración de un sistema, designado generalmente 800. El sistema 800 difiere del sistema 600 (Fig. 7) en la introducción de un receptor solar 310 que precalienta el C02 antes de su introducción en el combustor 112. El sistema 800 así incluye un combustor 12, una turbina de gas 110, un compresor interenfriado 210 asociado con una turbina de vapor 212, una cámara de mezclado 140, un ciclo de cola de vapor de Rankine 115, un receptor solar 810, y un compresor 18, una unidad de reducción de C02 550, activada por una fuente de energía externa 525 (por ejemplo energía solar) .
En el ejemplo de las Figs . 6-9 el sistema se basa en la reducción de C02 en CO y 02 y en la reacción de CO y 0¾ para producir C02. Sin embargo, debe ser observado que las configuraciones de sistema de las Figs. 6-9 se pueden modificar de manera que el sistema se basa en la reducción de una mezcla de C02 y agua o vapor en gas de síntesis y 02, y en la reacción de gas de síntesis y 02 para producir una mezcla de C02 y agua o vapor. Tal proceso se describe detalladamente arriba, con referencia a las figs. 2A-2C. Si los sistemas de las figs. 6-9 fueron modificados así, el tanque de almacenamiento de solución amortiguadora 568 sería configurado para almacenar la mezcla de C02 y agua, y posible recibir por lo menos alguna mezcla de C02 y agua vía la entrada 567. El reactor 560 sería configurado para reducir una mezcla de C02 y agua en gas de síntesis y 02. El tanque de almacenamiento del CO 565 sería configurado para almacenar gas de síntesis y regular el flujo de gas de síntesis en la cámara de mezclado o el combustor.
Se hace referencia a la Fig. 10, que proporciona un ejemplo de cómo los principios de la invención se pueden utilizar en una planta de generación de energía 900 usando un ciclo de vapor de ankine. Aquí, la parte del calor para generar y sobrecalentar el vapor es proporcionada mediante la combustión de CO con 02 limpio, que se generan en el reactor de disociación de C02 560, y el resto del calor es proporcionado opcionalmente por un combustible (por ejemplo carbón) que se combustiona en aire.
La planta de generación de energía 900 incluye un combustor de combustible opcionalmente estándar (por ejemplo carbón o gas natural) y generador de vapor 902, un combustor de oxicombustible de CO y un generador de vapor 12, un tanque de almacenamiento de C02 906, una unidad de reducción de C02 16, y un ciclo de vapor de Rankine 115. La planta de generación de energía 900 incluye así un sistema para operar el primer ciclo de C02, CO, y 02 similar al sistema descrito anteriormente 10' de la Figura 3. Otros sistemas para realizar un ciclo de vapor de Rankine 115 se describen arriba con referencia a las figs. 1C-1D, 4A-4B, 5-9, y ellos también pueden incluir opcionalmente el combustor del combustible 902. El sistema para operar el primer ciclo, que incluye la combustión del oxicombustible de CO a C02, proporciona calor al sistema para realizar el ciclo de vapor de Rankine 115 vía una HRU 17a. El combustor de combustible estándar 902, si está presente, proporciona calor al sistema para realizar el ciclo de vapor de Rankine 115 vía una HRU 17b.
El uso de la planta 900 disminuye (o incluso elimina) la necesidad de utilizar combustible (tal como carbón o gas natural) que se combustiona en aire. Generalmente, la corriente, extraída de un combustible que se combustiona en aire es principalmente una mezcla de hollín, N2, O2, C02, H20 e incluye las porciones pequeñas de varios subproductos dañinos tales como S02 y NO . El hollín, S02 y NOx generalmente son retirados restregando en la emisión de chimenea del combustor de combustible 902. La separación de C02 de los otros componentes de la mezcla, especialmente N2 y 02, es un proceso muy costoso e ineficaz. La combustión del oxicombustible de CO en el combustor 12 produce una corriente de C02 casi limpia - no se produce ni N2 ni NOx; hay considerablemente menos hollín y S02 , y su limpieza es por lo tanto relativamente fácil. Después de la limpieza, no hay necesidad de la separación de CO2 de otro gas de extracción. Por lo tanto la parte de la combustión en la planta 900 que es combustión del oxicombustible, disminuye la emisión de los productos dañinos generados mediante la combustión de un combustible en aire.
En el ciclo de vapor de Rankine 115, el vapor 135 es sobrecalentado por intercambio de calor vía una HRU 17a entre el vapor y/o agua y C02 caliente generado por el combustor 12, así como por intercambio de calor vía la HRU 17b entre el vapor 135 y los productos de combustión calentados generados por la combustión del combustible estándar en el combustor 902. La HRU 17a y 17b pueden operar en serie o en paralelo. El vapor 135 entonces se introduce en la turbina 212, que está conectada con un generador eléctrico 120, que proporciona electricidad a una rejilla eléctrica 904. El vapor 135 descarga algo de su energía térmica en la turbina 212, y se extrae de la turbina 212 en forma de vapor o mezcla de vapor/agua. Esta mezcla después es condensada hasta que 100% de agua líquida en el condensador 118, bombeada hasta la presión requerida por la turbina en la bomba de agua 117 y redireccionada a la HRU 17a y la HRU 17b que será calentada otra vez. La HRU 17a es similar a la HRU 17 de las figs. 1A-1B, y puede incluir a un generador de vapor 114 y/o a un intercambiador de calor agua-C02 116, como es mencionado arriba con referencia a las figs. 1C-1D, 3, 4A-4B, 5-9. Como es mencionado arriba, la unidad de reducción de C02 16 puede ser de cualquier tipo apropiado conocido, por ejemplo como es descrito en PCT/IL2009000743.
Debe ser observado que la planta de energía 900 también trabajaría con un ciclo en el cual un gas de trabajo de C02 y agua es reducido a un combustible de gas de síntesis y 02, que después son recombinados por combustión para producir el gas de trabajo de C02 y agua. Tal ciclo se describe arriba con referencia a las figs. 2A, 2B y 2C.
Ahora se hace referencia a la Fig. 11, que ilustra un ejemplo del uso de los principios de la presente invención en la planta de la generación de energía 920 que utiliza un ciclo de vapor de Rankine. En la planta 920, parte, o todo el calor para generar y sobrecalentar el vapor es proporcionada combustionando combustible (por ejemplo carbón o gas natural) en un combustor de oxicombustible 922 (pureza de aproximadamente 90% o más alta) de 02 limpio, que se produce en la planta de disociación de C02,y agua. Opcionalmente, el resto del calor es proporcionado, en serie o paralelo, mediante combustión del combustible (por ejemplo carbón o gas natural) en el aire en un segundo, combustor de combustible estándar 902.
La diferencia entre la planta 920 y la planta descrita anteriormente 900 de la Figura 10 está en que el combustor C02 12 de la planta 900 es substituido por un combustor de combustible 922 en la planta 920. En el combustor 922, un combustible (tal como carbón o gas natural) reacciona con el oxígeno substancialmente puro (combustión del oxicombustible) . El combustible es suministrado al combustor de un depósito externo (por ejemplo facilidad de almacenamiento de carbón, o tanque de almacenamiento de gas natural) , más bien que es producido en un reactor de disociación de C02 (o C02 y agua) . Los productos de la combustión del oxicombustible es una mezcla caliente en su mayor parte de C02 y de H20, que transfiere su calor al ciclo de vapor de Rankine 115 vía la HRU 17a (similar a la HRU 17 descrita arriba) . El C02 y agua después se dirigen a la unidad de reducción de C02 y agua 42 (descrita en las Figs . 2A-2C) , en donde la disociación en el gas de síntesis (una mezcla de CO y 02) y 02 es realizada. El almacenamiento de C02 y agua 908 se pueden utilizar para controlar el flujo de C02 y agua a la unidad de reducción 42. Después del proceso de disociación en la unidad de reducción 42, el oxígeno se transfiere a un tanque de almacenamiento de 02 566 para uso en la combustión del oxicombustible del combustible (por ejemplo carbón) en el combustor del combustible 922. La mezcla de CO y H2 producidos en la unidad de reducción 42 se envía a un tanque de almacenamiento de gas de síntesis 924 para el uso adicional en otras aplicaciones tales como producción de otro combustible - por ejemplo, un combustible líquido para transporte (por ejemplo metanol, diesel, o combustible de aviación a base de queroseno) . Similar a la planta 900 de la Figura 10, el uso de la planta 920 también disminuye la emisión de productos dañinos generados por la combustión de un combustible en aire porque por lo menos la parte de la combustión en la planta 920 es combustión de oxicombustible .
Así, la presente invención proporciona un sistema eficaz de generación de energía nuevo, que se puede utilizar en varias aplicaciones. Las personas experimentadas en la técnica apreciarán fácilmente que las varias modificaciones y cambios se puedan aplicar a las modalidades de la invención como es descrito arriba sin salir de su alcance definido en y por las reivindicaciones anexas.
Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (50)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se -reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones :
1. Un sistema de generación de energía para uso en operar un motor de calor, caracterizado porque comprende: una unidad de reducción energizada por una fuente de energía externa y está configurada y es operable por la reducción de C02 en CO y 02, la unidad de reducción de C02 tiene una entrada de gas asociada con una salida de gas del motor de calor para introducir C02, y que tiene salidas de C02 y 02, y un combustor que comprende una pluralidad de entradas de gas que incluyen entradas de gas conectadas con las salidas de la unidad de reducción para recibir los gases de CO y 02( y una entrada de gas para recibir un fluido de trabajo de C0 , y una salida de gas conectable a una entrada de gas del motor de calor, el combustor está configurado y es operable para provocar una reacción entre los gases de CO y 02 de este modo combustionando el gas de CO para formar gas de C02, y para suministrar a través de la salida de gas, un gas de C02 substancialmente puro para accionar el motor de calor, el sistema de este modo proporciona la operación de la máquina de calor accionada por la fuente de energía externa vía la reducción de C02.
2. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el combustor además comprende una entrada adicional asociada con la salida de gas del motor de calor y configurada para recibir por lo menos una porción del C02 extraído por el motor de calor.
3. El sistema de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque comprende uno o más compresores conectados a una o más entradas del combustor y está configurado y es operable para comprimir C02 y para suministrar por lo menos una porción del C02 comprimido al combustor .
4. El sistema de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el compresor también está conectado con la entrada de gas del motor de calor, el compresor está configurado y es operable para introducir por lo menos una porción del C02 comprimido dentro del motor de calor.
5. El sistema de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque comprende un segundo compresor, conectado a la entrada de gas de la unidad de reducción de C02, y configurado para comprimir C02 extraído por el motor de calor y suministrar por lo menos una porción del C02 comprimido a la unidad de reducción de C02.
6. El sistema de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque comprende un generador eléctrico conectado al motor de calor, el generador eléctrico está configurado y es operable para convertir el trabajo producido por el motor de calor en energía eléctrica.
7. El sistema de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, caracterizado porque un generador eléctrico está conectado al compresor, el compresor es accionado por el generador eléctrico de este modo proporcionando la energía requerida para circular el fluido de trabajo en un ciclo de circuito cerrado.
8. El sistema de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-7, caracterizado porque comprende una cámara de mezclado interconectada entre la salida de la unidad de reducción y la entrada del combustor, la cámara de mezclado está configurada y es operable para recibir 02 y CO y proporcionar la mezcla de CO y 02 al combustor.
9. El sistema de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el motor de calor comprende por lo menos uno de una turbina de gas, una turbina de vapor, y un motor de combustión interna.
10. El sistema de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque está configurado como un ciclo combinado que comprende más de un ciclo termodinámico .
11. El sistema de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el ciclo combinado comprende un primer ciclo y un segundo ciclo, el primer ciclo comprende un motor de calor y el segundo ciclo comprende una tubina de Rankine .
12. El sistema de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el ciclo combinado comprende una unidad de recuperación de calor conectado con la salida del motor de calor y que tiene por lo menos una entrada de C02 y una salida de C0 , la HRU está configurada y es operable para transferir por lo menos algo de calor del C02 extraído por el motor de calor a un fluido que circula en el segundo ciclo.
13. El sistema de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque la HRU comprende un generador de vapor que utiliza calor del gas extraído de C02 para transformar agua en vapor o a vapor caliente y por lo menos una turbina de vapor conectada a la salida del generador de vapor.
14. El sistema de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque por lo menos una turbina de vapor está conectada con un segundo generador eléctrico accionado por la turbina de vapor.
15. El sistema de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 , caracterizado porque: la unidad de reducción está configurada y es operable para reducir una mezcla de C02 y agua o vapor en 02 y gas de síntesis (una mezcla de CO y H2) ; el combustor está configurado y es operable para la reacción entre el gas de síntesis y 02 que produce la mezcla de C02 y agua-vapor; y el motor de calor es accionado por la salida de gas del combustor que comprende la mezcla de C02 y agua- apor.
16. El sistema de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 15, caracterizado porque el segundo ciclo comprende un condensador configurado y es operable para condensar el vapor extraído de la turbina de vapor para producir agua condensada.
17. El sistema de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque comprende un compresor interenfriado conectado a y accionado por la turbina de vapor, el compresor interenfriado está configurado y es operable para comprimir fluido extraído por el motor de calor y está dirigido al combustor o a la turbina de vapor mediante el enfriamiento del fluido vía un intercambio de calor con por lo menos una porción del agua producida en el condensador.
18. El sistema de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, caracterizado porque la fuente de energía externa comprende un receptor solar conectado a la unidad de reducción, que comprende un reactor de disociación de C02 accionado con energía solar.
19. El sistema de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 2 a 18, caracterizado porque comprende un receptor solar conectado a la entrada adicional del combustor y está configurado y es operable para precalentar fluido que atraviesa la entrada adicional antes de alimentar el fluido dentro del combustor.
20. El sistema de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, caracterizado porque comprende un receptor solar conectado a por lo menos la entrada adicional del combustor y la salida de gas del combustor, el receptor solar está configurado y es operable para calentar fluido en paralelo al combustor o corriente arriba del combustor.
21. El sistema de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque comprende un controlador de flujo colocado corriente arriba del receptor solar, el controlador de flujo está configurado y es operable para determinar las porciones de flujo que están dirigidas ya sea al receptor solar o al combustor, cuando el receptor solar es colocado en paralelo al combustor.
22. El sistema de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 18 a 21, caracterizado porque el receptor solar está conectado a la salida de un compresor primario asociado con el combustor, el receptor solar está configurado y es operable para calentar el fluido comprimido que deja el compresor primario.
23. El sistema de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 22, caracterizado porque la unidad de reducción comprende: un módulo de almacenamiento de solución amortiguadora para recibir de la HRU, el fluido es C02 o la mezcla de C02 y vapor o agua; un reactor de reducción está configurado y es operable para recibir el fluido del módulo de almacenamiento de solución amortiguadora y para reducir C02 en CO y 02 o la mezcla de C02 y el vapor o agua en el gas de síntesis y 02; un regulador de flujo que regula el flujo de fluido del módulo de almacenamiento de solución amortiguadora al reactor de reducción; un primer compresor configurado y operable para comprimir CO o gas de síntesis que deja el reactor de reducción y para suministrar CO comprimido o gas de síntesis al combustor, y un segundo compresor configurado y operable para comprimir 02 que deja el reactor de reducción y para suministrar 02 al combustor.
24. El sistema de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque el módulo de almacenamiento de solución amortiguadora recibe C02 o una mezcla de C02 y agua o vapor de una fuente externa.
25. Un sistema para operar un ciclo de vapor que activa una turbina de vapor, caracterizado porque comprende: una unidad de reducción energizada por una fuente de energía externa y está configurada y es operable para reducir C02 en CO y 02, la unidad de reducción tiene una entrada de gas configurada para recibir C02, y tiene salidas de gas de CO y 02; un combustor que tiene una primera entrada de gas configurada para recibir CO de la unidad de reducción, una segunda entrada de gas configurada para recibir 02 de la unidad de reducción, y una salida de gas asociada con la entrada de gas de la unidad de reducción, el combustor está configurado y es operable para una reacción entre los gases de CO y 02, de este modo combustionando el gas de CO para formar el gas de C02, y para suministrar un gas de combustión de C02 substancialmente puro a la unidad de reducción; una unidad de recuperación de calor (HRU) conectada con la salida del combustor,^ la HRU comprende por lo menos una entrada y una salida, y está configurada y es operable para transferir por lo menos algo de calor de C02 producido en el combustor al agua y/o vapor que circula en el ciclo de vapor, de tal modo activando el ciclo de vapor y accionando la turbina de vapor .
26. El sistema de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado porque: la unidad de reducción comprende una reducción de una mezcla de C02 y agua o vapor en 02 y gas de síntesis (una mezcla de CO y H2) ; y la reacción en el combustor comprende una reacción entre el gas de síntesis y 02 que produce la mezcla de C02 y agua o vapor.
27. Una planta de energía para generar electricidad, caracterizada porque comprende: un ciclo del vapor que comprende una turbina de vapor que tiene una entrada para recibir vapor a alta temperatura y una salida para extraer la corriente de vapor y/o agua que tiene una temperatura inferior y presión que el vapor a alta temperatura, la turbina de vapor es activada por el paso de vapor a través de la misma; el sistema de conformidad con las reivindicaciones 25 o 26, para transferir por lo menos algo de calor del extractor del combustor al agua y/o vapor extraídos por la turbina de vapor, de este modo activando el ciclo de vapor y accionando la turbina de vapor; y un generador eléctrico asociado con la turbina de vapor y configurado para usar el trabajo generado por la turbina de vapor para generar electricidad.
28. La planta de energía de conformidad con la reivindicación 27, caracterizada porque además comprende un combustor de combustible para combustionar un combustible en aire y transferir por lo menos algo de calor de por lo menos un producto de combustión de la combustión en aire al agua y/o vapor antes de que entre en la turbina de vapor.
29. La planta de energía de conformidad con la reivindicación 28, caracterizada porque el combustible puede comprender carbón o gas natural .
30. Un método para ser usado en la operación de un motor de calor, caracterizado porque comprende: (a) reducir un gas de C02 en CO y gases de 02; (b) hacer reaccionar los gases de CO y 02, de este modo combustionando el gas de CO, y produce un gas de salida de C02 substancialmente puro; (c) suministrar el .gas de salida de C02 al motor de calor como un gas de trabajo en su proceso de generación de calor a trabajo.
31. El método de conformidad con la reivindicación 30, caracterizado porque además comprende: (d) dirigir gas de C02 extraído por el motor de calor a una unidad de reducción para reacción adicional; y (e) repetir los pasos anteriores; el método por lo tanto genera un ciclo de circuito cerrado de la operación de motor de calor mediante la reutilización del C02 extraído del motor de calor para producir CO y 02.
32. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 30 ó 31, caracterizado porque por lo menos una parte del gas de C02 extraído del motor de calor puede ser combustionado para uso como fluido de trabajo en el ciclo .
33. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 30 a 32, caracterizado porque la reducción de C02 en CO y 02 es realizada usando energía solar.
34. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 30 a 33, caracterizado porque la reducción de C02 en CO y 02 es realizada mediante el uso adicional de gas de C02 suministrado de una fuente externa.
35. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 30 a 34, caracterizado porque comprende la generación de corriente eléctrica mediante el uso de trabajo generado por el motor de calor para accionar un generador eléctrico conectado con el motor de calor.
36. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 30 a 35, caracterizado porque comprende mezclar el CO y el 02 antes de la combustión para producir una mezcla de CO y 02.
37. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 30 a 36, caracterizado porque comprende recuperar calor del gas de C02 extraído del motor de calor.
38. El método de conformidad con la reivindicación 37, caracterizado porque comprende utilizar calor del gas extraído de C02 al vapor de calor o transformar agua a vapor.
39. El método de conformidad con la reivindicación 38, caracterizado porque comprende accionar por lo menos una turbina de vapor mediante el uso de vapor.
40. El método de conformidad con la reivindicación 39, caracterizado porque comprende generar energía eléctrica mediante el uso de trabajo producido en la turbina de vapor.
41. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 37 a 40, caracterizado porque comprende reciclar el vapor en un ciclo de Rankine activado por el calor del gas extraído de C02.
42. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 30 a 41, caracterizado porque comprende comprimir C02 y utiliza por lo menos parte del C02 comprimido como fluido de trabajo en la combustión.
43. El método de conformidad con la reivindicación 42, caracterizado porque comprende accionar por lo menos un compresor mediante el uso del motor de calor y suministrar por lo menos una parte del C02 comprimido al motor de calor.
44. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 30-43, caracterizado porque comprende dirigir por lo menos una parte del gas de C02 extraído por el motor de calor a la unidad de reducción para la reducción de C02 o C02 y agua.
45. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 30-44, caracterizado porque: una mezcla de C02 y agua o vapor puede ser reducida al gas de síntesis (una mezcla de CO y H2) y 02 separado; el gas de síntesis reacciona con 02 para producir una mezcla de C02 y agua; la mezcla de C02 y agua o vapor es suministrada al motor de calor; y la mezcla de C02 y agua o vapor extraídos del motor de calor se dirige a la unidad de reducción para reducción adicional .
46. Un método para ser usado en operar un ciclo de vapor activando una turbina de vapor, caracterizado porque comprende : (a) reducir un gas de C02 en gases de CO y 02; (b) hacer reaccionar los gases de CO y 02, de este modo combustionar el gas de CO y producir un gas de salida de C02 substancialmente puro; (c) dirigir el gas de la salida de C02 a una unidad de recuperación de calor para transferir por lo menos algo de calor del gas de salida para activar la turbina de vapor y permitir la reducción adicional de C02 extraído de la HRU en gases de CO y 02 y después la combustión del gas de CO, por lo tanto que opera en un circuito cerrado.
47. El método de conformidad con la reivindicación 46, caracterizado porque: una mezcla de C02 y agua o vapor puede ser reducida al gas de síntesis (una mezcla de CO y H2) y 02; el gas de síntesis y 02 son reaccionados para producir una mezcla de C02 y agua; la mezcla de C02 y agua o vapor es dirigida a la HRU; y una mezcla de C02 y agua o vapor extraídos de la HRU se dirige a la unidad de reducción para reducción adicional.
48. Una planta de energía para generar electricidad caracterizada porque comprende: un ciclo de vapor que comprende una turbina de vapor que tiene una entrada para recibir vapor a alta temperatura y una salida para extraer vapor y/o agua que tiene una presión y temperaturas más bajas que el vapor de alta temperatura, la turbina de vapor es activada por el paso de vapor a través de la misma; un primer combustor de combustible, configurado para realizar una combustión del oxicombustible de un combustible a base de carbón y producir un gas extraído que es una mezcla de C02 y agua o vapor, el primer combustor de combustible que tiene una entrada de combustible para recibir el combustible de una fuente externa, una entrada de oxígeno, para recibir oxígeno, y una salida de la extracción de gas de extracción; una unidad de recuperación de calor, configurada para transferir por lo menos algo de calor del gas de extracción del combustor al agua y/o al vapor extraídos por la turbina de vapor, de este modo activar el ciclo de vapor y accionar la turbina de vapor; una unidad de reducción, configurada para recibir el gas de extracción del combustor que sale de la HRU y que reduce la mezcla de C02 y agua o vapor en el gas de síntesis (una mezcla de CO y H2) y 02, la unidad de reducción tiene una salida de oxígeno para reintroducir el 02 en el primer combustor de combustible, y una salida de gas de síntesis para extraer el gas de síntesis; una unidad de almacenamiento de gas de síntesis, para recibir y almacenar el gas de síntesis extraído por la unidad de reducción; y un generador eléctrico asociado con la turbina de vapor y configurado para usar el trabajo generado por la turbina de vapor para generar la electricidad para uso en una rejilla eléctrica .
49. La planta de energía de conformidad con la reivindicación 48, caracterizada porque además comprende: un segundo combustor de combustible para combustionar un segundo combustible en aire; y un segundo HRU para transferir por lo menos algo de calor de por lo menos un producto de combustión en aire al agua y/o vapor extraídos por la turbina de vapor.
50. La planta de energía de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 48 ó 49, caracterizada porque por lo menos uno del primero y segundo combustibles comprende carbón o gas natural .
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