MX2015003337A - Procesamiento de compuestos de carbono-oxigeno-hidrogeno (c-o-h) para la produccion de combustible liquido o hidrogeno. - Google Patents

Abstract

Se describen métodos y sistemas para extraer hidrógeno y/o combustible líquido de un compuesto que comprende carbono, oxígeno, e hidrógeno ("C-O-H"). El compuesto puede incluir celulosa, lignina, y/o hemicelulosa, a manera de ejemplo. El compuesto puede incluir una corriente residual que incluye al menos un compuesto de C-O-H. Se puede combinar agua el compuesto de C-O-H para producir una forma húmeda del compuesto de C-O-H. La forma húmeda del compuesto de C-O-H se puede transferir a una cámara de procesamiento de reacción. La forma húmeda del compuesto de C-O-H se puede calentar dentro de la cámara de reacción tal que los elementos del compuesto de C-O-H se disocian y reaccionan, con un producto de reacción que comprende al menos gas hidrógeno y/o combustible líquido. Algunas modalidades pueden utilizar reacciones de no oxidación para producir el hidrógeno y/o combustible líquido, tal como reacciones de pirolisis hidratada. El gas hidrógeno y/o combustible líquido se pueden utilizar para generar energía eléctrica, calor, o para accionar diferentes tipos de motores.

Description

PROCESAMIENTO DE COMPUESTOS DE CARBONO-OXíGENO-HIDRÓGENO (C- 0-H) PARA LA PRODUCIÓN DE COMBUSTIBLE LÍQUIDO O HIDRÓGENO ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Ha habido varios métodos para la extracción de hidrógeno a partir de celulosa (C6H10O5). Uno de los métodos se enfoca en usar organismos microbianos junto con hidróxido de sodio (NaOH) y un catalizador para provocar una reacción que libera el hidrógeno en la celulosa y captura el carbono en la celulosa como carbonato de sodio (Na2CC>3). Aún existe la necesidad pendiente de desarrollar una manera más simple y efectiva en el costo para generar gas hidrógeno a partir de todos los compuestos de C-O-H encontrados en la biomasa celulósica, de manera más general, y de una manera que permite el uso eficiente del hidrógeno resultante para el uso en el sitio, para purificación, envasado y distribución o para generación de energía a partir del gas hidrógeno de producto de reacción usando una máquina de vaivén, turbina, o celda de combustible.

En tanto que en la téenica existen varias técnicas de extracción de hidrógeno de biomasa celulósica, aún existe la necesidad general del desarrollo de técnicas alternativas que puedan ser efectivas en el costo, energéticamente eficientes y útiles para aplicaciones que usen hidrógeno, incluyendo hidrógeno a demanda, y conversión a una corriente Ref . 254952 de gas rica en hidrógeno que se pueda quemar directamente para producir energía y calor. Las aplicaciones de energía y calor del hidrógeno eficientemente generado en lugar de combustibles fósiles son útiles para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, de otras aplicaciones que requieren calor o energía, incluyendo la producción de biocombustibles líquidos. Esta necesidad se impulsa al menos en parte por la amplia variedad de aplicaciones que hacen uso de hidrógeno, algunas de las cuales tienen consideraciones significativamente diferentes de operación que otras. El hidrógeno, producido a demanda, disponible para el uso en el sitio en el cual se genera y por tanto que no requiere infraestructura costosa para su transporte, y se produce a presión atmosférica y bajas temperaturas que existen en la téenica anterior, cumpliría esta necesidad.

Adicionalmente, se ha hecho trabajo extenso en la conversión de celulosa, que es un ejemplo de un compuesto de C-O-H, en etanol (fórmula molecular: C2H5OH). Se conoce el etanol como alcohol para beber encontrado en bebidas. El etanol es un solvente inflamable y miscible con agua y muchos solventes orgánicos. El uso más grande del etanol es como combustible para motores y aditivo de combustible. En los Estados Unidos de América, el etanol se mezcla más comúnmente con gasolina como una mezcla de etanol al 10%. Esta mezcla se vende ampliamente a todo lo largo del Medio Oeste de los Estados Unidos de América, y en ciudades requeridas por el Acta de Aire Limpio de 1990 para oxigenar su gasolina durante el invierno. La tasa de retorno energético del etanol producido de maíz en los Estados Unidos de América es de 1.34. Esto significa que produce 34% más energía que lo que toma producirlo.

En tanto que existen de esta manera en la téenica varias técnicas para producir combustible líquido a partir de compuestos de H-O-C, aún existe la necesidad general del desarrollo de técnicas alternativas. Esta necesidad es impulsa al menos en parte por la amplia variedad de aplicaciones que hacen uso de los combustibles líquidos, algunas de las cuales tienen consideraciones significativamente diferentes de operación que otras.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Se describen métodos y sistemas para extraer hidrógeno y/o de combustible líquido a partir de un compuesto que comprende carbono, oxígeno e hidrógeno ("C-O-H"). El compuesto puede incluir celulosa, lignina, y/o hemicelulosa, a manera de ejemplo. El compuesto puede incluir corrientes residuales que incluyen al menos un compuesto de C-O-H. Se puede combinar agua con el compuesto de C-O-H para producir una forma húmeda del compuesto de C-O-H. La forma húmeda del compuesto de C-O-H se puede transferir en una cámara de procesamiento de reacción. La forma húmeda del compuesto de C-O-H se puede calentar dentro de la cámara de reacción tal que los elementos del compuesto de C-O-H se disocian y reaccionen, con un producto de reacción que comprende al menos gas hidrógeno y/o combustible líquido. Algunas modalidades pueden utilizar reacciones no de oxidación para producir el hidrógeno y/o combustible líquido, tal como reacciones de pirólisis hidratada. El gas de hidrógeno y/o combustible líquido se pueden utilizar para generar energía eléctrica, calor, diferentes tipos de energía de motores.

Algunas modalidades pueden proporcionar ventajas generales. El hidrógeno generado de los compuestos de C-O-H de acuerdo con varias modalidades puede comprender reacciones que pueden presentarse bajo condiciones que comprenden presión atmosférica. Las temperaturas de reacción también pueden comprender temperaturas que varían de 300°C a 1200°C dependiendo de los requisitos para la forma del hidrógeno producido. Las modalidades también pueden incluir mezclar con agua en la biomasa en la forma de un líquido, en lugar de hacer reaccionar en la forma de vapor de agua; las modalidades de esta manera no pueden comprender una reacción de cambio de agua. Las modalidades también pueden usar una variedad de materiales diferentes, que incluyen, pero no se limitan a, celulosa, lignina, hemicelulosa, o combinaciones de cualquiera de los tres. Algunas modalidades pueden utilizar otras materias primas y/o corrientes residuales que incluyen C-O-H, tal como desperdicio de papel, serrín de una amplia variedad de tipos de madera, cartón, heno, paja, cesped, residuos sólidos municipales, residuos sólidos desinfectados, residuos nucleares simulados, residuos de madera de construcción y demolición; estas varias materias primas se pueden referir en general como productos residuales. Las modalidades se pueden usar para producir hidrógeno al separar el H2 del CO2 y otros subproductos, o manteniendo el H2 y el C02 conjuntamente para quema para calor, energía, CHP, y/o producción de combustibles líquidos, sólo a manera de ejemplo.

Algunas modalidades incluyen un método para extraer hidrógeno de un compuesto que comprende carbono, oxígeno, e hidrógeno. El método puede incluir: combinar agua con el compuesto para producir una forma húmeda del compuesto; transferir la forma húmeda del compuesto en una cámara de procesamiento de reacción; calentar la forma húmeda del compuesto dentro de la cámara de reacción tal que los elementos comprendidos por la forma húmeda del compuesto se disocien y reaccionen, en donde un producto de reacción comprende gas hidrógeno; y/o extraer el gas hidrógeno.

En algunas modalidades, la forma húmeda del compuesto dentro de la cámara de reacción se puede calentar tal que los elementos comprendidos por la forma húmeda del compuesto puedan disociarse y reaccionar a través de una reacción no de oxidación. La reacción no de oxidación puede incluir una reacción de pirólisis hidratada. El calentamiento de la forma húmeda del compuesto dentro de la cámara de reacción puede presentarse bajo condiciones de presión atmosférica.

El compuesto puede consistir de carbono, oxígeno, e hidrógeno. El compuesto puede incluir celulosa. El compuesto puede incluir lignina. El compuesto puede incluir hemicelulosa. El compuesto puede incluir una corriente residual que incluye compuesto de C-O-H. En algunas modalidades, el agua incluye agua líquida.

Algunas modalidades proporcionan un flujo de un gas inerte a la cámara de reacción. El gas inerte puede incluir al menos argón o nitrógeno. El gas hidrógeno extraído se puede procesar para generar al menos energía eléctrica o calor. El gas hidrógeno extraído se puede procesar para producir combustibles líquidos. El gas hidrógeno extraído se puede procesar por quema del gas hidrógeno. El gas hidrógeno extraído se puede procesar al alimentar el gas hidrógeno en una celda de combustible.

El procesamiento del gas hidrógeno puede incluir hacer pasar los gases de producto de reacción a través de una cámara de presión reducida para remover las trazas de carbono sin reaccionar. El procesamiento del gas hidrógeno puede incluir hacer pasar los gases de producto de reacción a través de una cámara enfriada con agua para remover el agua sin reaccionar. El calentamiento de la forma húmeda del compuesto puede incluir calentar la forma húmeda del compuesto a una temperatura entre 700°C y 1100°C.

La transferencia de la forma húmeda del compuesto en una cámara de procesamiento de reacción puede presentarse de manera continua. La transferencia continua de la forma húmeda del compuesto en el reactor puede utilizar una geometría que reduce la presencia de aire.

Algunas modalidades incluyen un sistema para extraer hidrógeno de un compuesto que comprende carbono, oxígeno, e hidrógeno. El sistema puede incluir: una cámara de procesamiento; una fuente de calentamiento en comunicación térmica con un interior de la cámara de procesamiento; una fuente del compuesto colocada dentro de la cámara de procesamiento; una fuente de agua para reaccionar con el compuesto; y/o un sistema de escape para extraer el gas hidrógeno resultante de la cámara de procesamiento.

La cámara de procesamiento y/o la fuente de calentamiento se pueden configurar para calentar una forma húmeda del compuesto dentro de la cámara de procesamiento tal que los elementos comprendidos por la forma húmeda del compuesto se disocien y reaccionen a través de una reacción no de oxidación. La reacción no de oxidación puede incluir una reacción de pirólisis hidratada. La fuente de agua puede ser configurada para combinar agua con el compuesto para producir una forma húmeda del compuesto fuera de la cámara de procesamiento.

El sistema puede incluir un transportador para transportar la forma húmeda del compuesto hasta la cámara de procesamiento. La cámara de procesamiento se puede configurar para operar bajo condiciones de presión atmosférica.

Para el sistema, el compuesto puede consistir de carbono, oxígeno, e hidrógeno. El compuesto puede incluir celulosa. El compuesto puede incluir lignina. El compuesto puede incluir hemicelulosa. El compuesto puede incluir una corriente residual que incluye compuestos de C-O-H. El agua puede incluir agua líquida.

El sistema puede incluir un sistema de distribución de gas configurado para proporcionar un flujo de gas inerte a la cámara de procesamiento. El gas inerte puede incluir al menos argón o nitrógeno. El gas hidrógeno extraído se puede procesar para generar al menos energía eléctrica o calor. El gas hidrógeno extraído se puede procesar para producir combustibles líquidos. El gas hidrógeno extraído se puede procesar al quemar el gas hidrógeno. El gas hidrógeno extraído se puede procesar al alimentar el gas hidrógeno en una celda de combustible.

En algunas modalidades, el sistema de escape para extraer gas hidrógeno resultante de la cámara de procesamiento se configura para hacer pasar los gases de producto de reacción a través de una cámara de presión reducida para remover las trazas de carbono sin reaccionar. En algunas modalidades, el sistema de escape para extraer de gas hidrógeno resultante de la cámara de procesamiento se configura para hacer pasar los gases de producto de reacción a través de una cámara enfriada con agua para remover el agua sin reaccionar.

En algunas modalidades, al menos la cámara de procesamiento o la fuente de calentamiento se configuran para calentar una forma húmeda del compuesto una temperatura de entre 700°C y 1100°C. Algunas modalidades incluyen un transportador configurado para transferir una forma húmeda del compuesto a la cámara de procesamiento. El transportador se puede configurar para transferir de manera continua a la forma húmeda del compuesto a la cámara de procesamiento. Esto puede utilizar una geometría que reduzca la presencia de aire.

Algunas modalidades incluyen un método para extraer hidrógeno para procesamiento adicional. El método puede incluir: calentar un compuesto húmedo, el compuesto que comprende carbono, oxígeno, e hidrógeno, tal que elementos comprendidos del compuesto húmedo se disocien y reaccionen para formar al menos gas hidrógeno; y/o procesar el gas hidrógeno.

El calentamiento del compuesto húmedo tal que los elementos comprendidos del compuesto húmedo puedan disociarse y reaccionar para formar al menos gas hidrógeno a través de una reacción de no oxidación. La reacción de no oxidación puede incluir una reacción de pirólisis hidratada. El gas hidrógeno se puede procesar para generar al menos energía eléctrica o calor. El gas hidrógeno se puede procesar para producir combustibles líquidos.

En algunas modalidades, el compuesto consiste de carbono, oxígeno, e hidrógeno. El compuesto puede incluir celulosa. El compuesto puede incluir lignina. El compuesto puede incluir hemicelulosa . El compuesto puede incluir corrientes residuales que incluyen compuestos de C-O-H.

El procesamiento del gas hidrógeno puede incluir quemar el gas hidrógeno. El procesamiento del gas hidrógeno puede incluir alimentar el gas hidrógeno en una celda de combustible.

Algunas modalidades pueden incluir formar el compuesto húmedo a través de la mezcla de agua con el compuesto que comprende carbono, oxígeno, e hidrógeno antes de calentar el compuesto húmedo.

Algunas modalidades incluyen un sistema para extraer hidrógeno para procesamiento adicional. El sistema puede incluir: una cámara de procesamiento en comunicación térmica con una fuente de calor configurada para calentar un compuesto húmedo, el compuesto que comprende carbono, oxígeno, e hidrógeno, tal que los elementos comprendidos de compuesto húmedo se disocien y reaccionen para formar al menos gas hidrógeno; y/o un sistema de escape configurado para procesar el gas hidrógeno.

La cámara de procesamiento en comunicación térmica con la fuente de calor se puede configurar para calentar el compuesto húmedo tal que los elementos comprendidos del compuesto húmedo se disocien y reaccionen para formar al menos gas hidrógeno a través de una reacción de no oxidación. La reacción de no oxidación puede incluir una reacción de pirólisis hidratada.

El sistema de escape configurado para procesar el gas hidrógeno se puede configurar para procesar el gas hidrógeno para generar al menos energía eléctrica o calor. El sistema de escape configurado para procesar el gas hidrógeno se puede configurar para procesar gas hidrógeno para producir combustibles líquidos.

Para el sistema, el compuesto puede consistir de carbono, oxígeno, e hidrógeno. El compuesto puede incluir celulosa. El compuesto puede incluir lignina. El compuesto puede incluir hemicelulosa. El compuesto puede incluir una corriente residual que incluye compuestos de C-O-H.

El sistema de escape configurado para procesar el gas hidrógeno se puede configurar para quemar el gas hidrógeno. El sistema de escape configurado para procesar el gas hidrógeno se puede configurar para alimentar el gas hidrógeno en una celda de combustible.

El sistema puede incluir un transportador configurado para transferir el compuesto húmedo a la cámara de procesamiento. El sistema puede incluir una cámara configurada para mezclar o combinar al menos agua con el compuesto para formar el compuesto húmedo antes de la cámara de procesamiento en comunicación térmica con la fuente de calor que calienta el compuesto húmedo.

Algunas modalidades incluyen un método para elaborar un combustible líquido a partir de un compuesto que comprende carbono, oxígeno, e hidrógeno. El método puede incluir: combinar agua con el compuesto para producir una forma húmeda del compuesto; transferir la forma húmeda del compuesto en una cámara de procesamiento de reacción; y/o calentar la forma húmeda del compuesto dentro de la cámara de reacción tal que los elementos comprendidos por la forma húmeda del compuesto se disocien y reaccionen, en donde un producto de reacción comprende el combustible líquido.

El calentamiento de la forma del húmeda del compuesto dentro de la cámara de reacción tal que los elementos comprendidos por la forma húmeda del compuesto puedan disociarse y reaccionar a través de una reacción de no oxidación. La reacción de no oxidación puede incluir una reacción de pirólisis hidratada.

En algunas modalidades del método, el compuesto puede consistir de carbono, oxígeno, e hidrógeno. El compuesto puede incluir celulosa. El compuesto puede incluir lignina. El compuesto puede incluir hemicelulosa. El compuesto puede incluir un corriente residual que incluye compuestos de C-O-H.

En algunas modalidades, el combustible líquido incluye metanol. El calentamiento de la forma húmeda del compuesto dentro de la cámara de reacción puede incluir inducir la reacción C6H10O5 + 6H2O ® CH40 + 5CO2 + 9H2. El calentamiento de la forma húmeda del compuesto dentro de la cámara de reacción puede incluir inducir la reacción C6H10O5 + 5H2O — 2CH40 + 4CO2 + 6H2. El calentamiento de la forma húmeda del compuesto dentro de la cámara de reacción puede incluir inducir la reacción C6H10O5 + 4H2O —> 3CH4O + 3CO2 + 3H2. El calentamiento de la forma húmeda del compuesto dentro de la cámara de reacción puede incluir la inducción de la reacción C6HIO05 + 3H20 ® 4CH40 + 2CO2.

En algunas modalidades, el combustible líquido incluye etanol. El calentamiento de la forma húmeda del compuesto dentro de la cámara de reacción puede incluir inducir la reacción C6H10O5 + 4¾0 — » C2H6O + CÜ2 + 6H2. El calentamiento de la forma húmeda del compuesto dentro de la cámara de reacción puede incluir inducir la reacción C6H10O5 + H2O ® 2C2H60 + 2CO2.

En algunas modalidades, el combustible líquido incluye propanol. El calentamiento de la forma húmeda del compuesto dentro de la cámara de reacción comprende inducir la reacción C6H10O5 + 2H20 ® C3H8O + 3C02 + 3H2.

En algunas modalidades, el combustible líquido incluye butanol. El calentamiento de la forma húmeda del compuesto dentro de la cámara de reacción comprende inducir la reacción C6H10O5 ® C4H10O + 2C02.

En algunas modalidades, el combustible líquido incluye gasolina. El calentamiento de la forma húmeda del compuesto dentro de la cámara de reacción puede incluir inducir la reacción C6H10O5 + 4C + 4H20 ® C7H16 + 2C02.

En algunas modalidades, el combustible líquido incluye diésel. El calentamiento de la forma húmeda del compuesto dentro de la cámara de reacción puede incluir inducir la reacción C6H10O5 + 10C + 2H20 ® Ci6H24 + 6C02.

El método puede incluir extraer un gas hidrógeno que es otro producto de reacción como un producto final. Algunas modalidades incluyen extraer un gas de dióxido de carbono que es otro producto de reacción como un producto terminal.

Algunas modalidades incluyen un sistema para producir un combustible líquido de un compuesto que comprende carbono, oxígeno, e hidrógeno. El sistema puede incluir al menos: una cámara de procesamiento; una fuente de calentamiento en comunicación térmica con un interior de la cámara de procesamiento; una fuente del compuesto colocada dentro de la cámara de procesamiento; una fuente de agua para humectar la fuente del compuesto; o un subsistema para controlar la fuente de calentamiento para inducir una disociación y reacción de la fuente húmeda del compuesto, en donde un producto de reacción comprende el combustible líquido. El sistema puede incluir un sistema de escape para extraer al menos el combustible líquido o gases resultantes de la cámara de procesamiento.

El subsistema para controlar la fuente de calentamiento para inducir la disociación y reacción de la fuente húmeda del compuesto puede utilizar una reacción de no oxidación. La reacción de no oxidación comprende una reacción de pirólisis hidratada.

En algunas modalidades del sistema, el compuesto puede consistir de carbono, oxígeno, e hidrógeno. El compuesto puede incluir celulosa. El compuesto puede incluir lignina. El compuesto puede incluir hemicelulosa. El compuesto puede incluir un corriente residual que incluye compuestos de C-O-H.

En algunas modalidades del sistema, el combustible líquido incluye metanol. El calentamiento de la forma húmeda del compuesto dentro de la cámara de reacción puede incluir inducir la reacción CeHioOs + 6H2O ® CH40 -- 5CO2 + 9H2. El calentamiento de la forma húmeda del compuesto dentro de la cámara de reacción puede incluir inducir la reacción C6H10O5 + 5H20 ® 2CH40 + 4C02 + 6H2. El calentamiento de la forma húmeda del compuesto dentro de la cámara de reacción puede incluir inducir la reacción C6HI0O5 + 4H20 ® 3CH40 + 3C02 + 3H2. El calentamiento de la forma húmeda del compuesto dentro de la cámara de reacción puede incluir inducir la reacción C6H10O5 + 3H20 ® 4CH0 + 2C02.

En algunas modalidades del sistema, el combustible líquido incluye etanol. El calentamiento de la forma húmeda del compuesto dentro de la cámara de reacción puede incluir inducir la reacción C6H10O5 + H20 ® 202Hb0 + 2C02. El calentamiento de la forma húmeda del compuesto dentro de la cámara de reacción puede incluir inducir la reacción C6H10O5 + H20 ® 2C2H60 + 2C02.

En algunas modalidades del sistema, el combustible líquido incluye propanol. El calentamiento de la forma húmeda del compuesto dentro de la cámara de reacción comprende inducir la reacción C6H10O5 + 2H20 ® C3H8O + 3C02 + 3H2.

En algunas modalidades del sistema, el combustible líquido incluye butanol. El calentamiento de la forma húmeda del compuesto dentro de la cámara de reacción comprende inducir la reacción C6H10O5 ® C4HIOO + 2C02.

En algunas modalidades del sistema, el combustible líquido incluye gasolina. El calentamiento de la forma húmeda del compuesto dentro de la cámara de reacción puede incluir inducir la reacción C6H10O5 + 4C + 4H2O ® C7HI6 + 2CO2.

En algunas modalidades del sistema, el combustible líquido incluye diésel. El calentamiento de la forma húmeda del compuesto dentro de la cámara de reacción puede incluir inducir la reacción C6H10O5 + 10C + 2H20 ® Ci6H24 + 6CO2.

En algunas modalidades del sistema, un gas resultante incluye un gas hidrógeno como un producto terminal. Uno de gas resultante puede incluir un gas dióxido de carbono como un producto terminal.

Algunas modalidades incluyen métodos para extraer hidrógeno de un compuesto que comprende carbono, oxígeno, e hidrógeno. El método puede incluir al menos: introducir una fuente del compuesto en una cámara; adicionar agua para reacción con el compuesto; calentar el compuesto dentro de la cámara para disociar el compuesto en un gas hidrógeno, un gas de dióxido de carbono, y un residuo sólido de carbono; o separar el gas hidrógeno del gas de dióxido de carbono.

El calentamiento del compuesto dentro de la cámara para disociar el compuesto en un gas hidrógeno, un gas de dióxido de carbono, y un residuo sólido de carbono puede utilizar una reacción de no oxidación. La reacción de no oxidación puede incluir una reacción de pirólisis hidratada.

Algunas modalidades del método proporcionan un flujo de un gas inerte a la cámara. El gas inerte puede incluir al menos argón o nitrógeno. El compuesto puede incluir al menos celulosa, lignina, hemicelulosa, o un producto residual que incluye carbono, oxígeno, e hidrógeno. La celulosa puede incluir residuos de celulosa. Una fuente de la celulosa puede incluir maíz. Una fuente de la celulosa puede incluir papel.

Algunas modalidades del método procesan el gas hidrógeno para generar energía eléctrica. El método puede incluir quemar celulosa parcialmente en la cámara de procesamiento que contiene aire hasta que se agota el oxígeno en el aire dentro de la cámara de procesamiento. Algunas modalidades pueden incluir una temperatura de la cámara para la disociación de celulosa que es aproximadamente 325 “C o superior.

Algunas modalidades pueden incluir al menos: quemar el hidrógeno en la presencia de oxígeno para formar vapor de agua y liberar energía; o quemar el carbono en la presencia de oxígeno para formar dióxido de carbono y liberar energía. El vapor de agua se puede convertir en energía eléctrica.

El método puede incluir alimentar el gas hidrógeno en una celda de combustible. La celda de combustible puede convertir el gas hidrógeno y un gas oxígeno en agua para producir calor. Algunas modalidades incluyen usar el gas hidrógeno para mejorar la eficiencia de los motores automotrices.

Algunas modalidades incluyen métodos para la conversión de celulosa en hidrógeno. El método puede incluir al menos: introducir una fuente de celulosa en una cámara; adicionar agua en la cámara para reacción con la celulosa; calentar la cámara para generar vapor de agua; provocar una reacción entre el vapor de agua y la celulosa para formar un gas hidrógeno y gas de dióxido de carbono; o separar el gas hidrógeno del gas de dióxido de carbono.

La reacción puede incluir una reacción de no oxidación. La reacción de no oxidación puede incluir una reacción de pirólisis hidratada. El gas hidrógeno se puede quemar en la presencia de un gas oxígeno para formar vapor de agua y liberar energía. El vapor de agua se puede convertir en energía eléctrica. El gas hidrógeno se puede alimentar en una celda de combustible, la celda de combustible que convierte el gas hidrógeno y un gas oxígeno en vapor de agua y que produce electricidad y calor. En algunas modalidades, la celulosa se puede quemar parcialmente en la cámara de procesamiento que contiene aire hasta que se agota el oxígeno en el aire dentro de la cámara de procesamiento.

En algunas modalidades, a la cámara se proporciona un flujo de gas inerte. El gas inerte puede incluir al menos argón o nitrógeno.

En algunas modalidades, el vapor de agua se forma a aproximadamente 400°C o superior. Una fuente de la celulosa puede incluir maíz. Una fuente de la celulosa puede incluir papel. Una fuente de la celulosa puede incluir residuos de celulosa.

Algunas modalidades incluyen sistemas para producir hidrógeno a partir de un compuesto que comprende carbono, oxígeno, e hidrógeno. El sistema puede incluir al menos: una cámara de procesamiento; una fuente de calentamiento en comunicación térmica con un interior de la cámara de procesamiento; una fuente del compuesto colocada dentro de la cámara de procesamiento; una fuente de agua para reacción con el compuesto; o un sistema de escape para extraer el gas hidrógeno resultante y el gas de dióxido de carbono de la cámara de procesamiento.

La fuente de calentamiento se puede configurar adicionalmente para hacer reaccionar la fuente de agua con el compuesto utilizando una reacción de no oxidación. La reacción de no oxidación puede incluir una reacción de pirólisis hidratada. El sistema puede incluir además una cámara de combustión configurada para quemar el gas hidrógeno en la presencia de oxígeno para liberar energía de térmica y para formar vapor de agua. El sistema puede incluir una celda de combustible para convertir gas hidrógeno en energía eléctrica.

Una fuente del compuesto puede incluir al menos maíz o papel. El sistema puede incluir un sistema de distribución de gas configurado para proporcionar un flujo de gas inerte a la cámara de procesamiento. El gas inerte puede incluir al menos argón o nitrógeno. El compuesto se puede quemar parcialmente en la cámara de procesamiento que contiene aire hasta que se agote el oxígeno en el aire dentro de la cámara de procesamiento.

Una fuente de agua se puede colocar dentro de la cámara de procesamiento para reacción del compuesto y agua para formar hidrógeno y dióxido de carbono. Una fuente del compuesto puede incluir residuos de celulosa. El sistema puede incluir un subsistema configurado para procesar el gas hidrógeno para producir energía eléctrica.

Lo anterior ha resumido más bien de forma amplia las características y ventajas téenicas de ejemplos de acuerdo a la descripción a fin de que se pueda entender mejor la descripción detallada que sigue. Más adelante en la presente se describirán características y ventajas adicionales. La concepción y ejemplos específicos descritos se pueden utilizar fácilmente como una base para modificar o diseñar otras estructuras para llevar a cabo los mismos propósitos de la presente descripción. Estas construcciones equivalentes no se apartan del espíritu ni del alcance de las reivindicaciones anexas.

Las características que se cree que son característicos de los conceptos descritos en la presente, tanto con respecto a su organización como al método de operación, junto con ventajas asociadas se entenderán mejor a partir de la siguiente descripción cuando se considere en unión con las figuras anexas. Cada una de las figuras se proporciona para el propósito de ilustración y descripción únicamente, y no como una definición de los límites de las reivindicaciones.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Un entendimiento adicional de la naturaleza y ventajas de la presente invención se puede lograr por referencia a las siguientes figuras. En las figuras anexas, componentes o características similares pueden tener la misma etiqueta de referencia. Adicionalmente, se pueden distinguir varios componentes del mismo tipo al seguir la etiqueta de referencia por un guión y una segunda etiqueta que distingue entre los componentes similares. Si solo se usa la primera etiqueta de referencia en la especificación, la descripción es aplicable a cualquiera de los componentes similares que tienen la misma primera etiqueta de referencia a pesar de la segunda etiqueta de referencia.

La figura 1A es un diagrama esquemático de un sistema simplificado para la conversión de compuestos de C-O-H en hidrógeno y/o gas líquido de acuerdo con varias modalidades.

La figura IB es un diagrama esquemático de un sistema simplificado para la conversión de compuestos de C-O-H en hidrógeno y/o gas líquido de acuerdo con varias modalidades.

La figura 2 es un diagrama esquemático de un sistema simplificado para el hidrógeno que se va a quemar en una cámara de combustión de acuerdo con varias modalidades.

La figura 3 es un diagrama esquemático de un sistema simplificado para la conversión de gas hidrógeno en energía eléctrica por una celda de combustible de acuerdo con varias modalidades.

La figura 4A es un diagrama de flujo que resume aspectos generales de métodos para convertir compuestos de H-0-C en hidrógeno para la generación de energía de acuerdo con varias modalidades.

La figura 4B es un diagrama de flujo que resume aspectos generales de métodos para convertir compuestos de H-0-C en hidrógeno para la generación de energía de acuerdo con varias modalidades.

La figura 5 es un diagrama de flujo que resume un primer método específico de extracción de hidrógeno de biomasa celulósica y pasos de conversión de hidrógeno en energía eléctrica de acuerdo con varias modalidades.

La figura 6 es un diagrama de flujo que resume un segundo método específico de extracción de hidrógeno de biomasa celulósica y pasos de conversión de hidrógeno en energía eléctrica de acuerdo con varias modalidades.

La figura 7 es un diagrama de flujo que resume aspectos generales de métodos para producir combustibles líquidos a partir de compuestos de H-O-C de acuerdo con varias modalidades.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Se describen métodos y sistemas para extraer hidrógeno y/o combustible líquido a partir de un compuesto que comprende carbono, oxígeno, e hidrógeno ("C-O-H"). El compuesto puede incluir celulosa, lignina, y/o hemicelulosa, a manera de ejemplo. El compuesto puede incluir corrientes residuales que incluyen al menos un compuesto de C-O-H. Se puede combinar agua con el compuesto de C-O-H para producir una forma húmeda del compuesto de C-O-H. La forma húmeda del compuesto de C-O-H se puede transferir en una cámara de procesamiento de reacción. La forma húmeda del compuesto de C-O-H se puede calentar dentro de la cámara de reacción tal que los elementos del compuesto de C-O-H se disocien y reaccionen, con un producto de reacción que comprende al menos gas hidrógeno y/o combustible líquido. Algunas modalidades pueden utilizar reacciones de no oxidación para producir el hidrógeno y/o combustible líquido, tal como reacciones de pirólisis hidratada. El gas hidrógeno y/o combustible líquido se pueden utilizar para generar energía eléctrica, calor, o para accionar o impulsar diferentes tipos de motores.

La siguiente descripción proporciona solo modalidades de ejemplo, y no se propone para limitar el alcance, aplicabilidad o configuración de la descripción. Más bien, la siguiente descripción de las modalidades de ejemplo proporcionará a los expertos en la téenica una descripción habilitante para implementar una o más modalidades de ejemplo, que se entiende que se pueden hacer varios cambios en la función y arreglo de los elementos sin apartarse del espíritu y alcance de la invención como se expone en las reivindicaciones anexas. En la presente se describen varias modalidades, en tanto que se asignan varias características a diferentes modalidades. Se debe apreciar que las características descritas con respecto a una modalidad se pueden encontrar dentro de otras modalidades también. Por la misma razón, sin embargo, ninguna característica o características individuales de cualquier modalidad descrita se debe considerar esencialmente a cada modalidad de la invención, puesto que otras modalidades de la invención pueden omitir estas características.

Se dan detalles específicos en la siguiente descripción para proporcionar un entendimiento completo de las modalidades. Sin embargo, se entenderá por un experto en la téenica que las modalidades se pueden practicar sin estos detalles específicos. Por ejemplo, se pueden mostrar sistemas, redes, procesos y otros elementos en modalidades como componentes en forma de diagramas de bloques a fin de no entorpecer las modalidades en un detalle innecesario. En otras modalidades, se pueden mostrar procesos, estructuras y técnicas bien conocidas sin detalle innecesario a fin de evitar entorpecer las modalidades.

También, se señala que se pueden describir modalidades individuales como un proceso que se representa como un diagrama de flujo, una gráfica de flujo, un diagrama de flujo de datos, un diagrama de estructura o un diagrama de bloques. Aunque un diagrama de flujo puede describir las operaciones como un proceso secuencial, muchas de las operaciones se pueden realizar en paralelo o de manera concurrente. Además, se puede rearreglar el orden de las operaciones. Se puede terminar un proceso cuando se completen sus operaciones, pero también puede comprender operaciones adicionales no analizadas ni incluidas en una figura. Además, no todas las operaciones en ningún proceso particularmente descrito pueden presentarse en todas las modalidades. Un proceso puede corresponder a un método, una función, un procedimiento, una subrutina, un subprograma, etcétera. Cuando un proceso corresponde a una función, su terminación corresponde a un retorno de la función a la función que llama o la función principal.

Adicionalmente, se pueden implementar modalidades, al menos en parte, ya sea de manera manual o de forma automática. Se puede ejecutar implementaciones manuales o automáticas, o al menos asistir, a través del uso de máquinas, hardware, software, firmware, middleware, microcódigo, lenguajes de descripción de hardware, o cualquier combinación de esto. Cuando se implementa en software, firmware, middleware o microcódigo, el código de programa o segmentos de código para realizar las tareas necesarias se puede almacenar en un medio leíble por máquina. Un procesador puede realizar las tareas necesarias.

Sólo para propósitos de ilustración, ciertas reacciones específicas se comprenden los componentes de la biomasa celulósica, también se refieren como lignocelulosa, incluyendo celulosa, hemicelulosa y lignina y combinaciones de esto se describen en la presente como un ejemplo de cómo se pueden implementar los métodos y procesos descritos. Las téenicas se han encontrado por los inventores, sin embargo, que son fácilmente aplicables de manera más general a compuestos de H-O-C e ilustraciones que usan cualquiera de estos componentes o combinaciones de los mismos no proponen de ninguna manera para limitar el alcance de la invención.

Las diferentes modalidades pueden incluir diferentes combinaciones de componentes de biomasa. Por ejemplo, se pueden usar combinaciones de celulosa, lignina, y/o hemicelulosa. Muchas materias primas de biomasa pueden tener una o más de una mezcla de celulosa, lignina, hemicelulosa y/o minerales traza en sus materiales componentes. Las químicas descritas anteriormente de esta manera pueden gobernar el procesamiento de la materia prima en una corriente de gas de proceso de hidrógeno y CO2 y gases traza. Algunas modalidades pueden utilizar materias primas que incluyen C-O-H, tal como residuos de papel, aserrín de una amplia variedad de tipos de madera, cartón, heno, paja, céspedes, desperdicios sólidos municipal, desperdicio desinfectado, residuos nucleares simulados, residuos de madera de construcción y demolición; estas varias materias primas se pueden referir en general como productos residuales.

Algunas modalidades pueden utilizar pirólisis hidratada cuya entrada puede ser una mezcla de materias primas lignocelulósicas y agua. Esto puede tener similitudes a muchas de las teenologías existentes de producción de gases de síntesis con las ventajas que la reacción se puede combinar en un paso único, se puede producir una mezcla de gases de alto contenido de hidrógeno, el proceso puede ser muy tolerante a humedad en la materia prima de entrada, y la corriente de gas resultante se puede quemar directamente en máquinas de combustión interna.

Por ejemplo, la composición bioquímica de las materias primas lignocelulósicas puede tener tres componentes principales: celulosa, lignina y hemicelulosa. Diferentes materias primas (que pueden incluir, pero no se limitan a, maderas duras, maderas blandas, céspedes, frutas) pueden tener diferentes cantidades relativas de estas tres principales clases de componentes. Lo siguiente proporciona métodos que se pueden usar para calcular la relación de agua necesaria por cada componente de materia primar para reducir al mínimo el desperdicio de carbón sólido y la generación de monóxido de carbono de acuerdo con varias modalidades. El uso de la cantidad preestablecida de agua en la reacción puede generar una mezcla de producto de gas que se puede quemar directamente en máquinas de vaivén, y puede aumentar al máximo la generación de moléculas de hidrógeno para la producción de bio-hidrógeno.

La clase de reacción general impulsada por un proceso de pirólisis hidratada para algunas modalidades se puede describir como: CxHyOz + (2x-z)H2O = XCO2 + (2x + y/2—z)H2.

De modo que, para cada molde componente lignocelulósico que se va a convertir completamente a CO2 y H2, el número de moles de agua requerido se puede describir como 2x-z.

Las estructuras dominantes en la composición bioquímica de materiales lignocelulósicos y el agua para reacción completa pueden ser como sigue y se proporcionan solo como ejemplos: Para una materia prima de biomasa con porcentajes en peso de componentes de % de C celulosa, % de L lignina, % de G glucomanano, y % de V de xilano, la masa agua Mw que se va a adicionar por masa de materia prima de masa de entrada seca pueden ser: Mw={0.7778C + [18(16+n)/(150+3ln)]L + 0.79G + 1.37X}MF.

Sólo a manera de ejemplo, para una madera dura con 45% de celulosa, 30% de lignina con n = 1.2, 2% de glucomanano, y 23% de xilano, el porcentaje en peso de agua a la masa celulósica completamente seca puede ser 117.59% para la reacción completa.

Para una materia prima de entrada que no está completamente seca (en la situación normal) con el %W, por ciento en peso de agua, la masa seca de la materia prima celulósica MF encontrada en la materia prima distribuida total MT se puede describir como: MF = (I-W)MT- De este modo para una masa distribuida MT de materia prima a W por ciento en peso de agua, la masa restante de agua que se va a adicionar MA puede ser: MA = Mw - W MT· = MT (1-W) (0.7778C + [18 (16+n) / (150+31n) ] L + 0.79G + 1.37) - W MT =MT { (1-W) (0.7778C + [18 (16+n) / (150+31n) ] L + 0.79G + 1.37) - W} .

En algunas modalidades, un material de alimentación, se puede caracterizar por un análisis elemental final, en lugar de la composición bioquímica usada en la sección anterior. En este caso, el porcentaje en peso de los elementos químicos encontrados en la materia prima se pueden proporcionar por el análisis. Si la información se puede proporcionar de esta manera, lo siguiente proporciona un ejemplo para serrín de pino de la entrada al análisis: Debido a que los participantes en las reacciones de interés son principalmente C, H, y O, y debido a que estos elementos son más del 99% de la masa seca de la materia prima, se puede considerar solo estos elementos cuando se determina la masa de agua que se va a adicionar a la materia prima de entrada. Para un materia prima de entrada con un porcentaje en peso de masa seca % de C de carbono, % de H de hidrógeno, y % de 0 de oxígeno, y usando una proto-molécula de CxHyOz, la reacción de interés se puede describir como: CxHyOz + ( 2c-z ) H2q = xCO2 + (2x + y/2— Z ) H2 De este modo, para cada molécula del componente lignocelulósico que se va a convertir completamente a CO2 y H2 el número de moles de agua requerido es 2x-z.

Para encontrar los valores de x, y, z usando el análisis elemental final, se puede calcular lo siguiente para una masa molar de lg/mol de materia prima de entrada: x =% C/masa (C) y =%H/masa (H) z =%0/masa (0).

El número de moles de agua requerido para hacer reaccionar todos los átomos de carbono a dióxido de carbono es 2x-z, que se puede representar como: moles (H2O) = 2%C/masa (C) -%0/masa (0).

El porcentaje en masa de agua M„ que se va a requerir con relación a la masa de materia prima de entrada seca puede ser de esta manera: Mw = [masa (H20) x (2%C/masa (C) - %0/masa (O) ) ] MF .

Para la materia prima de ejemplo de aserrín de pino, la ecuación se evalúa como: moles (H20) = .085 - .02625 = 0.05875 masa (H20) = 18.

Mw= 1.0575 MF.

Para un materia prima de entrada que no está completamente seco (la situación normal) con % W por ciento de agua, la masa seca de la materia prima celulósica MF encontrada en la materia prima distribuida total MT se puede describir como: MF = (1-W) MT.

De este modo para masa distribuida MT de materia prima a W por ciento en peso de agua, la masa restante de agua que se va a adicionar MA pueden ser: MA = Mw - W MT = MT (1-W) [masa (H2O) x (2%C/masa (C) - %0/masa (0) ) ] - W MT = MT { (1-W) [masa (H20) x (2%C/masa (C) - %0/masa (0) ) ] — W} .

Sólo a manera de ejemplo, para 1 tonelada de aserrín de pino a 25% de contenido de humedad, la masa de agua que se va a adicionar puede ser: MA = 1{0.75(1.0575) - 0.25) = 0.543 toneladas.

De este modo para las toneladas de entrada de la materia prima distribuida, puede haber 750 kg de materia prima seca y 250 kg de agua. Al adicionar 543 litros de agua (543 kg), por ejemplo, la masa total de agua puede ser 793kg, o 105.73%) de la masa seca de entrada de la materia prima, asegurando que se pueden hacer reaccionar todos los carbonos en dióxido de carbono en el proceso de pirólisis.

Reacción 1 de conversión de celulosa en hidrógeno La celulosa tiene una fórmula molecular de C6H10O5. Una posible reacción es que se disocie la celulosa en una atmósfera de gas inerte o con un mínimo gases diferentes, presentes en el calentamiento para liberar H2O y para generar residuo de carbono. La reacción se puede describir por: C6HIO05 ® 6C + 5 H20.

Sin embargo, cuando se inicia los inventores estudiaron la carbonización de algodón para la producción de fibra de carbono, se introdujeron a una cámara de calentamiento aproximadamente 15 kg de algodón. Cuando terminó el ciclo de calentamiento, se dejaron aproximadamente 3 kg del algodón carbonizado. Fue desconcertante que el rendimiento promedio del contenido de carbono fuera de 20%-25% en el momento del experimento.

Un entendimiento adicional de esta observación en este experimento conduce a la presente invención. Si el carbono consume todo el oxígeno en la celulosa para formar dióxido de carbono (CO2), la reacción se puede describir por: 2C6HI005 ® 5 C02 + 7C + 10H2.

Por lo tanto, el carbono restante se puede calcular al usar el peso molecular como sigue: (7 moles x Mr de carbono)/(2 moles x Mr de celulosa) = (7x12)/(2x162) = 26%.

Además, si el carbono consume todo el oxígeno en la celulosa para formar monóxido de carbono (CO), la reacción se puede definir por: CgHioOs ® 5C0 + C + 5 H2.

El carbono restante se puede estimar como a continuación: Mr de carbono/Mr de celulosa = 12/162= 7%.

Por lo tanto, es probable que la reacción dominante durante el calentamiento de celulosa (Pirólisis) pueda dar por resultado una mezcla de C0 y CO2, con C02 dominante en la mezcla. Por lo tanto, la celulosa calentada en un gas inerte puede dar por resultado la siguiente reacción química: 2C6H10O5 ® 5 C02 + 7C + 10H2 (reaction la) .

Las reacciones adicionales para hidrógeno que se va a quemar para formar agua y carbono que se va a quemar para formar dióxido de carbono se definen como a continuación: 2H2 + 02 ® 2H2O (reacción Ib).

C + 02 ® C02 (reacción le).

La termoquímica en general es un estudio de los cambios de energía que se presentan durante las reacciones químicas. Si se transfiere energía como calor a volumen constante, y no se realiza trabajo, el cambio de la energía interna producida es igual al calor transferido. Para un cambio especificado de estado AU independiente de cualquier proceso, (AU)V = qv definido por la primera lcy de la termodinámica. Si la energía se transfiere como calor a presión constante, la cantidad de energía transferida se puede identificar con un cambio de entalpia. Por lo tanto, en tanto que no se está realizando ningún otro trabajo, DH = qp. El cambio de entalpia que acompaña a una reacción se llama la entalpia de reacción (DH). Una entalpia de formación es la entalpia de reacción cuando se forma un compuesto de sus elementos. Para una reacción con varios reactivos y productos, el cambio de entalpia DH se refiere al proceso total como sigue: (reactivos no mezclador) ® (productos no mezclados) La reacción para la cual DH>0 se llama endotérmica; aquella para la cual DH<0 se llama exotérmica.

La tabla posterior lista la entalpia de formación de compuestos tal como dióxido de carbono (CO2), agua (H2O) y celulosa (C6H10O5) y el peso molecular por mol de los compuestos. También lista el calor específico de los compuestos y la entalpia de vaporización de agua. Estos datos proporcionados en la tabla se usan para cálculos de la energía necesaria para calentar celulosa y para formar vapor de agua a temperaturas elevadas.

Con referencia ahora a la reacción la, al usar la entalpia de formación, la liberación de energía para 2 moles de celulosa se puede estimar que es como sigue: DH1= 5 (-393.5) -2 (87.2) = -2141.8 kJ Si el hidrógeno restante se quema para formar agua en la reacción Ib, la energía adicional liberada para 2 moles de celulosa se puede calcular como: DH2 = 10 (-241.8) = -2418.3 kJ Por lo tanto, la liberación de energía para 2 moles de celulosa puede ser DH = DH1 + DH2 = -4560.1 kJ La liberación de energía por 1 mol de celulosa en las reacciones la y Ib es de esta manera -2280 kJ/mol.

Si se requiere una energía de 92 kJ/mol para calentar celulosa, puesto que esto se puede calcular por el calor específico Cp y el cambio de temperatura para celulosa usando la siguiente ecuación: Du = Cp DT = 230 J/K/mol * 400K = 92,000 J/mol = 92 kJ/mol Entonces, la liberación neta de energía para celulosa que se va a quemar en gas inerte puede ser: DH3 = -2280 + 92 = -2188 kJ/mot = -2188/162 kJ/g = -13.51 kJ/g Además, el residuo de 3.5 moles de carbono (o 3.5 * 12 42 gramos de carbono) para un mol de celulosa se puede quemar potencialmente para formar dióxido de carbono y para liberar energía adicional que puede ser: DH4 = -3.5 * 393.5 = -1377.3 kJ/mol = -1377.3/162 kJ/g = -8.5 kJ/g La liberación de energía total para celulosa se puede estimar por: DH4 + DH3 = -13.51 - 8.5 = -22.0 kJ/g Los inventores han realizado experimentos al usar gas nitrógeno en lugar de argón para desplazar aire, debido a que el gas nitrógeno cuesta menos que el gas argón. Sin embargo, el rendimiento promedio de carbono se puede caer a 17% de 20-25% cuando se cambia el gas de argón a nitrógeno, que puede ser debido a la formación de CN, o quizá el nitrógeno no pueda desplazar el oxígeno también como el gas argón. No obstante, algunas modalidades pueden utilizar diferentes gases inertes para desplazar algo o todo del aire dentro de un sistema.

Pirólisis hidratada para la producción de hidrógeno a partir de celulosa Una posible reacción para generar hidrógeno a partir de celulosa al adicionar agua líquida a la celulosa y calentar la combinación se puede definir por: C6H10O5 + 7 H2O -> 6 CO2 + 12 H2 (reaction 2a) .

En algunas modalidades, la combinación se puede calentar a aproximadamente 1000°C. Esta reacción de pirólisis hidratada da por resultado la producción de hidrógeno. También se pueden utilizar otras reacciones de no oxidación en algunas modalidades para producir hidrógeno. Se puede quemar subsiguientemente hidrógeno en oxígeno definido por: 2¾ + O2 ® 2H2O (reacción 2b).

En la reacción 2a, la entalpia neta de la reacción se ha calculado como 1.241 kJ/mol.

Cuando se considera el hidrógeno quemado en la reacción 2b, se puede liberar la siguiente energía: DH = 12(-241.8) = -2902 kJ/mol.

De esta manera, la generación de energía neta es 1.661 kJ/mol de celulosa. Para cada gramo de celulosa consumido, se puede liberar la siguiente energía: DH = 3108 kJ/ 162g de celulosa = 10.25 kj/g de celulosa.

La energía térmica neta liberada al quemar el hidrógeno producido de celulosa mediante la reacción CHyP se puede describir como: (10.25 kJ/g)(1,000,000 g/toneladas)(1 MW-hr/3,600,000 kJ) = 2.84 MW-hr/toneladas El análisis anterior puede mostrar que la termodinámica de diferentes modalidades trabaja de manera favorable. Las modalidades de esta manera pueden afrontar muchas cuestiones identificadas como problemas en el espacio de gasificación.

Por ejemplo, algunas modalidades pueden proporcionar diseños simples que favorecen el aumento o disminución en escala sobre un muy amplio intervalo desde tamaño de unidad casera a producción de energía comercial. Algunas modalidades pueden enfocarse en cuestiones térmicas que provocan pérdidas térmicas que tienden a ser ineficientes las teenologías de gasificación. Aunque algunas modalidades pueden producir calor en exceso, se pueden tomar en cuenta las pérdidas térmicas al ambiente y a través de los gases salientes. Debido a la naturaleza exotérmica, el apalancamiento de la energía térmica de la energía de entrada puede ser de más de 10.

Algunas modalidades se pueden optimizar para reducir al mínimo la producción de alquitrán, así como CO y CxHy. Para algunas modalidades, la celulosa que contiene agua puede ser un beneficio, no una cuestión de consumo de energía puesto que con la mayoría de los procesos de energía de biomasa en los cuales se requiere el secado de la materia prima para reducir al mínimo el contenido de agua. La materia prima en muchas modalidades puede no necesitar estar seca antes del procesamiento. Al generar hidrógeno demanda en algunas modalidades, se pueden lograr los beneficios del hidrógeno sin las dificultades normalmente asociadas con el hidrógeno, principalmente las cuestiones de almacenamiento y distribución. Debido a que el gas producido contiene CO2, la dilución del hidrógeno puede beneficiar realmente la quema en un motor de combustión interna en algunas modalidades a través de la reducción de la temperatura y velocidad de flama, y la subsiguiente reducción de los contaminantes tipo N0X. La flama producida de la combustión del gas de producto puede contener una pequeña cantidad de CxHy y Co que hace visible a la flama normalmente invisible, volviendo el manejo más seguro en algunas modalidades.

En algunas modalidades, la lignina y/o la hemi-celulosa en la biomasa celulósica también puede servir como fuentes efectivas de hidrógeno. Puesto que éstos pueden ser productos residuales de varias fuentes, en particular, producción de celulosa a etanol, esto puede ser una adición efectiva a la imagen de energía renovable usando los procesos descritos en la presente.

Pirólisis hidratada para la producción de hidrógeno a partir de lignina La lignina tiene una composición nominal: C9H10O2(OCH3)n donde n es la relación MeO:C9, que es la relación de grupos metoxilados a grupos fenilpropanoides en la lignina. El valor de n puede ser aproximadamente 0.94 para maderas blandas y papel, 1.18 para céspedes, y 1.4 para maderas duras, sólo a manera de ejemplo. Usando la equivalencia para re-escribir la fórmula lignina se puede da por resultado lo siguiente: C9H10O2 ( OCH3 ) n = C9+nHl0 + 3nO2+n .

De acuerdo con varias modalidades, un generador de hidrógeno CHyP puede accionar la siguiente reacción: Cg+nHio+3n02+n + ( 16 + p) H2O — > ( 9+n) CO2+ ( 21 + 2 . 5n) H2 (reacción 3a) .

Sólo a manera de ejemplo, para n = 1, esto corresponde adicionar suficiente agua a lignina para llevar la composición del componente húmedo a 62.8% en peso de agua.

La entalpia neta de esta reacción a 1000°C de temperatura exterior se puede describir como: (9+n)(-393.5) + (21 + 2.5n)(29.1) + 1592 + (16+n)(285.8) = 2008 - 34.95n kj/mol Sin embargo, cuando se considera la quema de hidrógeno, se puede liberar la siguiente energía: DH = 21+2.5n(-241.8) = -5078 - 605n kJ/mol De esa manera, para n = 1, sólo a manera de ejemplo, la generación de energía neta es 5683-1973 = 3710 kJ/mol de lignina. Por cada gramo de lignina consumido se puede liberar la siguiente energía neta: DH = 3710 kJ/ 181g de lignina = 20.5 kJ/g de lignina.

La energía térmica neta liberada al quemar el hidrógeno producido de lignina mediante esta reacción se puede describir como: (11 kJ/g)(1,000,000 g/toneladas)(1 MW-hr/3,600,000 kJ) = 3.05 MW-hr/toneladas.

Pirólisis hidratada la producción de eno a partir de hemicelulosas En algunas modalidades, las hemicelulosas en materias primas lignocelulósicas también pueden servir como una fuente efectiva de hidrógeno. Las hemicelulosas son polisacáridos compuestos de azúcares, que pueden incluir, pero no se limitan a, glucosa, xilosa, mañosa, galactosa, ramnosa, arabinosa, y glucomanano. La fórmula química de para estos bloques de construcción de azúcar se puede describir como C5H10O5 y C6H12O6. Los materiales hemicelulósicos comunes en la biomasa lignocelulósica de Norte América incluyen xilano (C17H36O8) y glucomanano (C35H49O29). Debido a que las exactas energías de disociación de enlace para los muchos polisacáridos de hemicelulosa pueden depender de su composición química exacta y el ambiente, los valores promedio para celulosa (ponderados en masa) se pueden usar en los siguientes análisis .

Hidrógeno de xilano La fórmula química para el xilano se puede describir C17H36O8 y la reacción accionada por algunas modalidades se puede describir: CI7H3608+ 26 H2O = 17 CO2+ 44 H2.

Esto corresponde a adicionar suficiente agua al xilano para llevar la composición del compuesto húmedo a 56% en peso de agua, sólo a manera de ejemplo. Algunas modalidades pueden comprender crear un compuesto húmedo con diferentes porcentajes de agua.

La entalpia neta de esta reacción a 1000°C de temperatura de salida puede ser 3.854 kJ/mol.

Además, cuando se considera la quema de hidrógeno, se puede liberar la siguiente energía: DH = 44(-241.8) = -10.640 kJ/mol.

La generación de energía neta puede ser 10.640 a 3854 = 6786 kJ/mol de xilano. Por cada gramo de xilano consumido se puede liberar la siguiente energía: DH = 6786 kJ/368g de xilano = 18.44 kJ/g de xilano.

La energía térmica neta liberada al quemar el hidrógeno producido de xilano mediante la reacción CHyP se puede describir: (18.44 kJ/g)(1,000,000 g/toneladas)(1 MW-hr/3,600,000 kJ) = 5.12 MW-hr/toneladas.

Hidrógeno de glucomanano La fórmula química para glucomanano se puede describir como C35H49O29 y la reacción activada por algunas modalidades se puede describir como: C35H49O29 + 41 H2O = 35 CO2 + 65 .5 H2 Esto corresponde a adicionar suficiente agua al glucomanano para llevar la composición del compuesto húmedo a 44.13% en peso de agua, sólo a manera de ejemplo. Algunas modalidades pueden comprender crear un compuesto húmedo con diferentes porcentajes de agua.

La entalpia neta de esta reacción a 1000°C de temperatura de salida puede ser 6.885 kJ/mol.

Sin embargo, cuando se considera la quema de hidrógeno, se puede liberar la siguiente energía: DH = 65.5 ( -241.8 ) = -15.840 kJ/mol La generación de energía neta puede ser 15840 - 6885 = 8955 kJ/mol de glucomanano.

Por cada gramo de glucomanano consumido se puede liberar la siguiente energía: DH = 8955 kJ/933g de glucomanano = 9.6 kJ/g de glucomanano La energía térmica neta liberada al quemar el hidrógeno producido de glucomanano mediante la reacción CHyP pueden ser: (9.6 kJ/g)(1,000,000 g/toneladas)(1 MW-hr/3,600,000 kJ) = 2.67 MW-hr/toneladas.

El siguiente tabla proporciona, sólo a manera de ejemplo, rendimientos de energía e hidrógeno de materia prima de biomasa por el componente bioquímico: 15 Para algunas modalidades, uunnaa expresión de rendimientos esperados de hidrógeno para una materia prima de biomasa lignocelulósica de entrada de % de C celulosa, % L de lignina, % de X xilano, y % de G glucomanano se puede determinar usando la siguiente ecuación: Masa (H2) = 0.148(.47) + 0.127(.3) + .239(.18) + .14(.05) = 0.158 Masa(material prima seca) Para álamo híbrido, sólo a manera ejemplo, con C=.47, L=3, X=18, G=.05 Masa (H2) = 0.148(.47) + 0.127(.3) + .239(.18) + .14(.05) = 0.158 Masa(material prima seca) Rendimiento de energía neta = 10.25(.47) + 20.5(.3) + 18.44 (.18) + 9.6(.05) = 14.77 kJ/gramo de materia prima seca.

Para césped álamo, sólo a manera de ejemplo, con C= .41, L = = 0.27, X = 0.27, G = 0.05 y n = 1, Masa (¾) = 0.148 (0.41) + 0.13 (0.27) + 0.239 (0.27) + 0.14 (0.05) = 0.167 Masa (materia prima seca) Rendimiento de energía neta = 10.25 (0.41) + 20.5 (0.27) + 18.94 (0.27) + 9.6 (0.05) = 15.33 kJ/gramo de materia prima seca.

Algunas modalidades pueden utilizar una variedad de otras materias primas que incluyen C-O-H. La variedad de materia prima puede incluir, pero no se limita a: residuos de papel, aserrín de una amplia variedad de tipos de madera, cartón, heno, paja, céspedes, residuos sólidos municipales, residuo nuclear simulado, desperdicios de madera de construcción y demolición. Algunas modalidades pueden utilizar residuos o desperdicios desinfectados. En algunas modalidades, los materiales se pueden cambiar en vuelo con poca pérdida de energía o eficacia.

Sólo a manera de ejemplo, los materiales procesados, tal como desperdicios de madera de construcción y demolición unidos a cualquier material tóxico en la biocarbonización pueden dar por resultado una reducción de >90% en su corriente residual, en tanto que se movilizan los materiales tóxicos en una forma que permita la eliminación segura sin barreras costosas de lixiviación. Además las corrientes de biomasa que contienen azufre se pueden procesar sin la producción de sulfuro de hidrógeno, haciendo al sistema extraordinariamente útil al procesar una variedad más amplia de lo normal de materiales. Por ejemplo, puede ser posible procesar llantas de automóviles en algunas modalidades. Con controles adicionales de procesamiento para extraer el cloro, puede ser posible procesar materiales de PVC. Otros materiales que pueden utilizarse incluyen, pero no se limitan a: todos los tipos de madera, todos los plásticos, materiales residuales de la producción de aceite de palma, producción de caña de azúcar, rastrojos de maíz y/o básicamente cualquier material de biomasa incluyendo eventualmente estiércol.

Algunas modalidades proporcionan métodos y sistemas para producir combustible líquido a partir de compuestos que comprenden carbono, oxígeno, e hidrógeno. El combustible líquido se recolecta, pero en algunas modalidades, un subproducto de los métodos y sistemas incluye la producción de hidrógeno molecular, que también se puede recolectar y usar en la producción de energía.

Sólo para propósitos de ilustración, ciertas reacciones específicas que comprenden celulosa se describen en la presente como ejemplos de como se pueden implementar los métodos y procesos descritos. Sin embargo, las téenicas pueden ser igualmente aplicables más en general a compuestos de H-O-C y las ilustraciones que usan celulosa no se proponen de ninguna manera para el alcance de la invención. Por ejemplo, las técnicas pueden ser fácilmente aplicables a compuestos de H-O-C, tal como biomasa celulósica, también referida como lignocelulosa, incluyendo hemicelulosa y lignina, junto con celulosa, y combinaciones de esto. También se pueden utilizar otros compuestos de C-O-H, tal como corrientes residuales.

Los ejemplos de las reacciones que se pueden usar en las modalidades donde el compuesto de C-O-H, tal como celulosa u otros compuestos de H-O-C, pueden incluir, pero no se limitan a los siguientes.

Producción de metanol CeHioOs + 6H2O -> CH40 + 5CO2 + 9H2 C6HIO05 + 5H20 -> 2CH40 + 4C02 + 6H2 C6HIO05 + 4H20 - > 3CH40 + 3C02 + 3H2 CeHioOs + 3H20 — > 4CH40 + 2C02 Producción de etanol C6HIO05 + 4H20 - > C2H60 + 4C02 + 6H2 C6HIO05 + H20 -> 2C2H60 + 2C02 Producción de propanol C6Hio05 + 2H20 -> C3H80 + 3C02 + 3H2 Producción de butanol C6H10O5 * C4HI0O + 2C02 Producción de gasolina CeHioOs + 4C + 4H20 C7Hie + 2C02 Producción de diesel CeHioOs + 10C + 2H20 CI6H24 + 6C02 En algunos casos, las reacciones anter iores pueden hacer uso de agua además de uno o más compuestos de H-O-C, tal como celulosa, y pueden proseguir al proporcionar una forma húmeda de la celulosa. En otros casos, se proporciona una fuente de carbono con la celulosa como uno de los reactivos. Algunas modalidades también pueden producir bio-aceite como un combustible líquido.

Sistemas para la Extracción de Hidrógeno o Combustible Líquido a partir de compuestos de C-O-H y Conversión en Energía Electrica o Generación de Calor La producción de energía a partir de biomasa toma en genera uno de tres planteamientos: combustión directa de biomasa para generación de calor y/o electricidad, gasificación pirolítica de la biomasa para combustión para la producción de calor y/ electricidad, o conversión de biomasa en combustibles líquidos para combustión futura. Muchos de estos planteamientos inician con la producción de un gas de síntesis, y algunos usan la reacción de cambio de agua para mejorar la reacción, particularmente para la producción de combustibles líquidos.

La economía de la biomasa es suficientemente favorable tal que 11 GW de la generación eléctrica se utilizan actualmente en los Estados Unidos de América. Sin embargo, el volumen de esa capacidad instalada utiliza generación de vapor y la planta de biomasa promedio es de 20 MW con aproximadamente 20% de eficiencia (de lo que es). Las operaciones se están tendiendo hacia un mayor tamaño de planta para incrementar las eficiencias.

Además, hay varios equipos de investigación que están intentando extraer hidrógeno de celulosa. Estos esfuerzos se basan a cerca de (a) digestión microbiana (b) el uso de NaOH y un catalizador para facilitar una reacción que libere hidrógeno y capture el carbono como carbonato de sodio. Se está poniendo esfuerzos más intensos en varias instalaciones piloto, para procesar la celulosa en etanol.

Muchas compañías en los sectores de procesamiento de alimentos, procesamiento de madera y procesamiento de papel tienen subproductos significativos de sus procesos que tienen poco valor o un valor negativo a su empresa principal. Al mismo tiempo, los costos de la energía eléctrica para instructor industrial están aumentando a 5% por año, y con las inminentes regulaciones de las emisiones de dióxido de carbono, estás tasas prometen crecer aún más rápidamente en la década venidera. Muchos de los subproductos de procesamiento tienen que ser eliminados de alguna manera, generando tasas de descarga u otros gastos de eliminación.

Las opciones disponibles para la generación distribuida para aliviar los costos de energía de la instalación frecuentemente no son suficientemente económicas para impactar de manera significativa el presupuesto energético de una instalación, o para tener un impacto en la reducción de las corrientes residuales. En algunos casos, la combustión directa de productos residuales se usa para generar calor y vapor para los procesos, pero no están disponibles opciones en general económicas de generación eléctrica de energías renovables. La electricidad de los fotovoltaicos cuesta cerca de $200/MWh después de la aplicación del 30% de crédito de los impuestos federales de inversión, y usando generadores diésel para los sistemas combinados de calor y energía se expone a las empresas a las fluctuaciones en el precio del combustible para combustible diésel, y promueve la dependencia energética nacional. La mayoría de los sistemas económicos son sistemas combinados de calor y energía (CHP) con combustible de gas natural, y estos son más comunes en grandes construcciones institucionales tal como universidades, escuelas y hospitales. Para los escenarios comerciales e industriales, la capacidad de generar electricidad de manera económica separadamente de los requisitos térmicos del proceso abrirá oportunidades significativas de mercado.

De acuerdo con varias modalidades, puede estar comprendido un proceso de dos pasos para la conversión de biomasa celulósica a hidrógeno. Algunas modalidades incluyen un nuevo tipo de proceso de pirólisis hidratada que difiere de los procesos de la téenica anterior comunes en la literatura científica o que están comercialmente disponibles. En un aspecto, el proceso puede ser aplicable a la mayoría de los componentes de la biomasa celulósica, incluyendo las porciones de celulosa, hemi-celulosa y lignina.

El sistema de energía limpia desarrollado por este proceso puede comprender un gasificador útil para la generación distribuida en el sito del cliente. El sistema puede convertir biomasa celulósica a una corriente de gas rica en hidrógeno que se puede quemar directamente para producir calor y/o energía. Variando en energía de 500kW ao 5MW, sólo a manera de ejemplo, estos sistemas se pueden vender a clientes comerciales con corrientes residuales de biomasa celulósica al como residuos de madera, subproductos agrícolas y residuos de papel. Otros clientes pueden incluir, pero no se limitan a, productores independientes de energía a una escala comunitaria, e instituciones que buscan opciones costeables en el sitio de energía renovable.

Un prototipo operante de un gasificador de acuerdo con varias modalidades puede generar corrientes continuas de salida de hidrógeno de múltiples fuentes de celulosa a proporciones de hasta 450 kWth (térmica) para una energía de pirólisis de entrada de solo 12kW, sólo a manera de ejemplo. La mezcla de gas producida puede contener 65% de hidrógeno, 30% de dióxido de carbono, y 5% de otros componentes y el prototipo alimenta directamente un generador eléctrico que corre a 9 kWe (eléctrico). El gas producido por el sistema puede ser de mayor contenido de energía que otros gases de pirólisis, y el proceso es neutral a carbono con vapor de agua como el componente primario de emisión.

Algunas modalidades pueden incluir múltiples etapas que pueden estar comprendidas de proporcionar una materia prima a la producción final de generación eléctrica, sólo a manera de ejemplo. Las modalidades pueden comprender un sistema de pirólisis (biomasa celulósica a sistema de pirólisis de hidrógeno, o sistema CHyP) que puede generar una corriente gaseosa rica en hidrógeno a partir de la biomasa como se necesita para la generación de energía y calor. La composición medida de la corriente de gas (65% de hidrógeno, 30% de dióxido de carbono, y 5% de ceniza, alquitranes e hidrocarburos) puede ser ideal para la combustión en máquinas de vaivén para la generación de energía. Esta corriente de gas se puede desarrollar en un paso individual de proceso de biomasa o residuo celulósico mecánicamente y químicamente preparado, o después de remover la ceniza y alquitranes, el gas se alimenta en un motor de combustión interna (IC, por sus siglas en inglés). La presencia de CO2 en la corriente de gas puede ser bastante benéfica para esta aplicación puesto que puede actuar como un gas amortiguador, manteniendo las temperaturas en su intervalo especificado para motores IC. Si la corriente de gas tiene más elementos combustibles que esto, las temperaturas resultantes en el motor aumentarán a niveles que generarán emisiones elevadas de N0X y reducirán el tiempo de vida del motor.

Un aspecto importante, único a algunas modalidades, puede ser la capacidad de generar hidrógeno de una materia prima a pequeñas escalas (500kW a 5MW, a manera de ejemplo) para aplicaciones distribuidas. La mayoría de los otros planteamientos de generación de celulosa biomasa pueden operar económicamente solo a escalas grandes. La capacidad de operar a cualquier escala puede afrontar aplicaciones no disponibles a los planteamientos actuales. Las oportunidades potenciales de mercado pueden incluir, pero no se limitan a: Residencial: calor, electricidad, o sistemas combinados de calor y energía (CHP); Energía Mercantil: electricidad o CHP de distrito; suministro de hidrógeno: gas hidrógeno; Industrial: calor, electricidad, o CHP; Comercial: calor, electricidad, o CHP.

Las modalidades pueden incluir un diseño simplificado que pueda favorecer que el aumento o disminución en escala de escalas de generación distribuida a producción comercial de energía. Debido a la naturaleza exotérmica del proceso completo, el apuntalamiento de energía térmica fuera de la energía de entrada puede ser sobre un factor de 20 de las teenologías de gasificación de la técnica anterior que se han enfocado en las cuestiones térmicas que dan por resultado pérdidas térmicas. La flexibilidad incrementada de las secciones de biomasa de entrada puede resultar del proceso y equipo que es tolerante a agua. Un subproducto benéfico del proceso y equipo puede ser la minimización de la emisión de alquitranes. Con la generación de hidrógeno en el sitio, se pueden lograr los beneficios del hidrógeno sin las dificultades de las cuestiones de almacenamiento y distribución en algunas modalidades. Debido a que el gas de síntesis CHyP puede contener 30% de CO2í la dilución del H2 puede dar por resultado temperaturas de combustión adecuadas para los existentes motores de combustión interna, manteniendo las emisiones de NOx dentro de límites aceptables y no degradando los componentes del motor.

El proceso y unidad de pirólisis de algunas modalidades puede producir un gas de síntesis de hidrógeno que se puede usar para suministrar una mezcla de hidrógeno a una aplicación puesto que el gas está listo para consumirse. El gas de síntesis de hidrógeno se puede quemar en motores de combustión interna para generar calor o electricidad. Esta aplicación de generación eléctrica se puede usar para proporcionar la energía eléctrica de la biomasa celulósica al como céspedes para las operaciones integradas de biorefinería, mejorando el balance integrado de emisiones de los combustibles resultantes. La electricidad producida se puede usar ya sea en la planta de biorefinería o dosificada de regreso a la red de distribución en una cantidad al menos equivalente a aquella utilizada por todas las operaciones en la biorefinería integrada, sólo a manera de ejemplo. Debido a que el hidrógeno se puede generar como se necesite, no se puede requerir almacenamiento de hidrógeno para algunas modalidades sin consecuencia ninguna cuestión de almacenamiento de hidrógeno a alta presión.

Algunas modalidades pueden incluir un condensador al final del generador de hidrógeno de CHyP para capturar cualquier exceso de agua y alquitranes, algunas modalidades pueden utilizar este diseño para generar combustibles líquidos. Algunas modalidades pueden ser capaces de producir alcoholes donde se puedan controlar las reacciones para producir el alcohol de elección.

Una característica atractiva principal de algunas modalidades que incluyen el planteamiento de extracción de hidrógeno puede ser que la simplicidad del diseño del gasificador y un proceso que es continuo, permite resultados reproducibles y se puede poner a escala fácilmente. Además, los desarrollos anteriores en el proceso de CHyP y aparato han dado por resultado una teenología de velocidad de alimentación bien manejada que mejorará la calidad y reproducibilidad de los resultados. Los procesos de apreso y molienda para la materia prima se pueden utilizar inicialmente para producir materias primas preparadas para el convertidor de CHyP pero los procesos desarrollados se pueden traducir también para el uso en la biomasa celulósica a rectores de combustible líquido (CeLF).

Una vista general de un sistema simplificado 100-a para la conversión de un compuesto de C-O-H en hidrógeno y/o combustible líquido de acuerdo co varias modalidades se proporciona con la Figura 1A. El sistema 100-a puede incluir una cámara 102-a, un sistema de calentamiento a 110-a en una comunicación térmica con la cámara 102-a, una línea opcional de suministro de gas 114-a para proporcionar gas inerte en la cámara 102-a, una línea de suministro de agua 106-a para el agua que se va a adicionar a la cámara 102-a al usar la válvula 108-a, una línea de escape 118-a para permitir que los gases de producto (tal como H2 y CO2, dependiendo de los compuestos específicos usados) salgan de la cámara 102-a para fluir en el separador opcional de gas 120-a, y un controlador 112-a. El compuesto de C-O-H 104-a se puede colocar dentro de la cámara 102-a. Los ejemplos de los compuestos de C-O-H 104-a que se pueden encontrar adecuados para los métodos de acuerdo con varias modalidades incluyen, pero no se limita a, puentes de celulosa, hemicelulosa y/o fuentes de lignina. El compuesto de C-O-H puede incluir corrientes residuales que incluyen compuestos de C-O-H. Como se describe adicionalmente más adelante, algunos procesos pueden usar un gas inerte, y el controlador 112-a puede controlar cuando se purga continuamente la cámara 102-a con gas inerte al usar una válvula 116-a. El controlador 112-a también puede controlar el sistema de calentamiento 110-a para proporcionar las temperaturas elevadas que la cámara necesita para provocar que el compuesto de C-O-H 104-a se disocie en el ambiente dentro de la cámara 102-a. El controlador 112-a también puede controlar la velocidad de la inserción de la materia prima humectada, en la cámara 102-a. EL controlador 112-a puede controlar adicionalmente la temperatura del sistema de calentamiento 110-a para convertir el agua en la materia prima humectada en vapor de agua y para calentar el compuesto de C-O-H 104-a para provocar la reacción química del compuesto de C-O-H 104-a con agua. El separador de gas 120-a se puede usar para separar los productos de la reacción (por ejemplo, gases H2 y CO2 y quizá otros productos de reacción) después de que los gases (H2, C02) salgan de la cámara 102-a.

Durante el procesamiento de la biomasa, el sistema 100-a puede correr a presión atmosférica a una presión muy ligeramente positiva, hasta aproximadamente 10 torr de presión positiva. Esto puede servir para reducir al mínimo las fugas en el sistema y reduce de manera significativa el riesgo de un evento de presión de escala. En una modalidad, el sistema corre a aproximadamente 7 torr de presión positiva.

En algunas modalidades, la línea de suministro de agua 106-a se puede configurar tal que se puede combinar agua con el compuesto de C-O-H para crear una forma húmeda del compuesto antes de que se introduzca en la cámara 102-a. Algunas modalidades pueden incluir un mecanismo transportador (no mostrado) que se puede utilizar para transferir el compuesto húmedo en la cámara 102-a.

En algunas modalidades, el producto de reacción puede incluir combustible líquido como se analiza anteriormente que entonces puede estar disponible para la recolección. En algunas modalidades, los gases de hidrógeno y/o dióxido de carbono se pueden extraer como productos terminales.

En algunas modalidades específicas que producen gas hidrógeno como un producto terminal, el gas hidrógeno entonces se puede usar adicionalmente para generar energía eléctrica o calor por diferentes sistemas, o se pueden basar para ventas y distribución como un gas purificado. En una modalidad específica, la línea de suministro de gas 114-a para proporcionar gas inerte no está presente. En este caso, cantidades traza de aire arrastrado en la materia prima humectada que se inserta en la cámara 102-a pueden reaccionar con 3el compuesto de C-O-H 104-a para producir agua y dióxido de carbono.

Una vista general de otros sistemas simplificados 100-b para la conversión de un compuesto de C-O-H en hidrógeno y/o combustible líquido de acuerdo con varias modalidades se proporciona con la Figura. IB. El sistema 100-b puede incluir una cámara 102-b, un sistema de calentamiento 110-b en comunicación térmica con la cámara 102-b, una línea opcional de suministro de gas 114-b para proporcionar gas inerte en la cámara 102-b, una línea de suministro de agua 106-b para el agua que se va a adicionar y/o mezclar con un compuesto de C-O-H dentro de la cámara o tolva de materia prima 122-b, una línea de escape 118-b para permitir que los gases de escape (tal como H2 y CO2, dependiendo de los compuestos específicos usados) salgan de la cámara 102-b para fluir en un separados opcional de gas 120-b, y/o un controlador 112-b. El compuesto de C-O-H 104-b húmedo puede colocarse dentro de la cámara 102-b. La cámara 122-b 5 se puede configurar como una cámara de mezclado y/o una cámara de combinación, donde se puede mezclar y/o combinar agua con el compuesto para formar el compuesto de C-O-H húmedo. Los ejemplos de los compuestos de C-O-H húmedos 104-b que se pueden encontrar adecuados para los métodos de acuerdo con las varias modalidades incluyen, pero no se limitan a, fuentes de celulosa, hemicelulosa y/o fuente de lignina que se pueden hacer húmedos. El compuesto de C-O-H puede incluir fuentes de corrientes residuales que incluyen compuestos de C-O-H. Como se describe adicionalmente más adelante, algunos proceso pueden usar un gas inerte, y el controlador 112-b Controla cuando purgar de manera continua la cámara 102-b con gas inerte al usar una válvula 116-b. El controlador 112-b también puede controlar el sistema de calentamiento 110-b para proporcionar las temperaturas elevadas que la cámara necesita para hacer que el compuesto C-O-H 104-b se disocie en el ambiente dentro de la cámara 102-b. El controlador 112-b también puede controlar la velocidad de la inserción de la materia prima humectada en la cámara 102-b. Se puede utilizar una válvula 117 en algunos casos. El controlador 112 puede controlar adicionalmente la temperatura del sistema de calentamiento 110-b para convertir el agua en la materia prima humectada en vapor de agua y para calentar el compuesto de C-O- H 104-b para provocar la reacción química del compuesto de C-O-H 104-b con agua. El separador de gas 120-b se puede usar para separar los productos de la reacción (por ejemplo, gases de ¾ y CO2 y quizá otros productos de reacción) después de que los gases (¾ , CO2) salen de la cámara 102-b.

Durante el procesamiento de la biomasa, el sistema 100-b puede correr a presión atmosférica a presión muy ligeramente positiva, hasta aproximadamente 10 torr de presión positiva. Esto puede servir para reducir al mínimo las fugas en el sistema y reduce de manera significativa el riesgo de un evento escalador de presión. En una modalidad, el sistema corre aproximadamente a 7 torr de presión positiva.

En algunas modalidades, la línea de suministro de agua 106-b se puede configurar tal que se puede combinar agua con el compuesto de C-O-H para crear una forma húmeda del compuesto antes de que se introduzca en la cámara 102-b, tal como en la cámara o tolva de materia prima 122. Algunas modalidades pueden incluir un mecanismo transportador 124 que se puede utilizar para transferir el compuesto húmedo en la cámara 102-b. Algunas modalidades pueden utilizar gravedad para ayudar a transferir la materia prima humectada en la cámara 102-b. En algunos casos, la materia prima humectada se puede transferir manualmente en la cámara 102-b.

En algunas modalidades, el producto de reacción puede incluir combustible líquido como se analiza anteriormente que entonces puede estar disponible para recolección. En algunas modalidades, las fases de dióxido de carbono y/o hidrógeno se pueden extraer como productos terminales.

En algunas modalidades específicas que producen gas hidrógeno como un producto terminal, el gas hidrógeno entonces se puede usar adicionalmente para generar energía eléctrica o calor por diferentes sistemas, o se puede envasar para venta y distribución como un gas purificado. En una modalidad específica, la línea de suministro de gas 114-b para proporcionar gas inerte no está presente. En este caso, cantidades traza de aire arrastrado en la materia prima humectada que se inserta en la cámara 102-b pueden reaccionar con el compuesto de C-O-H 1044-b para producir agua y dióxido de carbono.

La téenica para quemar hidrógeno para generar energía y/o calor se conoce en la técnica. Los contenidos completos de una solicitud de Patente de los Estados Unidos No. US/7,144,826 B2, titulada "Method and Apparatus for the Production of Process Gas That ineludes Water Vapor and Hidrógeno Formed by Buming Oxygen in a Hidrógeno-Rich Environment" de George Roters, Helmut Sommer, Genrih Erlikh, y Yehuda Pashut, se incorpora en la presente como referencia para todos los propósitos.

Para propósitos de ilustración, un sistema simplificado de ejemplo 200 para la quema de hidrógeno se proporciona en la Figura 2. El sistema 200 comprende una cámara de combustión 230, un quemador 236 para encender la quema de hidrógeno en oxígeno para formar vapor de agua 238 y para generar calor, una línea de suministro de gas H2 para proporcionar ¾ en la cámara de combustión 230, una línea de suministro de gas para proporcionar 02 o aire en la cámara de combustión 230, una línea de escape 240 para que el vapor de agua 238 salga de la cámara de combustión 230, y una línea de suministro de gas inerte 242 para proporcionar gas inerte para enjuagar la cámara de combustión antes de introducir gas H2 a la cámara de combustión 230 en modalidades donde se usa este gas inerte. La relación de gas hidrógeno 234 y gas oxígeno 232 se puede proporcionar tal que el hidrógeno se puede quemar completamente en oxígeno. El vapor de agua 238 se puede convertir energía eléctrica en el convertidor 240 por cualquiera de las varias téenicas conocidas. En general, en lugar de oxígeno, se puede usar un gas que contiene oxígeno, tal como, entre otros, NO u 03, sólo a manera de ejemplo. Como se señala, en modalidades específicas, la línea de suministro de gas 242 no está presente. En este caso, el aire dentro de la cámara 230 puede reaccionar con el compuesto de C-O-H para producir agua y dióxido de carbono hasta que se agote el aire.

Después de que la cámara de combustión se rellena con hidrógeno 234, el sistema de calentamiento 236 se puede activar y ahora se puede introducir oxígeno 232 en la cámara. En la cámara de combustión 230, el oxígeno 234 se puede introducir, por ejemplo, con un retraso de tiempo de cinco segundos con relación al hidrógeno 234. El sistema de calentamiento 236 puede calentar la región cerca de la salida 244 a aproximadamente 700°C para encender la combustión, sólo a manera de ejemplo. La relación del oxígeno 232 al hidrógeno 234 se puede proporcionar en la cámara de combustión de modo que se quema completamente el hidrógeno.

Otro método de conversión de hidrógeno en energía eléctrica es usando una celda de combustible. Una celda de combustible es un dispositivo de conversión de energía electroquímica. Transforma energía química a energía eléctrica. Una celda de combustible puede convertir hidrógeno y oxígeno en agua y producir electricidad y calor. Una celda de combustible también puede usar otras fuentes de combustible, diferentes de gas hidrógeno, tal como combustible líquido tal como metanol, gas natural, gasolina y similares. Un equipo de generación de energía de celda de combustible comprende un ánodo, una membrana de electrolito, un cátodo y una capa de difusión, en donde se oxida el combustible en un ánodo y se reduce el oxígeno en un cátodo, tal como se describe en la solicitud de patente de los Estados Unidos No. US/7,192,666 B2, titulada "Apparatus and Method for Heating Fuel Cells" por John C. Calhoon, los contenidos completos de la cual se incorpora en la presente como referencia para todos los propósitos.

La Figura 3 muestra un sistema simplificado de celda de combustible 300 para usar gas ¾ como combustible. El sistema 300 comprende un ánodo 354, y cátodo 356, un electrolito 358, una línea de suministro de gas hidrógeno 350, y una línea de suministro de gas oxígeno 352. El hidrógeno 350 de la línea de suministro de gas se puede alimentar al ánodo 354 de la celda de combustible, en tanto que el oxígeno 352 de la línea de suministro de gas se pueda alimentar al cátodo 356 de la celda de combustible. Los átomos del hidrógeno 300, que reaccionan con un catalizador 364 en el ánodo 354, se dividen en protones 360 y electrones 362. Entre tanto, una molécula de oxígeno 352, que reacciona con un catalizador 366 en el cátodo 356, se divide en dos átomos separados de oxígeno que tienen cargas negativas.

El electrolito 358 se coloca entre el ánodo 354 y el cátodo 356. El electrolito 358 funciona como un conductor para transportar protones 360 entre el ánodo 354 y el cátodo 356. Se permite que los protones 360 pasen a través del electrolito en tanto que no se le permita a los electrones 362. Los protones 360 pasan a través del electrolito 358 hacia el oxígeno 352 en el cátodo 356. El resultado es una acumulación de carga negativa en el ánodo 354 debido a los electrones 362 que se están dejando atrás. La energía eléctrica generada por la acumulación de electrones 362 se usa para suministrar energía eléctrica. Entre tanto, los protones se difunden a través de la membrana (electrolito) al cátodo donde se combina un átomo de hidrógeno en el cátodo y se hacen reaccionar con oxígeno para formar agua en el cátodo.

Hay muchos tipos de celdas de combustible para convertir hidrógeno y oxígeno en agua para generar electricidad, por ejemplo, entre otras, celda de combustible de ácido fosfórico (PAFC), Membrana de Intercambio de Protones (PEM), Celda de Combustible de Carnoato Fundido (MCFC), Celda de Combustible de Óxido Sólido (SOFC), y Celda de Combustible Alcalina (AFC). Las eficiencias varían de varias celdas de combustible, que varían de 30% a 85%, sólo a manera de ejemplo.

Las reacciones químicas también pueden variar de las celdas de combustible. Por ejemplo, las ecuaciones químicas para describir las reacciones de PEM en el ánodo, cátodo y la celda de combustible se pueden proporcionar como sigue: Ánodo: H2 (g) ® 2H+(ac) + 2e cátodo: 1/202 (g) + 2H+(ac) + 2e ® H2O (1) Celda de combustible:- H2 (g) + 1/202 (g) ® H20 (1).

Otro ejemplo de las reacciones químicas para describir las reacciones PAFC se proporciona a continuación: Ánodo: H2 (g) ® 2H+(a) + 2e Cátodo: 1/202 (g) + 2H+(ac) + 2e ® H20 (1) Celda de combustible: H2 (g) + 1/202 (g) + CO2 ® H20 (1) + C02.

Se señala que las PAFC pueden tolerar una baja concentración de C02 de aproximadamente 1.5%, que permite una amplia selección de combustibles de hidrógeno aceptables. Procesos para Conversión de Hidrógeno en Energía Eléctrica Los sistemas y procesos de acuerdo con varias modalidades para extraer hidrógeno y convertir ese hidrógeno en energía eléctrica pueden afrontar muchas de las cuestiones identificadas como problemas en el espacio de gasificación. Un diseño de sistemas simplificado puede permitir escalabilidad sobre un intervalo muy amplio desde el tamaño unitario casero a la producción de energía comercial. El proceso puede enfocarse en cuestiones térmicas que provocan pérdidas de calor que tienden hacer ineficientes las teenologías de gasificación. Aunque el proceso puede producir calor en exceso, se pueden tomar en cuenta las pérdidas térmicas al ambiente y a través de los gases de salida. Debido a la naturaleza exotérmica, el apuntalamiento de la energía térmica fuera de la energía de entrada puede ser de más de 20.

La Figura 4A proporciona una vista general de un método 400-a de acuerdo con varias modalidades que se puede usar para la conversión del compuesto de C-O-H en hidrógeno para generación de energía. En la Figura 4A y en los otros diagramas de flujo, la selección específica de pasos mostrados y el orden en los cuales se muestran, se proponen solo para ser ilustrativos. Es posible que ciertos pasos se realicen en órdenes alternativos, que ciertos pasos se omitan y que ciertos pasos adicionales se adicionen de acuerdo a las diferentes modalidades de la invención. Algunas pero no todas de estas variantes se señalan en la descripción que sigue. El método 400-a se puede implementar utilizando los aspectos del sistema 100-a de la Figura 1A, el sistema 100-b de la Figura IB, el sistema 200 de la Figura 2, y/o el sistema 300 de la Figura 3.

En el bloque 404-a, se puede combinar agua con el compuesto de C-O-H, los ejemplos de lo cual pueden incluir, pero no se limitan a, celulosa, hemicelulosa y/o lignina. El compuesto de C-O-H puede incluir corrientes residuales que incluyen compuestos de C-O-H. El compuesto húmedo se puede transferir a una cámara de procesamiento de reacción en el bloque 408-a. Estos dos pasos proporcionan un ejemplo de los pasos cuyo orden se puede cambiar en modalidades alternativas.

En el bloque 412-a, el compuesto húmedo se calienta dentro de la cámara de reacción. Este calentamiento se puede lograr usando una variedad de diferentes téenicas conocidas por aquellos expertos en la técnica, algunas de las cuales se han descrito anteriormente para modalidades estructurales específicas. En algunos casos, el compuesto se puede calentar a una temperatura entre 700°C y 1100°C aunque se conoce por los inventores que también son efectivas otras temperaturas. El calentamiento del compuesto húmedo puede provocar la disociación y reacción de los elementos disociados, con productos típicos de reacción que incluyen hidrógeno molecular ¾ y dióxido de carbono CO2. Las reacciones comprendidas pueden incluir reacción de no oxidación, incluyendo pirólisis hidratada.

El método 400-a puede correr a presión atmosférica a una presión muy ligeramente positiva, hasta aproximadamente 10 torr de presión positiva. Esto puede servir para reducir al mínimo las fugas en el sistema y reducen de manera significativa el riesgo de un evento escalador de presión. En una modalidad, el sistema corre aproximadamente 7 torr de presión positiva.

La Figura 4B proporciona una vista general de un método 400-b de acuerdo con varias modalidades que se puede usar para la conversión del compuesto de C-O-H en hidrógeno para la generación de energía. En la Figura 4B y en los otros diagramas de flujo, la sección específica de pasos mostrados y el orden en el cual se muestran se proponen solo para ser ilustrativos. Es posible que ciertos pasos se realicen en orden alternativos, que ciertos pasos se omitan y que ciertos pasos adicionales se adicionen de acuerdo a modalidades diferentes de la invención. Algunas pero no todas estas variantes se señalan en la descripción que sigue. El método 400-b se puede implementar usando los aspectos del sistema 100-a de la Figura 1A, el sistema 100-b de la Figura IB, el sistema 200 de la Figura 2, y/o el sistema 300 de la Figura 3. El método 400-b puede ser un ejemplo de la Figura 400-A.

En el bloque 404-b, se puede combinar agua con el compuesto de C-O-H, los ejemplos de lo cual pueden incluir, pero no se limitan a, celulosa, hemicelulosa y/o lignina. El compuesto de C-O-H puede incluir corrientes residuales que incluyen los compuestos de C-O-H. El compuesto húmedo se puede transferir en una cámara de procesamiento de reacción en el bloque 408-b. Estos dos pasos proporcionan un ejemplo de pasos cuyo orden se puede cambiar en modalidades alternativas. Por ejemplo, el compuesto se puede colocar en la cámara de procesamiento de reacción en un estado seco, con la "transferencia" afectada al combinarla con agua en tanto que se elimina. En aún otros casos, se puede aplicar agua al compuesto conforme se mueve en la cámara de procesamiento de reacción, tal como al usar un sistema de aspersión, como parte de la transferencia.

En el bloque 412-b, el compuesto húmedo se calienta dentro de la cámara de reacción. Este calentamiento se puede lograr usando una variedad de diferentes téenicas conocidas por aquellos expertos en la técnica, algunas de las cuales se han descrito anteriormente para modalidades estructurales específicas. En algunos casos, el compuesto se puede calentar a una temperatura de entre 700°C y 1100°C aunque se conocen otras temperaturas por los inventores que también son efectivas. El calentamiento del compuesto húmedo puede provocar la disociación de reacción de los elementos disociados, con productos típicos de reacción que incluyen hidrógeno molecular ¾ y de dióxido de carbono CO2. Las reacciones comprendidas pueden incluir reacción de no oxidación, que incluyen pirólisis hidratada. El hidrógeno molecular producido dentro de la cámara de reacción se puede procesar en los bloques 416 - 424, aunque no todos estos pasos se necesitan incluir en muchas modalidades.

En particular, no se espera que la producción de hidrógeno sea 100% y pueda haber trazas de elementos sin reaccionar que permanezcan en los productos de reacción. Por ejemplo, el hacer pasar el producto de reacción de hidrógeno a través de una cámara de presión reducida en el bloque 416 puede ser útiles para remover trazas de carbono sin reaccionar y el hacer pasar el producto de reacción de hidrógeno a través de una cámara enfriada con agua en el bloque 420 puede ser útil para remover alquitranes y agua sin reaccionar.

Una vez que se ha extraído el hidrógeno del proceso, se puede procesar en el bloque 424 para generar energía, tal como al usar un proceso de quema, un motor de vaivén o un proceso de celda de combustible como se describe anteriormente. El hidrógeno también se puede utilizar para otros propósitos en algunas modalidades.

El método 400-b puede correrse a presión atmosférica hasta presión muy ligeramente positiva, hasta aproximadamente 10 torr de presión positiva. Esto puede servir para reducir al mínimo las fugas en el sistema y reduce significativamente el riesgo de un evento escalador de presión. En una modalidad, el sistema corre aproximadamente 7 torr de presión positiva.

La Figura 5 y Figura 6 proporcionan ilustraciones más específicas de los métodos de la invención para modalidades particulares. Por ejemplo, la Figura 5 es un diagrama de flujo que resume un primer método 500 de conversión de una fuente de compuesto de C-O-H tal como celulosa, hemicelulosa, y/o lignina en hidrógeno de una reacción, tal como la reacción la, y entonces los pasos para la conversión de hidrógeno en energía eléctrica. El compuesto puede incluir corrientes residuales que incluyen al menos un compuesto de C-O-H. Se puede combinar agua con el compuesto de C-O-H para producir una forma húmeda del compuesto de C-O-H. La forma húmeda del compuesto de C-O-H se puede transferir en una cámara de procesamiento de reacción. La forma húmeda del compuesto de C-O-H se puede calentar dentro de la cámara de reacción tal que los elementos del compuesto de C-O-H se disocien y reaccionen, con un producto de reacción que comprende al menos gas hidrógeno y/o combustible líquido. Algunas modalidades pueden utilizar reacciones de no oxidación para producir el hidrógeno y/o combustible líquido, tal como reacciones de pirólisis hidratada. El gas hidrógeno y/o combustible líquido se puede utilizar para generar energía eléctrica, calor, o para accionar diferentes tipos de motores.

El método 500 se puede implementar utilizando los aspectos del sistema 100-a de la Figura 1A, el sistema 100-b de la Figura IB, el sistema 200 de la Figura 2, y/o el sistema 300 de la Figura 3. Algunos métodos del método 500 puedan utilizar diferentes reacciones. El proceso puede iniciar en el bloque 502 al introducir la fuente de compuesto de C-O-H en una cámara. La cámara entonces se puede enjuagar co gas inerte para desplazar el aire en la cámara en el bloque 504. El gas inerte puede comprender argón, nitrógeno, helio y similares. En un modalidad específica de la invención, o se introduce gas inerte en la cámara de modo que la cámara se rellena con aire. En una modalidad específica, la materia prima celulósica humectada se mueve continuamente a través de la cámara de calentamiento, y no se usa gas inerte y la geometría de la cámara reduce al mínimo a la presencia de aire en la cámara. El aire puede reaccionar con el compuesto de C-O-H hasta que se agote el aire dentro de la cámara. La cámara que contiene la fuente del compuesto C-O-H se puede calentar para provocar la disociación del compuesto de C-O-H en el bloque 506. La disociación puede dar por resultado la formación de gas hidrógeno, dióxido de carbono, monóxido de carbono, otros hidrocarburos, y residuo de carbono. El gas hidrógeno se puede separar del gas de dióxido de carbono en el bloque 608 por téenicas conocidas. El diagrama muestra dos maneras posibles de conversión de hidrógeno en energía eléctrica, aunque se pueden utilizar otras maneras. Una manera de conversión de hidrógeno en electricidad es hacer reaccionar hidrógeno con oxígeno en una celda de combustible del bloque 512. Una manera de conversión de hidrógeno en energía eléctrica es quemar gas hidrógeno en oxígeno en una cámara de combustión en el bloque 510, de modo que se forme vapor de agua junto con la liberación de cada olor. El vapor de agua engonces se puede alimentar en un convertidor de energía tal como una turbina de expansión para producir electricidad de la energía térmica en el bloque 514 por téenicas conocidas.

La Figura 6 es un diagrama de flujo que resume un segundo método 500 de conversión de una fuente de compuesto de C-O-H en hidrógeno a partir de una reacción, tal como la reacción 2a, y los pasos para la conversión de hidrógeno en energía eléctrica. El método 600 se puede implementar utilizando aspectos del sistema 100-a de la Figura 1A, el sistema 100-b de la Figura IB, el sistema 200 de la Figura 2, y/o el sistema 300 de la Figura 3. El método 600 se puede utilizar otras reacciones en algunas modalidades. El proceso inicia en el bloque 602 al introducir la fuente del compuesto de C-O-H en una cámara. La cámara entonces se puede enjuagar con gas inerte para desplazar el aire en la cámara en el bloque 604. El gas inerte puede comprender al argón, nitrógeno, helio y similares. En una modalidad específica, no se introduce gas inerte en la cámara de modo que la cámara se rellena con aire. El aire reacciona con celulosa, hemicelulosa, y/o lignina hasta que el aire se puede agotar dentro de la cámara.

Entonces se puede adicionar agua en la cámara en el bloque 606, conforme se pueda necesitar agua para reaccionar con el compuesto de C-O-H para formar hidrógeno y dióxido de carbono. El agua en la forma del líquido se puede calentar para que se cambie a vapor de agua y la cámara que contiene la fuente de compuesto de C-O-H se calienta a una temperatura en la cual el compuesto de C-O-H puede reaccionar con el vapor de agua en el bloque 608. En una modalidad específica, la materia prima celulósica amentada se mueve continuamente a través de la cámara de calentamiento, y no se usa gas inerte, y la geometría de la cámara reduce al mínimo la presencia de aire en la cámara. La reacción del compuesto de C-O-H y agua da por resultado la información de un gas hidrógeno y un gas de dióxido de carbono. El gas hidrógeno necesita ser separado del gas de dióxido de carbono en el bloque 610 pote tánicas conocidas.

El diagrama muestra dos maneras posibles de conversión de hidrógeno en energía eléctrica, aunque también se pueden utilizar otras maneras. Manera de conversión de hidrógeno en electricidad es hacer reaccionar hidrógeno con oxígeno en una celda de combustible en el bloque 614. Una manera para la conversión de hidrógeno en la energía eléctrica es quemar hidrógeno en oxígeno en una cámara de combustión en el bloque 612, de modo que se forma vapor de agua junto con la liberación de calor. El vapor de agua entonces se puede alimentar en un convertidor de energía para producir electricidad de la energía térmica en el bloque 616 por téenicas conocidas.

Las reacciones de celulosa 2a y 2b pueden tener varias características únicas para aplicaciones automotrices. Primero que todo al utilizar calor residual del motor para calentar la cámara de reacción para la producción de hidrógeno, se puede recapturar potencialmente la energía de 487 kJ/mol que es el calor usado para formar el vapor de agua a 400°C y para calentar la celulosa como se analiza anteriormente. Esto puede mejorar la salida de energía por 17% que es igual a (487 kJ/mol)/(2902 kJ/mol).

Adicionalmente, el vapor de agua generado del hidrógeno quemado en la reacción 2b se puede hacer re-circular en la cámara de generación de hidrógeno de modo que el uso de agua solo será lo inicial para iniciar el proceso de celulosa. Como se muestra en las reacciones 2a y 2b, se liberan 12 moles de agua de cada mol de celulosa convertido. Si el agua de la reacción 2b se reutiliza sin ninguna pérdida, se crean 5 moles netos de agua de celulosa en las reacciones 2a y 2b, sólo a manera de ejemplo. Mediante el uso y captura apropiada del agua generada de la reacción 2b, no se puede necesitar agua neta al sostener el proceso de reacción de celulosa. Esto puede eliminar una cuestión inicial que el peso de 126 g (7 moles) de agua por 162 g (1 mol) de celulosa en la Reacción 2a será una carga adicional a los automóviles.

Adicionalmente, el sistema para la conversión de celulosa en hidrógeno para la generación de energía puede reducir la producción de la generación de dióxido de carbono, en comparación al uso de gasolina. Esto puede ayudar con aliviar la preocupación del tema del calentamiento global. Por una milla por kW-hr como se analiza anteriormente, la liberación de dióxido de carbono en la reacción 2a por un mol de celulosa se puede estimar por: (6 x 44 g CO2) / ( 12 x 2 g H2) = 11 g C02/g H2 (11 kg C02/kg H2) / (33 .6 kW-hr/kgH2 ) / (milla/kW-hr) = 0 . 33 kg C02/milla .

En contraste, la gasolina puede liberar aproximadamente 9 kg de dióxido de carbono por gallón. Sólo a manera de ejemplo, si un automóvil obtiene 28 millas/galón de gasolina, la liberación de dióxido de carbono de 1 mol de celulosa puede ser igual a: 28 millas/galón x 0.33 kg de C02/milla = 9.24 kg C02/galón. Esto es aproximadamente equivalente a lo que se libera de la gasolina. Sin embargo, el proceso de celulosa es renovable. Si es posible lograr 5 millas/kW-hr H2 que es 5 veces la estimación conservadora de 1 milla/kW-hr H2, entonces la quema de hidrógeno será el equivalente a 5 x 28 140 millas/galón de gasolina de liberación equivalente de dióxido de carbono. Por lo tanto, se puede producir relativamente menos dióxido de carbono de la quema de hidrógeno.

El proceso para la conversión de biomasa celulósica en hidrógeno puede mejorar el recielado de los productos de biomasa celulósica y cambiar su desperdicio en generación de energía. Por ejemplo, el desperdicio de la biomasa celulósica incluye pisos forestales que actualmente no son económicos de recuperación, pero presentan un serio peligro de incendio. Se llega a ser económico reciclar los desperdicios de biomasa celulósica a través del uso de la presente invención, se puede reducir el problema del peligro. Otros residuos de biomasa celulósica que actualmente terminan en relleno sanitarios también se pueden utilizar a través del reciclado. Proceso para la Elaboración de Combustible Líquido a partir de Celulosa u Otros Compuestos de C-O-H La Figura 7 proporciona una vista general de un método 700 que se puede usar para producir combustible líquido a partir de los compuestos de C-O-H, tal como lignina, celulosa o hemicelulosa, o combinaciones de estos. En algunas modalidades se pueden utilizar corrientes residuales o productos residuales que incluyen compuestos de C-O-H. El método 700 se puede implementar utilizando aspectos del sistema 100-a de la Figura 1, el sistema 100-b de la Figura IB, el sistema 200 de la Figura 2, y/o el sistema 300 de la Figura 3. En la Figura 7, la selección específica de pasos mostrados y el orden en el cual se muestran se propone solo que sea ilustrativo. Es posible que ciertos pasos se realicen en órdenes alternativos, que ciertos pasos se omitan y que ciertos pasos adicionales se adicionan de acuerdo a las diferentes modalidades de la invención. Algunas pero no todas de estas variantes se señalan en descripción que sigue.

En el bloque 704 de la Figura 7, se puede combinar agua con el compuesto de C-O-H tal como celulosa, hemicelulosas, lignina, o combinaciones de esto. El compuesto húmedo se puede transferir en una cámara de procesamiento de reacción en el bloque 708. Estos dos pasos proporcionan un ejemplo de los pasos cuyo orden se puede cambiar en modalidades alternativas. Por ejemplo, el compuesto se puede colocar en la cámara de procesamiento de reacción en un estado seco, con la "transferencia" efectuada al combinarlo con agua en tanto que se coloca. En aún otros casos, se puede aplicar agua al compuesto conforme se mueve a la cámara de procesamiento de reacción, tal como al usar un sistema de expresión, como parte de la transferencia.

En el bloque 712, el compuesto húmedo se puede calentar dentro de la cámara de reacción. Este calentamiento se puede lograr usando una variedad de téenicas diferentes conocidas por aquellos expertos en la técnica, algunas de las cuales se han descrito anteriormente para modalidades estructurales específicas. En algunos casos, el compuesto se calienta a una temperatura de entre 700°C y 1100°C aunque se conocen otras temperaturas por los inventores también como efectivas. El calentamiento del compuesto húmedo provoca la disociación y reacción de los elementos disociados, con productos típicos de reacción que incluyen hidrógeno molecular H2 y dióxido de carbono CO2 además del combustible líquido. Los productos específicos de reacción dependen de los mecanismos de reacción usados, los ejemplos de lo cual se proporcionan anteriormente. El combustible líquido se puede recolectar en el bloque 714.

En aquellas modalidades en las cuales el hidrógeno molecular que se produce dentro de la cámara de reacción se procesa adicionalmente, estos pasos indicados en los bloques 716 - 724 se pueden realizar, aunque estos pasos no se incluyen en cada modalidad. Por consiguiente se indican con líneas discontinuas.

En particular, no se espera que la producción de combustible líquido será de 100% y puede haber trazas de elementos sin reaccionar que permanezcan en los productos de reacción. Por ejemplo, el hacer pasar el producto de reacción de combustible líquido a través de una cámara de presión reducida en el bloque 716 puede ser útil para remover trazas de carbono sin reaccionar y el hacer pasar el producto de reacción de combustible líquido a través de una cámara enfriada con agua en el bloque 720 puede ser útil para remover el agua sin reaccionar.

Una vez que se ha extraído el hidrógeno como un producto terminal del proceso, se puede procesar en el bloque 724 para generar energía, tal como al usar un proceso de quema o un proceso de celda de combustible como se describe anteriormente. En algunas modalidades, el gas de dióxido de carbono también se puede extraer como un producto terminal. Otras Aplicaciones Potenciales El proceso para producir combustible líquido a partir de celulosa u otros compuestos de C-O-H, al como hemicelulosa o lignina, o combinaciones de esto pueden mejorar el recielado de productos de biomasa celulósica y cambiar el desperdicio celulósico en combustible líquido y que se use para la producción de energía. Por ejemplo, el desperdicio de la biomasa celulósica incluye pisos forestales que actualmente no pueden ser económicos de recuperar, pero presentan un serio peligro de incendio. El reciclado de este desperdicio celulósico a través del uso de las diferentes modalidades puede reducir este problema de peligro. Otro desperdicio celulósico que actualmente termina en los rellenos sanitarios también se puede utilizar a través del reciclado.

En tanto que se han dado anteriormente descripciones detalladas de un a más modalidades, serán evidentes para los expertos en la téenica varias alternativas, modificaciones equivalentes sin variar del espíritu de la invención. Además, excepto donde se señale expresamente de otro modo o sea claramente inapropiado, se debe asumir que las características, dispositivos y/o componentes de diferentes modalidades se pueden sustituir y/o combinar. De esta manera, la descripción anterior no se debe tomar como limitante del alcance de la invención, que se define 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 presente invención, es el que resulta claro a partir de la presente descripción de la invención.

Claims (147)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones:

1. Un método para extraer hidrógeno de un compuesto que comprende carbono, oxígeno, e hidrógeno, caracterizado porque comprende: combinar agua con el compuesto para producir una forma húmeda del compuesto; transferir la forma húmeda del compuesto a una cámara de procesamiento de reacción; calentar la forma húmeda del compuesto dentro de la cámara de procesamiento de reacción tal que los elementos comprendidos por la forma húmeda del compuesto se disocien y reaccionen, en donde un producto de reacción comprende gas hidrógeno; y extraer el gas hidrógeno.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque se calienta la forma húmeda del compuesto dentro de la cámara de reacción tal que los elementos comprendidos por la forma húmeda del compuesto se disocien y reaccionen a través de una reacción de no oxidación.

3. El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque la reacción de no oxidación comprende una reacción de pirólisis hidratada.

4. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el calentamiento de la forma húmeda del compuesto dentro de la cámara de reacción se presenta bajo condiciones de presión atmosférica.

5. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el compuesto consiste de carbono, oxígeno, e hidrógeno.

6. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el compuesto comprende celulosa.

7. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el compuesto comprende lignina.

8. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el compuesto comprende hemicelulosa.

9. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el compuesto comprende una corriente residual.

10. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende: proporcionar un flujo de un gas inerte a la cámara de reacción.

11. El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el gas inerte comprende al menos argón o nitrógeno.

12. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el gas hidrógeno extraído se procesa para generar al menos energía eléctrica o calor.

13. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el gas hidrógeno extraído se procesa para producir combustibles líquidos.

14. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el gas hidrógeno extraído se procesa al quemar el gas hidrógeno.

15. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el gas hidrógeno extraído se procesa al alimentar el gas hidrógeno en una celda de combustible.

16. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el agua comprende agua líquida.

17. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el procesamiento del gas hidrógeno comprende hacer pasar los gases de producto de reacción a través de una cámara de presión reducida para remover las trazas de carbono sin reaccionar.

18. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el procesamiento del gas hidrógeno comprende hacer pasar los gases de producto de reacción a través de una cámara enfriada con agua para remover el agua sin reaccionar.

19. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el calentamiento de la forma húmeda del compuesto comprende calentar la forma húmeda del compuesto a una temperatura entre 700°C y 1100°C.

20. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la transferencia de la forma húmeda del compuesto a la cámara de procesamiento de reacción se presenta de manera continua.

21. El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque la transferencia continúa de la forma húmeda del compuesto en el reactor utiliza una geometría que reduce la presencia de aire.

22. Un sistema para extraer hidrógeno de un compuesto que comprende carbono, oxígeno, e hidrógeno, caracterizado porque comprende: una cámara de procesamiento,- una fuente de calentamiento en comunicación térmica con un interior de la cámara de procesamiento; una fuente del compuesto colocada dentro de la cámara de procesamiento; una fuente de agua para reacción con el compuesto; Y un sistema de escape para extraer el gas hidrógeno resultante de la cámara de procesamiento.

23. El sistema de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque la cámara de procesamiento y la fuente de calentamiento se configuran para calentar una forma húmeda del compuesto dentro de la cámara de procesamiento tal que los elementos comprendidos por la forma húmeda del compuesto se disocien y reaccionen a través de una reacción de no oxidación.

24. El sistema de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque la reacción de no oxidación comprende una reacción de pirólisis hidratada.

25. El sistema de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque la fuente de agua se configura para combinar agua con el compuesto para producir una forma húmeda del compuesto fuera de la cámara de procesamiento.

26. El sistema de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado porque además comprende: un transportador para transportar la forma húmeda del compuesto a la cámara de procesamiento.

27. El sistema de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque la cámara de procesamiento se configura para operar bajo condiciones de presión atmosférica.

28. El sistema de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque el compuesto consiste de carbono, oxígeno, e hidrógeno.

29. El sistema de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque el compuesto comprende celulosa.

30. El sistema de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque el compuesto comprende lignina.

31. El sistema de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque el compuesto comprende hemicelulosa.

32. El sistema de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque el compuesto comprende un corriente residual.

33. El sistema de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque además comprende: un sistema de suministro de gas configurado para proporcionar un flujo de gas inerte a la cámara de procesamiento.

34. El sistema de conformidad con la reivindicación 33, caracterizado porque el gas inerte comprende al menos argón o nitrógeno.

35. El sistema de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque el gas hidrógeno extraído se procesa para generar al menos energía eléctrica o calor.

36. El sistema de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque el gas hidrógeno extraído se procesa para producir combustibles líquidos.

37. El sistema de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque el gas hidrógeno extraído se procesa por la quema de gas hidrógeno.

38. El sistema de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque el gas hidrógeno extraído se procesa por alimentar el gas hidrógeno a una celda de combustible.

39. El sistema de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque el agua comprende agua líquida.

40. El sistema de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque el sistema de escape para extraer el gas hidrógeno resultante de la cámara de procesamiento se configura para hacer pasar los gases de producto de reacción a través de una cámara de presión reducida para remover las trazas de carbono sin reaccionar.

41. El sistema de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque el sistema de escape para extraer el gas hidrógeno resultante de la cámara de procesamiento se configura para hacer pasar los gases de producto de reacción a través de una cámara enfriada con agua para remover el agua sin reaccionar.

42. El sistema de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque al menos la cámara de procesamiento o la fuente de calentamiento se configura para calentar una forma húmeda del compuesto a una temperatura entre 700°C y 1100°C.

43. El sistema de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque además comprende: un transportador configurado para transferir una forma húmeda del compuesto en la cámara de procesamiento.

44. El sistema de conformidad con la reivindicación 43, caracterizado porque el transportador se configura para transferir de manera continua la forma húmeda del compuesto en la cámara de procesamiento utilizando una geometría que reduce la presencia de aire.

45. Un método para extraer hidrógeno para procesamiento adicional, caracterizado porque además comprende: calentar un compuesto húmedo, el compuesto que comprende carbono, oxígeno, e hidrógeno, tal que los elementos comprendidos del compuesto húmedo se disocien y reaccionen para formar al menos gas hidrógeno; y procesar el gas hidrógeno.

46. El método de conformidad con la reivindicación 45, caracterizado porque el calentamiento del compuesto húmedo tal que los elementos comprendidos del compuesto húmedo se disocien y reaccionen para formar al menos gas hidrógeno a través de una reacción de no oxidación.

47. El método de conformidad con la reivindicación 46, caracterizado porque la reacción de no oxidación comprende una reacción de pirólisis hidratada.

48. El método de conformidad con la reivindicación 45, caracterizado porque el gas hidrógeno se procesa para generar al menos energía eléctrica o calor.

49. El método de conformidad con la reivindicación 45, caracterizado porque el gas hidrógeno se procesa para producir combustibles líquidos.

50. El método de conformidad con la reivindicación 45, caracterizado porque el compuesto consiste de carbono, oxígeno, e hidrógeno.

51. El método de conformidad con la reivindicación 45, caracterizado porque el compuesto comprende celulosa.

52. El método de conformidad con la reivindicación 45, caracterizado porque el compuesto comprende lignina.

53. El método de conformidad con la reivindicación 45, caracterizado porque el compuesto comprende hemicelulosa.

54. El método de conformidad con la reivindicación 45, caracterizado porque el procesamiento del gas hidrógeno comprende la quema de gas hidrógeno.

55. El método de conformidad con la reivindicación 45, caracterizado porque el procesamiento del gas hidrógeno comprende alimentar el gas hidrógeno en una celda de combustible.

56. El método de conformidad con la reivindicación 45, caracterizado porque además comprende: formar el compuesto húmedo a través de la mezcla de agua con el compuesto que comprende carbono, oxígeno, e hidrógeno, antes de calentar el compuesto húmedo.

57. Un sistema para extraer hidrógeno para procesamiento adicional, caracterizado porque: una cámara de procesamiento en comunicación térmica con una fuente de calor configurado para calentar un compuesto húmedo, el compuesto que comprende carbono, oxígeno, e hidrógeno, tal que los elementos comprendidos del compuesto húmedo se disocian y reaccionan para formar al menos gas hidrógeno; y un sistema de escape configurado para procesar el gas hidrógeno.

58. El sistema de conformidad con la reivindicación 57, caracterizado porque la cámara de procesamiento en comunicación térmica con la fuente de calor se configura para calentar el compuesto húmedo tal que los elementos comprendidos del compuesto húmedo se disocien y reaccionen para formar al menos gas hidrógeno a través de una reacción de no oxidación.

59. El sistema de conformidad con la reivindicación 58, caracterizado porque la reacción de no oxidación comprende una reacción de pirólisis hidratada.

60. El sistema de conformidad con la reivindicación 57, caracterizado porque el sistema de escape configurado para procesar el gas hidrógeno se configura para procesar el gas hidrógeno para generar al menos energía eléctrica o calor.

61. El sistema de conformidad con la reivindicación 57, caracterizado porque el sistema de escape configurado para procesar el gas hidrógeno se configura para procesar el gas hidrógeno para producir combustibles líquidos.

62. El sistema de conformidad con la reivindicación 57, caracterizado porque el compuesto consiste de carbono, oxígeno, e hidrógeno.

63. El sistema de conformidad con la reivindicación 57, caracterizado porque el compuesto comprende celulosa.

64. El sistema de conformidad con la reivindicación 57, caracterizado porque el compuesto comprende lignina.

65. El sistema de conformidad con la reivindicación 57, caracterizado porque el compuesto comprende hemicelulosa.

66. El sistema de conformidad con la reivindicación 57, caracterizado porque el sistema de escape configurado para procesar el gas hidrógeno se configura para quemar el gas hidrógeno.

67. El sistema de conformidad con la reivindicación 57, caracterizado porque el sistema de escape configurado para procesar el gas hidrógeno se configura para alimentar el gas hidrógeno en una celda de combustible.

68. El sistema de conformidad con la reivindicación 57, caracterizado porque además comprende: un transportador configurado para transferir el compuesto húmedo a la cámara de procesamiento.

69. El sistema de conformidad con la reivindicación 57, caracterizado porque además comprende: una cámara configurada para mezclar o combinar al menos agua con el compuesto para formar el compuesto húmedo antes de que la cámara de procesamiento en comunicación térmica con la fuente de calor caliente el compuesto húmedo.

70. Un método para producir un combustible líquido a partir de un compuesto que comprende carbono, oxígeno, e hidrógeno, caracterizado porque comprende: combinar agua con el compuesto para producir una forma húmeda del compuesto; transferir la forma húmeda del compuesto a una cámara de procesamiento de reacción; y calentar la forma húmeda del compuesto dentro de la cámara de reacción tal que los elementos comprendidos por la forma húmeda del compuesto se disocien y reaccionen, en donde el producto de reacción comprende el combustible líquido.

71. El método de conformidad con la reivindicación 70, caracterizado porque el calentamiento de la forma húmeda del compuesto dentro de la cámara de reacción tal que los elementos comprendidos por la forma húmeda del compuesto se disocien y reaccionen a través de una reacción de no oxidación.

72. El método de conformidad con la reivindicación 71, caracterizado porque la reacción de no oxidación comprende una reacción de pirólisis hidratada.

73. El método de conformidad con la reivindicación 70, caracterizado porque el compuesto que comprende carbono, oxígeno, e hidrógeno comprende celulosa.

74. El método de conformidad con la reivindicación 70, caracterizado porque el compuesto que comprende carbono, oxígeno, e hidrógeno comprende lignina.

75. El método de conformidad con la reivindicación 70, caracterizado porque el compuesto que comprende carbono, oxígeno, e hidrógeno comprende hemicelulosa.

76. El método de conformidad con la reivindicación 73, caracterizado porque: el combustible líquido comprende metanol; y el calentamiento de la forma húmeda del compuesto dentro de la cámara de reacción comprende inducir una reacción C6H10O5 + 6H2O CH4O + 5CÜ2 + 9¾ .

77. El método de conformidad con la reivindicación 73, caracterizado porque: el combustible líquido comprende metanol; y el calentamiento de la forma húmeda del compuesto dentro de la cámara de reacción comprende inducir una reacción C6H10O5 + 5H2O—* 2CH4O + 4CC>2 + 6H2.

78. El método de conformidad con la reivindicación 73, caracterizado porque: el combustible líquido comprende metanol; y el calentamiento de la forma húmeda del compuesto dentro de la cámara de reacción comprende inducir una reacción C6H10O5 + 4H2O - 3CH40 + 3CO2 + 3H2.

79. El método de conformidad con la reivindicación 73, caracterizado porque: el combustible líquido comprende metanol; y el calentamiento de la forma húmeda del compuesto dentro de la cámara de reacción comprende inducir una reacción C6H10O5 + 3H20 4CH40 + 2C02.

80. El método de conformidad con la reivindicación 73, caracterizado porque: el combustible líquido comprende etanol; y el calentamiento de la forma húmeda del compuesto dentro de la cámara de reacción comprende inducir una reacción C6H10O5 + 4H20 C2H6Ü + 4C02 + 6H2.

81. El método de conformidad con la reivindicación 73, caracterizado porque: el combustible líquido comprende etanol; y el calentamiento de la forma húmeda del compuesto dentro de la cámara de reacción comprende inducir una reacción C6H10O5 + H20 2C2H6Ü + 2C02.

82. El método de conformidad con la reivindicación 73, caracterizado porque: el combustible líquido comprende propanol; y el calentamiento de la forma húmeda del compuesto dentro de la cámara de reacción comprende inducir una reacción C6H 0O5 + 2H2O C3H80 + 3CO2 + 3H2.

83. El método de conformidad con la reivindicación 73, caracterizado porque: el combustible líquido comprende butanol; y el calentamiento de la forma húmeda del compuesto dentro de la cámara de reacción comprende inducir la reacción CeHxoOs— C4H10O + 2C02.

84. El método de conformidad con la reivindicación 73, caracterizado porque: el combustible líquido comprende gasolina; y el calentamiento de la forma húmeda del compuesto dentro de la cámara de reacción comprende inducir la reacción C6Hio05 + 4C + 4¾0 C7HI6 + 2C02.

85. El método de conformidad con la reivindicación 73, caracterizado porque: el combustible líquido comprende diésel; y el calentamiento de la forma húmeda del compuesto dentro de la cámara de reacción comprende inducir la reacción CeHioOs + 10C + 2H20 Ci6H24 + 6C02.

86. El método de conformidad con la reivindicación 70, caracterizado porque además comprende: extraer un gas hidrógeno que es otro producto de reacción como un producto terminal.

87. El método de conformidad con la reivindicación 70, caracterizado porque además comprende: extraer un gas de dióxido de carbono que es otro producto de reacción como un producto terminal.

88. Un sistema para producir un combustible líquido a partir de un compuesto que comprende carbono, oxígeno, e hidrógeno, caracterizado porque comprende: una cámara de procesamiento; una fuente de calentamiento en comunicación térmica con un interior de la cámara de procesamiento; una fuente del compuesto colocada dentro de la cámara de procesamiento,- una fuente de agua para humectar la fuente del compuesto; y un subsistema para controlar la fuente de calentamiento para inducir una disociación y reacción de la fuente húmeda del compuesto, en donde un producto de reacción comprende el combustible líquido.

89. El sistema de conformidad con la reivindicación 88, caracterizado porque además comprende: un sistema de escape para extraer al menos el combustible líquido o gases resultantes de la cámara de procesamiento.

90. El sistema de conformidad con la reivindicación 88, caracterizado porque el subsistema para controlar la fuente de calentamiento para inducir la disociación y reacción de la fuente húmeda del compuesto que utiliza una reacción de no oxidación.

91. El sistema de conformidad con la reivindicación 90, caracterizado porque la reacción de no oxidación comprende una reacción de pirólisis hidratada.

92. El sistema de conformidad con la reivindicación 88, caracterizado porque el compuesto que comprende carbono, oxígeno, e hidrógeno comprende celulosa.

93. El sistema de conformidad con la reivindicación 88, caracterizado porque el compuesto que comprende carbono, oxígeno, e hidrógeno comprende lignina.

94. El sistema de conformidad con la reivindicación 88, caracterizado porque el compuesto que comprende carbono, oxígeno, e hidrógeno comprende hemicelulosa.

95. El sistema de conformidad con la reivindicación 92, caracterizado porque: el combustible líquido comprende metanol; y el calentamiento de la forma húmeda del compuesto dentro de la cámara de reacción comprende inducir la reacción C6HIO05 + 6H2O CH40 + 5CO2 + 9H2.

96. El método de conformidad con la reivindicación 92, caracterizado porque: el combustible líquido comprende metanol; y el calentamiento de la forma húmeda del compuesto dentro de la cámara de reacción comprende inducir una reacción C6H10O5 + 5H20 2CH4O + 4C02 + 6H2.

97. El método de conformidad con la reivindicación 92, caracterizado porque: el combustible líquido comprende metanol; y el calentamiento de la forma húmeda del compuesto dentro de la cámara de reacción comprende inducir una reacción C6H10O5 + 4H2O 3CH40 + 3CO2 + 3H2.

98. El método de conformidad con la reivindicación 92, caracterizado porque: el combustible líquido comprende metanol; y el calentamiento de la forma húmeda del compuesto dentro de la cámara de reacción comprende inducir una reacción C6H10O5 + 3H20 4CH40 + 2C02-

99. El método de conformidad con la reivindicación 92, caracterizado porque: el combustible líquido comprende etanol; y el calentamiento de la forma húmeda del compuesto dentro de la cámara de reacción comprende inducir una reacción C6H10O5 + 4H20 C2H60 + 4C02 + 6H2.

100. El método de conformidad con la reivindicación 92, caracterizado porque: el combustible líquido comprende etanol; y el calentamiento de la forma húmeda del compuesto dentro de la cámara de reacción comprende inducir una reacción C6H10O5 + H20 2C2H60 + 2C02.

101. El método de conformidad con la reivindicación 92, caracterizado porque: el combustible líquido comprende propanol; y el calentamiento de la forma húmeda del compuesto dentro de la cámara de reacción comprende inducir una reacción C6Hio05 + 2H2O C3H80 + 3CO2 + 3H2.

102. El método de conformidad con la reivindicación 92, caracterizado porque: el combustible líquido comprende butanol; y el calentamiento de la forma húmeda del compuesto dentro de la cámara de reacción comprende inducir la reacción CeHioOs ® C4H10O + 2C02.

103. El método de conformidad con la reivindicación 92, caracterizado porque: el combustible líquido comprende gasolina; y el calentamiento de la forma húmeda del compuesto dentro de la cámara de reacción comprende inducir la reacción C6HIO05 + 4C + 4H20 C7HIS + 2C02.

104. El método de conformidad con la reivindicación 92, caracterizado porque: el combustible líquido comprende diésel; y el calentamiento de la forma húmeda del compuesto dentro de la cámara de reacción comprende inducir la reacción CeHioOs + 10C + 2H20 CI6H24 + 6C02.

105. El sistema de conformidad con la reivindicación 88, caracterizado porque un gas resultante comprende un gas hidrógeno como un producto terminal.

106. El sistema de conformidad con la reivindicación 88, caracterizado porque un gas resultante comprende un gas dióxido de carbono como un producto terminal.

107. Un método para la extracción de hidrógeno a partir de un compuesto que comprende carbono, oxígeno, e hidrógeno, caracterizado porque: introducir una fuente del compuesto en una cámara; adicionar agua para reaccionar con el compuesto; calentar el compuesto dentro de la cámara para disociar el compuesto en un gas hidrógeno, un gas de dióxido de carbono, y un residuo sólido de carbono; y separar el gas hidrógeno del gas de dióxido de carbono.

108. El método de conformidad con la reivindicación 107, caracterizado porque el calentamiento del compuesto dentro de la cámara para disociar el compuesto en un gas hidrógeno, un gas de dióxido de carbono, y un residuo sólido de carbono utiliza una reacción de no oxidación.

109. El método de conformidad con la reivindicación 108, caracterizado porque la reacción de no oxidación comprende una reacción de pirólisis hidratada.

110. El método de conformidad con la reivindicación 107, caracterizado porque además comprende proporcionar un flujo de un gas inerte a la cámara.

111. El método de conformidad con la reivindicación 110, caracterizado porque el gas inerte comprende al menos argón o nitrógeno.

112. El método de conformidad con la reivindicación 107, caracterizado porque el compuesto comprende celulosa.

113. El método de conformidad con la reivindicación 107, caracterizado porque además comprende: procesar el gas hidrógeno para generar energía eléctrica.

114. El método de conformidad con la reivindicación 112, caracterizado porque la celulosa comprende residuos de celulosa.

115. El método de conformidad con la reivindicación 112, caracterizado porque además comprende: quemar parcialmente celulosa en la cámara de procesamiento que contiene aire hasta que se agota el oxígeno en el aire dentro de la cámara de procesamiento.

116. El método de conformidad con la reivindicación 112, caracterizado porque una temperatura de la cámara para la disociación de celulosa es de aproximadamente 325°C o superior.

117. El método de conformidad con la reivindicación 112, caracterizado porque una fuente de celulosa comprende maíz.

118. El método de conformidad con la reivindicación 112, caracterizado porque una fuente de celulosa comprende papel.

119. El método de conformidad con la reivindicación 107, caracterizado porque: la quema del hidrógeno en la presencia de oxígeno para formar vapor de agua y liberar energía; y la quema del carbono en la presencia de oxígeno para formar dióxido de carbono y liberar energía.

120. El método de conformidad con la reivindicación 119, caracterizado porque además comprende: convertir el vapor de agua en energía eléctrica.

121. El método de conformidad con la reivindicación 107, caracterizado porque además comprende: alimentar el gas hidrógeno en una celda de combustible, en donde la celda de combustible convierte el gas hidrógeno y un gas oxígeno en agua para producir calor.

122. El método de conformidad con la reivindicación 107, caracterizado porque además comprende: usar el gas hidrógeno para mejorar la eficiencia de motores automotrices.

123. Un método para la conversión de celulosa en hidrógeno, caracterizado porque comprende: introducir una fuente de celulosa en una cámara; adicionar agua en la cámara para reaccionar con la celulosa; calentar la cámara para generar vapor de agua; provocar una reacción entre el vapor de agua y la celulosa para formar un gas hidrógeno y un gas de dióxido de carbono; y separar el gas hidrógeno del gas de dióxido de carbono.

124. El método de conformidad con la reivindicación 123, caracterizado porque la reacción comprende una reacción de no oxidación.

125. El método de conformidad con la reivindicación 124, caracterizado porque la reacción de no oxidación comprende una reacción de pirólisis hidratada.

126. El método de conformidad con la reivindicación 123, caracterizado porque además comprende: quemar el gas hidrógeno en la presencia de un gas oxígeno para formar vapor de agua y liberar energía.

127. El método de conformidad con la reivindicación 126, caracterizado porque además comprende: convertir el vapor de agua en energía eléctrica.

128. El método de conformidad con la reivindicación 123, caracterizado porque además comprende: alimentar el gas hidrógeno en una celda de combustible, la celda de combustible que convierte el gas hidrógeno y un gas oxígeno en vapor de agua y que produce electricidad y calor.

129. El método de conformidad con la reivindicación 123, caracterizado porque además comprende: quema parcialmente celulosa en la cámara que contiene aire hasta que se agota el oxígeno en el aire dentro de la cámara de procesamiento.

130. El método de conformidad con la reivindicación 123, caracterizado porque además comprende: proporcionar un flujo de un gas inerte a la cámara.

131. El método de conformidad con la reivindicación 130, caracterizado porque el gas inerte comprende al menos argón o nitrógeno.

132. Un método para la conversión de celulosa en hidrógeno de la reivindicación 123, caracterizado porque el vapor de agua se forma a aproximadamente 400°C o superior.

133. El método de conformidad con la reivindicación 123, caracterizado porque una fuente de la celulosa comprende maíz.

134. El método de conformidad con la reivindicación 123, caracterizado porque una fuente de la celulosa comprende papel.

135. El método de conformidad con la reivindicación 123, caracterizado porque una fuente de la celulosa comprende residuos de celulosa.

136. Un sistema para producir hidrógeno a partir de un compuesto que comprende carbono, oxígeno, e hidrógeno, caracterizado porque comprende: una cámara de procesamiento; una fuente de calentamiento en comunicación térmica con un interior de la cámara de procesamiento; una fuente del compuesto colocada dentro de la cámara de procesamiento; una fuente de agua para reaccionar con el compuesto; y un sistema de escape para extraer el gas hidrógeno resultante y el gas dióxido de carbono resultante de la cámara de procesamiento.

137. El sistema de conformidad con la reivindicación 136, caracterizado porque la fuente de calentamiento se configura adicionalmente para hacer reaccionar de la fuente de agua con el compuesto utilizando una reacción de no oxidación.

138. El sistema de conformidad con la reivindicación 137, caracterizado porque la reacción de no oxidación comprende una reacción de pirólisis hidratada.

139. El sistema de conformidad con la reivindicación 136, caracterizado porque además comprende: una cámara de combustión configurada para quemar el gas hidrógeno en la presencia de oxígeno para liberar energía térmica y para formar vapor de agua.

140. El sistema de conformidad con la reivindicación 136, caracterizado porque además comprende: una celda de combustible para convertir gas hidrógeno en energía eléctrica.

141. El sistema de conformidad con la reivindicación 136, caracterizado porque una fuente del compuesto comprende al menos maíz o papel.

142. El sistema de conformidad con la reivindicación 136, caracterizado porque además comprende: un sistema de distribución de gas configurado para proporcionar un flujo de gas inerte a la cámara de procesamiento.

143. El sistema de conformidad con la reivindicación 142, caracterizado porque el gas inerte comprende al menos argón o nitrógeno.

144. El sistema de conformidad con la reivindicación 136, caracterizado porque el compuesto s quema parcialmente en la cámara de procesamiento que contiene aire hasta que se agota el oxígeno en el aire dentro de la cámara de procesamiento.

145. El sistema de conformidad con la reivindicación 136, caracterizado porque se coloca una fuente de agua dentro de la cámara de procesamiento para la reacción del compuesto y agua para formar hidrógeno y dióxido de carbono.

146. El sistema de conformidad con la reivindicación 136, caracterizado porque la fuente del compuesto comprende residuos de celulosa.

147. El sistema de conformidad con la reivindicación 136, caracterizado porque además comprende: un subsistema configurado para procesar el gas hidrógeno para producir energía eléctrica.