WO2019129903A1 - Metodo de recuperación energética y sistema con capacidad de recuperación energética - Google Patents

Metodo de recuperación energética y sistema con capacidad de recuperación energética Download PDF

Info

Publication number
WO2019129903A1
WO2019129903A1 PCT/ES2018/070679 ES2018070679W WO2019129903A1 WO 2019129903 A1 WO2019129903 A1 WO 2019129903A1 ES 2018070679 W ES2018070679 W ES 2018070679W WO 2019129903 A1 WO2019129903 A1 WO 2019129903A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
effluent
controller
engine
energy
injection
Prior art date
Application number
PCT/ES2018/070679
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Yoana GARCÍA RODRÍGUEZ
Fidel A. MATO CHAIN
Juan GARCÍA SERNA
Original Assignee
Universidad De Valladolid
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universidad De Valladolid filed Critical Universidad De Valladolid
Publication of WO2019129903A1 publication Critical patent/WO2019129903A1/es

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B13/00—Engines characterised by the introduction of liquid fuel into cylinders by use of auxiliary fluid
    • F02B13/10—Use of specific auxiliary fluids, e.g. steam, combustion gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M55/00—Fuel-injection apparatus characterised by their fuel conduits or their venting means; Arrangements of conduits between fuel tank and pump F02M37/00
    • F02M55/02—Conduits between injection pumps and injectors, e.g. conduits between pump and common-rail or conduits between common-rail and injectors
    • F02M55/025—Common rails
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a method of energy recovery.
  • the present invention relates to a method that allows the recovery of energy in systems of chemical processes at high pressures and / or temperatures.
  • An example of such systems is a system for supercritical water oxidation in which aqueous effluents in a supercritical state are obtained residually involving high pressures and temperatures which, by the present invention, can be reused for the generation of energy.
  • the present invention provides an energy recovery method in which an effluent from any subcritical or supercritical process is injected into an internal combustion engine. These conditions of pressure and temperature allow the expansion of the combustion gases of the engine to occur to a greater extent, thus increasing the energy produced by the engine and transmitted to an axis. In addition, due to injection, the mass flow through the engine is larger, thus reducing the fuel expense to the same power generated which, in addition, leads to improvements in the emission of polluting gases such as NOx and CO2.
  • the effluent is injected into an alternative internal combustion engine that can be operated with any type of fossil or renewable fuel and in any condition, gas, liquid or solid.
  • These motors can operate in high pressure and temperature conditions.
  • said motors allow their energy coupling in processes of various sizes because there is a wide variety of types of motors and sizes thereof in the market. Another advantage is its low cost thanks to the economy of scale given that internal combustion engines are commonly used in various industrial processes since the mid-nineteenth century.
  • the effluent to be injected into said motors is preferably an effluent resulting from processes where water is used in subcritical or supercritical conditions and is mainly formed by water and certain quantities of combustion gases or minor components depending on the process.
  • This effluent contains a high thermal and energy level and can be injected directly into the combustion chamber of the engine. Being an injection at high pressure and temperature, these conditions are used both to preheat the engine fuel and to achieve a greater production of energy in the expansion stage of the engine cylinder.
  • Subcritical conditions are understood to be conditions which, although below the supercritical level, are high enough to achieve the effects of the present invention.
  • temperature the present invention considers a subcritical level in which the invention would operate any temperature above 350 ° C, preferably temperatures above 500 ° C.
  • pressures the present invention considers that with pressures above 60 bar the effects of the present invention and, preferably, with pressures above 250 bar would be achieved.
  • Method 1 Inject the effluent into a common tank (or common rail, as is known in the art) to obtain an effluent-fuel mixture that will later be injected into the engine.
  • Method 2 inject the effluent through a new high pressure injector and temperature in the upper part of the cylinder, next to the fuel injector.
  • the effluent of High energy content is injected directly into the cylinder's combustion chamber.
  • Method 3 Inject the effluent through a new duct made in the wall of the cylinder, called the intake lumbera, in which a connection of a resistant material is inserted at high pressure and temperature conditions through which the injected current will be conducted. the inside of the cylinder's combustion chamber.
  • the present invention discloses a method of energy recovery comprising the steps of: a) recovery of an effluent;
  • the power generator is an internal combustion engine comprising a fuel inlet, a series of cylinders and an outlet connected to a camshaft.
  • the effluent in stage b) is injected into an effluent inlet connected to at least one of the cylinders. More particularly, the injection is carried out during a combustion associated with the cylinder to which the effluent is injected.
  • the method has a controller for controlling the effluent injection of stage b) to the combustion engine.
  • Said controller is, for example, an electronic and / or mechanical controller.
  • the controller is associated with the camshaft to perform the synchronization with a determined stage of the combustion engine.
  • the effluent is injected onto the fuel prior to its arrival at the fuel inlet.
  • the effluent can be connected to a common rail (or common rail) associated with the fuel inlet.
  • said effluent is preferably a supercritical effluent or, at least, an effluent at a temperature above 350 ° C and at a pressure above 60 bar.
  • the effluent is preferably a non-corrosive effluent in order to avoid damage to the internal parts of the power generator.
  • the present invention discloses an energy recovery system in an installation that has an effluent comprising the system an internal combustion engine which, in turn, has a series of cylinders, an inlet of fuel and a camshaft.
  • Said system comprising an interconnection conduit between the tributary and the internal combustion engine for injecting the effluent to the internal combustion engine.
  • the interconnecting conduit is connected to at least one of the cylinders of the engine.
  • the system has a controller that synchronizes the flow of effluent to the engine with the combustion of at least one of the cylinders.
  • the interconnecting conduit may have an electrovalve between the effluent and the internal combustion engine so that said solenoid valve can be controlled by the controller.
  • the controller is an electro-mechanical controller.
  • the controller according to an embodiment of the present invention may be associated with the camshaft, directly or through the processing of a control signal from the system.
  • the interconnecting conduit is connected to the fuel inlet.
  • the interconnecting conduit is connected to a common front conduit and / or to the fuel inlet.
  • the effluent of said system can be a supercritical effluent or, at least, an effluent at a temperature above 350 ° C and at a pressure above 60 bar.
  • the effluent is preferably a non-corrosive effluent in order to avoid damage to the internal parts of the power generator.
  • Figure 1 shows a schematic view of an exemplary embodiment according to the present invention (method 1 for injecting the effluent).
  • Figure 2 shows an embodiment of a combustion engine for use in a method or system according to the present invention (method 2 for injecting the effluent).
  • Figure 3 shows another embodiment of a combustion engine for use in a method or system according to the present invention (method 3 for injecting the effluent).
  • Figure 4 shows an example of system and method of energy recovery in a plant.
  • Figure 1 shows, schematically, an embodiment of the present invention according to injection method 1.
  • a pump (2) that feeds the fuel (3) to a common-rail (4).
  • the fuel is mixed with the effluent (5) that comes from a process at high pressure and temperature.
  • the effluent-fuel mixture leaves the common-rail tank (4) through the outlets (6), at least one of said outlets (6) being connected to at least one cylinder of the engine (1).
  • the present invention contemplates the injection of said effluent (5) to an energy generator, in particular to an internal combustion engine (1).
  • an energy generator in particular to an internal combustion engine (1).
  • the expansion of the combustion gases of the engine (1) occurs to a greater extent, thus increasing the energy produced by the engine and transmitted to the shaft.
  • the mass flow through the engine (1) is greater, thus reducing the fuel consumption to equal power generated.
  • Figure 2 shows an embodiment of motor (1) adapted for use in an energy recovery process according to the present invention, for example by injection method 2.
  • the engine (1) of Figure 2 is an internal combustion engine and, as such, has a fuel inlet (7) by means of an injector and an inlet valve (8) through which air is admitted, an outlet of exhaust gases (9) and internally has a cylinder (10) connected by a connecting rod (11) to a crankshaft (12).
  • the engine (1) is a motor of the widely known type that has 4 stages, an intake stage in which fuel and air enter a combustion chamber (13) disposed between the cylinder (10) and the upper wall of the engine (one). A compression stage in which the mixture is compressed, an expansion stage in which there is a combustion that generates a driving force in the cylinder and an exhaust stage in which the gases generated by the combustion are expelled through the combustion chamber. the gas outlet (9). The output of the driving force is made by an axis connected to the crankshaft (12).
  • the engine (1) of the present invention additionally has a conduit (14) for the injection of the effluent (5) to the engine (1).
  • a perforation in the cylinder of the engine has been made to a conventional motor (1) and an injector (15) has been fitted where the effluent (5) would enter directly at high pressure. and temperature to the combustion chamber (13).
  • the effluent is injected, preferably, in the combustion stage of the engine (1), more preferably, just at the moment when the combustion occurs, in this way, the high pressure is exploited by the next stage of the cylinder, to give the expansion to a greater extent and consequently increase the torque produced by the motor shaft (1).
  • a controller connected to the interconnection conduit (14) between the effluent and the engine (1) or the injector itself (15).
  • the objective is to synchronize the entry of effluent occurs at the most convenient time of the cycle, for the purpose of energy use.
  • the controller can be associated, for example, with the camshaft or at least with a crankshaft (12), since the angular position of these elements necessarily depends on the position of the cylinder (10) and, consequently, on the stage in the one that is.
  • Figure 3 discloses another embodiment of an engine according to the present invention. Unlike the embodiment of figure 2, in which the duct (14) is arranged in the combustion chamber, outside the cylinder path, in figure 3 the duct (14) interconnection between the effluent and the The combustion chamber of the engine (1) is arranged on one side at an intermediate position in the cylinder stroke.
  • the objective of this embodiment is to use the cylinder (10) to block the access of the effluent (5) to the combustion chamber in certain stages. In this case, the entry of the effluent only occurs once the combustion has occurred and the cylinder low as a consequence of said expansion. In this case, the entrance of the tributary helps generate extra power once expansion has started as a result of internal combustion.
  • Figure 4 shows an embodiment of the present invention using the injection method 1 where the effluent (5) coming from the plant is mixed with the fuel (3) in a common-rail tank (4) before being injected in the engine.
  • the system from which the energy is recovered corresponds to a plant of Oxidation in Supercritical Water. This plant corresponds to an installation located in the University of Valladolid belonging to the Department of Chemical Engineering and Environment.
  • the plant has a feed pump (17) that supplies an aqueous solution (18) (for example, an organic compound such as sewage sludge) that is pressurized and preheated above the supercritical conditions and alternately mixed with oxygen (19), which in this case is atmospheric air pressurized in a compressor (20) of four stages up to the working pressure with intermediate cooling systems.
  • aqueous solution (18) for example, an organic compound such as sewage sludge
  • oxygen (19) which in this case is atmospheric air pressurized in a compressor (20) of four stages up to the working pressure with intermediate cooling systems.
  • This mixture is introduced into a reactor (21).
  • the reactor (21) can be, for example, a cooled wall reactor having a cylindrical reaction chamber, contained in a pressure chamber. Between both chambers, cooling water (22) provided by a cooling pump (23) is provided to keep the outer wall of the reactor free of high temperatures.
  • the feed together with the oxidant enters the reaction chamber through a tubular injection lance and just at the top of it, a hydrothermal flame is generated that allows maintaining the supercritical conditions inside the reactor and oxidation occurs quickly , obtaining two currents.
  • the lower outlet current (24) is a liquid outlet and consists of an aqueous solution of the salts (30% of the reaction products), and an upper stream (5) in the supercritical state, which leaves the reactor at high pressures and temperatures.
  • this effluent (5) has a high energy content, coming from the combustion of the initial organic compounds, and can be used to energetically integrate the process plant and satisfy at least partially its energy needs.
  • part of the energy available in said effluent (5) can be recovered to supply part of the consumption in the compression operation of the inlet gases executed by the compressor (20), which entails a considerable energy expenditure.
  • the present invention contemplates the recovery of the effluent (5) by means of an interconnection conduit and the injection of said effluent in the alternative internal combustion engine (1).
  • Said interconnection can be carried out directly to the combustion chamber of the engine (1) in the ways mentioned above or, as shown in Figure 4, in a common distribution conduit with the fuel (common-rail system) ( 4).
  • the effluent (5) injected serves as support to the internal combustion engine reducing the need of fresh direct fuel.
  • the conditions of the effluent allow to preheat and pressurize the fuel of the engine making unnecessary the expenditure of energy in the pump of this one (2).
  • the compressor (20) necessary to pressurize the necessary air in the oxidation reaction is coupled to the shaft (25) of the motor (1) to take advantage of the energy produced by the latter.
  • the pump (2) that pressurizes the motor fuel can be coupled to this same axis.
  • the exhaust gases of the engine exit at high temperature through the gas outlet (9) and can be used as a hot fluid in a heat exchanger and yield said heat to preheat, for example, the aqueous solution ( 18) serving as feed to the reactor (21).
  • the injection of effluents from processes at high pressure and temperature in internal combustion engines manages to generate energy that can satisfy, at least partially, the energy needs of a plant.
  • this injection achieves the reduction of pollutants generated by any engine on the market that help reduce the current problems of air pollution.
  • Said pollutant reduction is achieved by injecting an effluent at high pressure and temperature, since the flame temperature reached in the combustion stage is reduced, in this way the amount of contaminants generated decreases considerably

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Abstract

La presente invención da a conocer un método de recuperación de energía y un sistema con capacidad de recuperación de energía que comprende una etapa de recuperación de un efluente y una etapa de inyección del efluente recuperado a un generador de energía en el que el generador de energía es un motor de combustión interna que comprende una entrada de combustible, una serie de cilindros y una salida conectada a un árbol de levas.

Description

METODO DE RECUPERACIÓN ENERGÉTICA Y SISTEMA CON CAPACIDAD DE
RECUPERACIÓN ENERGÉTICA
DESCRIPCIÓN de la invención
La presente invención se refiere a un método de recuperación energética.
En particular, la presente invención se refiere a un método que permite la recuperación de energía en sistemas de procesos químicos a altas presiones y/o temperaturas. Un ejemplo de dichos sistemas es un sistema para la oxidación en agua supercrítica en el que se obtienen residualmente efluentes acuosos en estado supercrítico que involucran altas presiones y temperaturas que, mediante la presente invención, se pueden reutilizar para la generación de energía.
Antecedentes de la invención
Son conocidos sistemas en los que se ha efectuado algún tipo de integración energética de procesos químicos y físico-químicos de oxidación en agua supercrítica utilizando equipos dinámicos para la producción de energía mediante una turbina de gas. Por ejemplo, en el artículo de García-Rodríguez Y., Mato F. A., Martín A., Bermejo M. D., Cocero M.J. titulado“Energy recovery from effluents of supercritical water oxidation reactors, The Journal of Supercritical Fluids, 104 (2015) p. 1-9 se da a conocer una simulación con una turbina de gas en la que se inyecta una corriente efluente a altas presiones y temperaturas (23 MPa y más de 500°C), dando como resultado la producción de potencia extra entre el 25 y 35%.
Descripción de la invención
La presente invención da a conocer un método de recuperación energética en el que un efluente procedente de cualquier proceso subcrítico o supercrítico es inyectado a un motor de combustión interna. Estas condiciones de presión y temperatura permiten que la expansión de los gases de combustión del motor se produzca en mayor medida, aumentando así la energía producida por el motor y transmitida hacia un eje. Además, debido a la inyección, el flujo másico a través del motor es más grande, reduciendo así el gasto de combustible a igual potencia generada lo que conlleva, adicionalmente, mejoras en la emisión de gases contaminantes tales como NOx y CO2.
En un ejemplo de realización, el efluente se inyecta a un motor de combustión interna alternativo que puede funcionar con cualquier tipo de combustible fósil o renovable y en cualquier estado, gas, líquido o sólido. Estos motores pueden funcionar en condiciones elevadas de presión y temperatura. Además, dichos motores permiten su acoplamiento energético en procesos de diversos tamaños debido a que existe una amplia variedad de tipos de motores y tamaños de los mismos en el mercado. Otra ventaja es su bajo coste gracias a la economía de escala dado que los motores de combustión interna son utilizados habitualmente en diversos procesos industriales desde mediados del siglo XIX.
El efluente a inyectar en dichos motores es, preferentemente, un efluente resultante de los procesos donde se utiliza agua en condiciones subcríticas o supercríticas y está formado principalmente por agua y ciertas cantidades de gases de combustión o componentes minoritarios dependiendo del proceso. Este efluente contiene un elevado nivel térmico y energético y puede ser inyectado directamente en la cámara de combustión del motor. Por tratarse de una inyección a alta presión y temperatura, estas condiciones son aprovechadas tanto para precalentar el combustible del motor como para conseguir una mayor producción de energía en la etapa de expansión del cilindro del motor.
Por condiciones subcríticas se entiende que son condiciones que, aunque están por debajo del nivel supercrítico son lo suficientemente altas como para conseguir los efectos de la presente invención. En cuanto a temperatura, la presente invención considera un nivel subcrítico en el que funcionaría la invención cualquier temperatura por encima de los 350 °C, preferentemente temperaturas por encima de los 500 °C. En cuanto a presiones, la presente invención considera que con presiones por encima de los 60 bar se conseguirían los efectos de la presente invención y, preferentemente, con presiones sobre los 250 bar.
En lo sucesivo, la presente invención se describe haciendo referencia a tres métodos preferentes para la inyección del efluente a alta presión y temperatura en el interior del motor:
Método 1 : inyectar el efluente en un depósito común (o common-rail, tal y como se conoce en la técnica) para conseguir así una mezcla efluente-combustible que posteriormente será inyectada en el motor.
Método 2: inyectar el efluente a través de un nuevo inyector de alta presión y temperatura en la parte superior de cilindro, al lado del inyector de combustible. El efluente de alto contenido energético se inyecta directamente en el interior de la cámara de combustión del cilindro.
Método 3: inyectar el efluente a través de un nuevo conducto realizado en la pared del cilindro, denominado lumbera de admisión, en el que se inserta una conexión de un material resistente a altas condiciones de presión y temperatura por donde se conducirá la corriente inyectada hasta el interior de la cámara de combustión del cilindro.
En concreto, la presente invención da a conocer un nétodo de recuperación de energía que comprende las etapas de: a) recuperación de un efluente;
b) inyección del efluente a un generador de energía; en el que el generador de energía es un motor de combustión interna que comprende una entrada de combustible, una serie de cilindros y una salida conectada a un árbol de levas.
Preferentemente, la inyección del efluente de la etapa b) se realiza en una entrada de efluente conectada al menos a uno de los cilindros. Más en particular, la inyección se realiza durante una combustión asociada al cilindro al que se inyecta el efluente.
En un ejemplo de realización, el método dispone de un controlador para controlar la inyección de efluente de la etapa b) al motor de combustión. Dicho controlador es, por ejemplo, un controlador electrónico y/o mecánico. En una realización especialmente preferente, el controlador se encuentra asociado al árbol de levas para realizar la sincronización con una etapa determinada del motor de combustión.
Más preferentemente, la inyección del efluente se realiza sobre el combustible previo a su llegada a la entrada de combustible. Por ejemplo, el efluente se puede conectar a un conducto común (o common rail) asociado a la entrada de combustible.
En cuanto a las condiciones del efluente, dicho efluente es, preferentemente, un efluente supercrítico o, al menos, un efluente a una temperatura por encima de los 350 °C y a una presión por encima de 60 bar. En cuanto a características químicas, el efluente es, preferentemente, un efluente no corrosivo a fin de evitar daños en las partes internas del generador de energía.
Por otra parte, la presente invención da a conocer un sistema de recuperación de energía en una instalación que dispone de un efluente comprendiendo el sistema un motor de combustión interna que, a su vez, dispone de una serie de cilindros, una entrada de combustible y un árbol de levas. Dicho sistema comprendiendo un conducto de interconexión entre el afluente y el motor de combustión interna destinado a inyectar el efluente al motor de combustión interna.
Preferentemente, el conducto de interconexión está conectado a, al menos, uno de los cilindros del motor.
En una realización particular, el sistema dispone de un controlador que sincroniza el flujo de efluente hacia el motor con la combustión de al menos uno de los cilindros. Además, se contempla que el conducto de interconexión pueda disponer de una electroválvula entre el efluente y el motor de combustión interna de manera que dicha electroválvula pueda ser controlada por el controlador.
Más preferentemente, el controlador es un controlador electro-mecánico. El controlador según una realización de la presente invención puede estar asociado al árbol de levas, directamente o a través del tratamiento de una señal de control proveniente del sistema.
En una realización particular, el conducto de interconexión está conectado a la entrada de combustible. Por ejemplo, el conducto de interconexión está conectado a un conducto común anterior y/o a la entrada de combustible.
En cuanto a las condiciones del efluente, el efluente de dicho sistema puede ser un efluente supercrítico o, al menos, un efluente a una temperatura por encima de los 350 °C y a una presión por encima de 60 bar. En cuanto a características químicas, el efluente es, preferentemente, un efluente no corrosivo a fin de evitar daños en las partes internas del generador de energía.
Breve descripción de las figuras
En las figuras adjuntas se muestran, de manera ilustrativa y no limitativa, ejemplos de realización del sistema según la presente invención, en las que:
La figura 1 muestra una vista esquemática de un ejemplo de realización según la presente invención (método 1 de inyección del efluente).
La figura 2 muestra una realización de un motor de combustión para su utilización en un método o sistema según la presente invención (método 2 de inyección del efluente).
La figura 3 muestra otra realización de un motor de combustión para su utilización en un método o sistema según la presente invención (método 3 de inyección del efluente). La figura 4 muestra un ejemplo de sistema y método de recuperación de energía en una planta.
Descripción detallada de un modo de realización
La Figura 1 muestra, de forma esquemática, un ejemplo de realización de la presente invención según el método 1 de inyección. En la Figura 1 se observa una bomba (2) que alimenta el combustible (3) a un common-rail (4). En este common-rail (4) el combustible es mezclado con el efluente (5) que proviene de un proceso a alta presión y temperatura. La mezcla efluente-combustible abandona el depósito common-rail (4) por las salidas (6), siendo al menos una de dichas salidas (6) conectadas a al menos un cilindro del motor (1).
En concreto, la presente invención contempla la inyección de dicho efluente (5) a un generador de energía, en concreto a un motor (1 ) de combustión interna. En particular, cuando las condiciones de presión y temperatura son supercríticas, la expansión de los gases de combustión del motor (1) se produce en mayor medida, aumentando así la energía producida por el motor y transmitida hacia el eje. Además, debido a la inyección del efluente (5), el flujo másico a través del motor (1) es mayor, reduciendo así el consumo de combustible a igual potencia generada.
La Figura 2 muestra un ejemplo de realización de motor (1) adaptado para su utilización en un procedimiento de recuperación de energía según la presente invención, por ejemplo mediante el método 2 de inyección. El motor (1) de la Figura 2 es un motor de combustión interna y, como tal, dispone de una entrada de combustible (7) mediante un inyector y una válvula de admisión (8) por donde se admite el aire, una salida de gases de escape (9) y dispone internamente de un cilindro (10) conectado mediante una biela (11) a un cigüeñal (12).
El motor (1) es un motor del tipo ampliamente conocido que dispone de 4 etapas, una etapa de admisión en la que ingresan combustible y aire a una cámara de combustión (13) dispuesta entre el cilindro (10) y la pared superior del motor (1). Una etapa de compresión en la que se comprime la mezcla, una etapa de expansión en la que se produce una combustión que genera una fuerza motriz en el cilindro y una etapa de escape en la que se expulsan los gases generados por la combustión a través de la salida de gases (9). La salida de la fuerza motriz se realiza mediante un eje conectado al cigüeñal (12). El motor (1) de la presente invención dispone, adicionalmente, de un conducto (14) para la inyección del efluente (5) al motor (1). En concreto, en la realización mostrada en la Figura 2, se ha realizado a un motor (1) convencional una perforación en el cilindro del motor y se ha acoplado un inyector (15) por donde entraría directamente el efluente (5) a alta presión y temperatura a la cámara de combustión (13). El efluente se inyecta, preferiblemente, en la etapa de combustión del motor (1) , más preferiblemente, justo en el momento en que se da la combustión, de esta forma, la alta presión es aprovechada por la siguiente etapa del cilindro, para dar la expansión en mayor medida y consecuentemente aumentar el par motor producido por el eje del motor (1).
Con el fin de disponer de una sincronización entre la combustión interna del motor (1) y la entrada de efluente (5) se puede disponer de un controlador conectado al conducto (14) de interconexión entre el efluente y el motor (1) o en el propio inyector (15). El objetivo es sincronizar que la entrada de efluente ocurra en el momento más conveniente del ciclo, a efectos de aprovechamiento energético. El controlador puede estar asociado, por ejemplo, al árbol de levas o al menos a un cigüeñal (12), ya que la posición angular de estos elementos depende necesariamente de la posición del cilindro (10) y, en consecuencia, de la etapa en la que se encuentre.
La Figura 3 da a conocer otra realización de un motor según la presente invención. A diferencia de la realización de la figura 2 en la que el conducto (14) se dispone en la cámara de combustión, fuera de la zona de recorrido del cilindro, en la figura 3 el conducto (14) de interconexión entre el efluente y la cámara de combustión del motor (1) se dispone en un lateral en una posición intermedia en el recorrido del cilindro. El objetivo de esta realización es utilizar el cilindro (10) para bloquear el acceso del efluente (5) hacia la cámara de combustión en ciertas etapas. En este caso, la entrada del efluente únicamente ocurre una vez la combustión ha ocurrido y el cilindro baja como consecuencia de dicha expansión. En este caso, la entrada del afluente ayuda a generar una potencia extra una vez ha comenzado la expansión como consecuencia de la combustión interna.
En la Figura 3, en la entrada de efluente al motor se puede disponer de una válvula de admisión (16) cuya función es la de optimizar el tiempo y la cantidad de efluente que ingresa al motor (1).
La Figura 4 muestra un modo de realización de la presente invención utilizando el método 1 de inyección donde el efluente (5) que proviene de la planta es mezclado con el combustible (3) en un depósito common-rail (4) antes de ser inyectado en el motor. En este ejemplo de realización el sistema del que se recupera la energía corresponde a una planta de Oxidación en Agua Supercrítica. Dicha planta corresponde a una instalación situada en la Universidad de Valladolid perteneciente al Departamento de Ingeniería Química y Medio Ambiente.
La planta dispone de una bomba de alimentación (17) que suministra una disolución acuosa (18) (por ejemplo, de un compuesto orgánico tal como los lodos de depuradoras) que es presurizada y precalentada por encima de las condiciones supercríticas y alternativamente, se mezcla con oxígeno (19), que en este caso se trata de aire atmosférico presurizado en un compresor (20) de cuatro etapas hasta la presión de trabajo con sistemas de refrigeración intermedios. Esta mezcla es introducida en un reactor (21).
El reactor (21) puede ser, por ejemplo, un reactor de pared enfriada que dispone de una cámara de reacción cilindrica, contenida en una cámara de presión. Entre ambas cámaras, se dispone de agua de refrigeración (22) suministrada mediante una bomba de refrigeración (23) para mantener la pared exterior del reactor libre de altas temperaturas. La alimentación junto con el oxidante entra en la cámara de reacción a través de una lanza de inyección tubular y justo en la parte superior de ésta, se generar una llama hidrotermal que permite mantener en condiciones supercríticas el interior del reactor y la oxidación se da rápidamente, obteniéndose dos corrientes. La corriente saliente inferior (24) es una salida líquida y consiste en una disolución acuosa de las sales (30% de los productos de reacción), y una corriente superior (5) en estado supercrítico, que abandona el reactor a altas presiones y temperaturas, constituida principalmente por vapor de agua, además de nitrógeno, dióxido de carbono y oxígeno. Por lo tanto, este efluente (5) tiene un elevado contenido energético, procedente de la combustión de los compuestos orgánicos iniciales, y puede ser utilizado para integrar energéticamente la planta de proceso y satisfacer al menos parcialmente sus necesidades energéticas.
En concreto y como ejemplo en este caso, se puede recuperar parte de la energía disponible en dicho efluente (5) para suplir parte del consumo en la operación de compresión de los gases de entrada ejecutada por el compresor (20), lo cual conlleva un considerable gasto energético. La presente invención contempla la recuperación del efluente (5) mediante un conducto de interconexión y la inyección de dicho efluente en el motor (1) de combustión interna alternativo.
Dicha interconexión puede realizarse de forma directa a la cámara de combustión del motor (1) de las formas mencionadas anteriormente o, tal y como se muestra en la Figura 4, en un conducto común de distribución con el combustible (sistema common-rail) (4). El efluente (5) inyectado sirve de apoyo al motor de combustión interna reduciendo la necesidad de combustible directo fresco. Las condiciones del efluente permiten precalentar y presurizar el combustible del motor haciendo innecesario el gasto de energía en la bomba de éste (2).
El compresor (20) necesario para presurizar el aire necesario en la reacción de oxidación es acoplado al eje (25) del motor (1) para aprovechar la energía producida por este último. También la bomba (2) que presuriza el combustible del motor, puede acoplarse a este mismo eje. Por otra parte, los gases de escape del motor salen a alta temperatura a través de la salida de gases (9) y pueden ser utilizados como fluido caliente en un intercambiador de calor y ceder dicho calor para precalentar, por ejemplo, la disolución acuosa (18) que sirve de alimentación al reactor (21). La inyección de efluentes de procesos a alta presión y temperatura en motores de combustión interna consigue generar energía que puede satisfacer, al menos parcialmente, necesidades energéticas de una planta. Además, dicha inyección consigue la disminución de los contaminantes generados por cualquier motor del mercado que ayudan a reducir los problemas actuales de contaminación atmosférica. Dicha reducción de contaminantes se consigue al inyectar un efluente a alta presión y temperatura, ya que se disminuye la temperatura de llama alcanzada en la etapa de combustión, de esta forma la cantidad de contaminantes generados disminuye considerablemente
Adicionalmente, al aumentar la masa de compuestos inyectados, la expansión se dará en mayor medida, consiguiéndose así una mayor generación de trabajo y la reducción equivalente en el consumo de combustible. Esta reducción en el consumo de combustible por energía generada conlleva una reducción proporcional en las emisiones de CO2.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Método de recuperación de energía que comprende las etapas de:
a) recuperación de un efluente;
b) inyección del efluente a un generador de energía;
caracterizado porque el generador de energía es un motor de combustión interna que comprende una entrada de combustible, una serie de cilindros y una salida conectada a un árbol de levas.
2. Método, según la reivindicación 1 caracterizado porque la inyección del efluente de la etapa b) se realiza en una entrada de efluente conectada al menos a uno de los cilindros.
3. Método, según la reivindicación 2, caracterizado porque la inyección de efluente de la etapa b) se realiza durante una combustión asociada al cilindro al que se inyecta el efluente.
4. Método, según la reivindicación 2, caracterizado porque comprende un controlador para controlar la inyección de efluente de la etapa b) al motor de combustión.
5. Método, según la reivindicación 4 caracterizado porque el controlador es un controlador electrónico y/o mecánico.
6. Método según cualquiera de las reivindicaciones 4 o 5 caracterizado porque el controlador se encuentra asociado al árbol de levas.
7. Método, según la reivindicación 1 , caracterizado porque la inyección del efluente se realiza sobre el combustible previo a su llegada a la entrada de combustible.
8. Método según la reivindicación 7, caracterizado porque el efluente se conecta a un conducto común asociado a la entrada de combustible.
9. Método, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el efluente es un efluente supercrítico.
10. Método, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el efluente es un efluente a una temperatura por encima de los 350 °C y a una presión por encima de 60 bar.
11. Método, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el efluente es un efluente no corrosivo.
12. Sistema de recuperación de energía en una instalación que dispone de un efluente comprendiendo el sistema un motor de combustión interna que, a su vez, dispone de una serie de cilindros, una entrada de combustible y un árbol de levas, caracterizado porque comprende un conducto de interconexión entre el afluente y el motor de combustión interna destinado a inyectar el efluente al motor de combustión interna.
13. Sistema, según la reivindicación 12, caracterizado porque el conducto de interconexión está conectado a, al menos, uno de los cilindros del motor.
14. Sistema, según la reivindicación 13, caracterizado porque comprende un controlador que sincroniza el flujo de efluente hacia el motor con la combustión de al menos uno de los cilindros.
15. Sistema, según la reivindicación 14, caracterizado porque el conducto de interconexión dispone de una electroválvula entre el efluente y el motor de combustión interna siendo dicha electroválvula controlada por el controlador.
16. Sistema, según cualquiera de las reivindicaciones 14 o 15, caracterizado porque el controlador es un controlador electro-mecánico.
17. Sistema, según cualquiera de las reivindicaciones 14 a 16, caracterizado porque el controlador está asociado al árbol de levas.
18. Sistema, según la reivindicación 12, caracterizado porque el conducto de interconexión está conectado a la entrada de combustible.
19. Sistema, según la reivindicación 18, caracterizado porque el conducto de interconexión está conectado a un conducto común anterior a la entrada de combustible.
20. Sistema, según la reivindicación 18, caracterizado porque el conducto de interconexión está conectado a la entrada de combustible.
21. Sistema, según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 20 caracterizado porque el efluente es un efluente supercrítico.
PCT/ES2018/070679 2017-12-29 2018-10-18 Metodo de recuperación energética y sistema con capacidad de recuperación energética WO2019129903A1 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ESP201731494 2017-12-29
ES201731494A ES2718396A1 (es) 2017-12-29 2017-12-29 Metodo de recuperacion energetica y sistema con capacidad de recuperacion energetica

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019129903A1 true WO2019129903A1 (es) 2019-07-04

Family

ID=66999951

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/ES2018/070679 WO2019129903A1 (es) 2017-12-29 2018-10-18 Metodo de recuperación energética y sistema con capacidad de recuperación energética

Country Status (2)

Country Link
ES (1) ES2718396A1 (es)
WO (1) WO2019129903A1 (es)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0044738A1 (en) * 1980-07-18 1982-01-27 Exxon Research And Engineering Company Apparatus and method for recovering energy from pressurised reactor effluent
EP1030395A2 (en) * 1999-02-01 2000-08-23 Delphi Technologies, Inc. Power generation system using a solid oxide fuel cell on the exhaust side of an engine
US20020162332A1 (en) * 2001-05-01 2002-11-07 Hazlebeck David A. Hydrothermal conversion and separation

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0044738A1 (en) * 1980-07-18 1982-01-27 Exxon Research And Engineering Company Apparatus and method for recovering energy from pressurised reactor effluent
EP1030395A2 (en) * 1999-02-01 2000-08-23 Delphi Technologies, Inc. Power generation system using a solid oxide fuel cell on the exhaust side of an engine
US20020162332A1 (en) * 2001-05-01 2002-11-07 Hazlebeck David A. Hydrothermal conversion and separation

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GARCÍA-RODRÍGUEZ YOANA ET AL.: "Energy recovery from effluents of supercritical water oxidation reactors", THE JOURNAL OF SUPERCRITICAL FLUIDS ELSEVIER, vol. 104, AMSTERDAM, NL, pages 1 - 9, XP029251221, ISSN: 0896-8446, doi:10.1016/j.supflu.2015.05.014 *

Also Published As

Publication number Publication date
ES2718396A1 (es) 2019-07-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7490472B2 (en) Efficient combined cycle power plant with CO2 capture and a combustor arrangement with separate flows
JP2014517180A5 (es)
CN102953819A (zh) 动力装置和操作方法
CN110234847B (zh) 氢氧当量燃烧涡轮系统
CN202745952U (zh) 低熵混燃气体液化物引射充气发动机
JP7109158B2 (ja) 火力発電プラント、ボイラ及びボイラの改造方法
CN103147849A (zh) 一种环保节能动力装置
EP2300129B1 (en) Thermal power plant with co2 sequestration
KR102070771B1 (ko) 화력발전소의 배가스 처리장치
CN103090697A (zh) 用于处理二氧化碳的系统及方法
WO2008023986A1 (en) Method for increasing the energy and cost effectiveness of a gas power plant; thermal power plant and a combustor for use in connection with such plants
CN102305109B (zh) 一种富氧-煤气化烟气再热联合循环动力系统
US20130186097A1 (en) Liquid Fuel Heating System
US8414288B2 (en) Combustion system and method
US20190107048A1 (en) Method and equipment for combustion of ammonia
WO2019129903A1 (es) Metodo de recuperación energética y sistema con capacidad de recuperación energética
JP2018031067A (ja) 「加圧された水蒸気とｈｈｏガスを含む混合気体」の発生装置とその利用方法
CN203146103U (zh) 一种环保节能动力装置
ES1252234U (es) Sistema con capacidad de recuperacion energetica
CN102635843B (zh) 燃烧尾气减排固碳与循环水封闭冷却耦合方法
US20130167532A1 (en) Power generator and related engine systems
RU2328045C2 (ru) Способ эксплуатации атомной паротурбинной энергетической установки и установка для его осуществления
JP2020159264A (ja) ガスタービン
RU2740670C1 (ru) Способ работы парогазовой установки электростанции
CN103867491A (zh) 发动机用旋转体液体遥供装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18897754

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18897754

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1