ES2909796A1 - Proceso de valorizacion energetica de corrientes generadas en un proceso de electrolisis y de oxicombustion, integrando la red de gas y electricidad y sistema para llevarlo a cabo - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a un proceso y sistema de valorización energética de corrientes generadas en un proceso de electrólisis y oxicombustión que comprende un proceso de electrólisis de agua alimentado mediante agua externa, agua recirculada de un proceso de oxicombustión y energía eléctrica procedente de la red, originando hidrógeno que se utiliza directamente o se inyecta a la red de gas natural u otro combustible renovable y oxígeno que se inyecta como comburente de un proceso de oxicombustión alimentado también mediante gas natural u otro combustible de origen renovable, generando gases de escape que se recirculan hasta obtener una corriente de alta pureza de CO2 y agua, que puede recircularse al proceso de electrólisis, y donde parte o la totalidad de los gases de escape o vapor generado durante el proceso de oxicombustión es utilizado en una turbina generando energía eléctrica que es inyectada a la red eléctrica.
Description
DESCRIPCIÓN
PROCESO DE VALORIZACIÓN ENERGÉTICA DE CORRIENTES GENERADAS EN UN PROCESO DE ELECTRÓLISIS Y DE OXICOMBUSTIÓN, INTEGRANDO LA
RED DE GAS Y ELECTRICIDAD Y SISTEMA PARA LLEVARLO A CABO
SECTOR DE LA TÉCNICA
La presente invención se encuadra dentro del sector energético. Más en particular, se refiere a un proceso de valorización energética de las corrientes generadas en un proceso de electrólisis y de oxicombustión, así como al sistema para llevar a cabo dicho proceso. En particular, dicho sistema se trata de un sistema de conmutación bidireccional que permite transformar en un sentido la electricidad en H2 que, entre otros usos, puede inyectarse directamente a la red de gas natural (u otros gases preferentemente renovables como el biogás o el biometano) y, en el otro sentido, el gas natural o un gas renovable en electricidad, que se inyecta directamente a la red eléctrica o se utiliza de manera directa (autoconsumo). Se trata por tanto de un sistema aplicable tanto a la red eléctrica como a la red de gas natural (u otros gases preferentemente renovables como el biogás o el biometano), permitiendo una conexión directa entre ambas.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
La penetración de las energías renovables en la red eléctrica actual, como recurso intermitente de producción energética, supone un desajuste entre la curva de demanda y la de producción, especialmente durante las horas valles. La optimización del sistema eléctrico parte de encontrar métodos de almacenamiento energético que permitan aprovechar los excedentes de energía eléctrica. El aprovechamiento de dichos excedentes energéticos para producir hidrógeno se plantea hoy en día como uno de los métodos de almacenamiento energético más prometedores. La tecnología "Power to Gas” surge como una alternativa viable para el almacenamiento de excedentes energéticos en forma de gas natural. Esta tecnología consiste en aprovechar la energía renovable sobrante en las horas valle para la producción, en primer lugar, de hidrógeno que se puede inyectar directamente a la red existente de gas natural. Otro posible uso del hidrógeno producido es alimentarlo a un proceso de
metanación mediante el que se obtiene CH4 para su inyección directa en la red de gas natural. La solicitud internacional WO 2020/013908 propone precisamente el uso de esta tecnología incluyendo una mejora en la eficiencia del proceso y el aprovechamiento del oxígeno producido en la electrólisis para alimentar una unidad de separación de aire (ASU). A pesar de esto, actualmente el proceso de metanación trabaja con rendimientos globales bajos que implican una reducida viabilidad económica.
A diferencia de la tecnología anterior, la presente invención propone, entre otras opciones, la inyección directa del hidrógeno en la red de gas natural (u otros gases preferentemente renovables como el biogás o el biometano). El almacenamiento de hidrógeno en la red de gas natural implica grandes ventajas ya que supone prácticamente un almacenamiento ilimitado, dada la gran extensión de tuberías del que se compone el sistema gasista.
En referencia a la producción de hidrógeno para su inyección en la red, la electrólisis del agua es el método de mayor potencial sostenible. Siempre que la energía consumida por el electrolizador sea de origen renovable, la electrólisis se considera una tecnología libre de emisiones contaminantes. El electrolizador es el elemento principal de la electrólisis y se compone fundamentalmente de al menos dos electrodos de material conductor sumergidos en un medio líquido llamado electrolito. Al aplicar una diferencia de potencial entre ambos electrodos la corriente eléctrica que se genera provoca la reacción electrolítica del agua, separándola en dos productos principales, hidrógeno y oxígeno. La pureza de ambas corrientes dependerá del método y el tipo de célula electrolítica utilizada.
Hoy en día la electrólisis está extensamente desarrollada a nivel industrial, existiendo numerosos prototipos tal y como se refleja en las patentes que se mencionan a continuación:
La patente AU2009290161 propone un diseño de célula para la producción de hidrógeno en la que se inyecta una corriente de CO2 para obtener como producto NaOH, NaHCO3 o Na2CO3 entre otros, cuando dicha corriente se recircula por el electrolito.
Las solicitudes de patente US2006/0280976 o US2014295304 y las patentes ES2403930 o US9428839, proponen diferentes diseños de sistemas de electrólisis que suponen mejoras en cuanto al mantenimiento, purga tras el apagado, etc. También se presentan novedades en cuanto al diseño en solicitudes de patente como la US2011/0079515, la cual describe una célula alcalina que incorpora un sistema de presión hidrostática externa, o la solicitud de patente US2011/0253526, la cual describe un electrolizador en el que el primer cátodo se encuentra en el interior de un recipiente, lo que permite optimizar su tamaño.
En la línea de reducción de tamaño, la solicitud de patente US2014/0072891 propone una configuración innovadora que reduce el tamaño de las tuberías de conexión y el número de colectores del sistema.
Más recientemente, se encuentran patentes que se centran o bien en la optimización de las células, como la solicitud de patente US2017/0175277, que integra un sistema para la recirculación de la descarga, o bien en la seguridad frente al carácter inflamable del hidrógeno, como la solicitud de patente US2018/0195183. A día de hoy se siguen publicando patentes de células electrolíticas, como la solicitud internacional WO2020/016122, que se centra en la mejora de los materiales de los electrodos. Ello confirma que el rendimiento de este proceso sigue mejorando y optimizándose en la actualidad.
Sin embargo, ninguna de las patentes referentes a la electrólisis contempla la valorización de la corriente de subproducto de oxígeno obtenida en el electrolizador. La utilización de esta corriente como alimentación de un proceso de combustión mediante oxidación parcial u oxicombustión permite reducir los gases contaminantes, reducir el caudal de entrada de combustible y aumentar la eficiencia del ciclo. La solicitud internacional anteriormente mencionada, WO2020/013908, propone un sistema de producción de hidrógeno para inyectar en un proceso de metanación, contemplando la utilización de la corriente de oxígeno y, por tanto, su valorización, para inyectarla en una unidad ASU. No obstante, la presente invención pretende eliminar el uso de este tipo de unidades por su elevado coste, tal y como se describe más adelante.
La combustión con aire enriquecido u oxigeno de alta pureza supone una alternativa
sostenible a las tecnologías convencionales de combustión ya que reduce considerablemente las emisiones de gases invernadero. Las patentes US5724805 y CA2742438 describen precisamente sistemas de captura de CO2 asociados a esta tecnología. Las calderas de oxicombustión existen hoy en día a nivel industrial, ya que principalmente permiten la valorización de la corriente de gases de escape. Estos sistemas generan calor a través de calderas de combustión alimentadas por un comburente en exceso de oxígeno y por una corriente de gases de escape recirculada, compuesta mayoritariamente por CO2. La concentración de oxígeno en aire puede variar notablemente en función de la aplicación del proceso de oxicombustión y del proceso en sí mismo y sus limitaciones. La combustión mediante oxicombustión se caracteriza por alcanzar temperaturas altas de llama, lo que supone una producción de energía de alta eficiencia. El calor de la combustión se transforma en electricidad a través de la turbina. Actualmente, el rendimiento real del proceso de oxicombustión oscila entre un 70% y un 80%, dependiendo del combustible utilizado y del diseño del sistema.
Esta tecnología proporciona un consumo eficiente de combustible y genera un volumen de emisiones reducido, siendo posible la captura del CO2 y, por tanto, la valorización de este subproducto. Según los estudios más recientes, la corriente de recirculación puede alcanzar una pureza de CO2 de entre un 96 y un 99%. Aún así, esta tecnología presenta también ciertos inconvenientes, ya que como producto de la combustión se pueden generar otros contaminantes como los SOX.
Por consiguiente, la mayor parte de las patentes relacionadas con el proceso de oxicombustión se centran en la recuperación y aprovechamiento de los gases contaminantes. Las patentes que se citan a continuación son un ejemplo de ello:
La solicitud de patente US2007207419 describe un proceso de oxicombustión convencional en el que se reduce el volumen de los gases de combustión, se eliminan los óxidos de nitrógeno (NOX) y se capturan los gases de la corriente de gases de escape que son condensables. Los gases condensables, en gran parte CO 2 , se condensan en un estado sustancialmente líquido y son capturados. La caldera se alimenta con oxígeno y combustible en una proporción controlada y durante la combustión, la temperatura de llama se controla para que sea siempre superior a 1650°C.
Por otro lado, la solicitud de patente US2008/0302107 describe una planta de energía que trabaja con la tecnología de oxicombustión, así como un método que incluye el aprovechamiento de la corriente de gases de escape que se genera, la cual contiene fundamentalmente dióxido de carbono y agua. Asimismo, se recupera el calor de bajo grado del gas mediante el uso de múltiples enfriadores situados en una corriente aguas abajo.
Comúnmente, la corriente de oxígeno que alimenta la caldera de oxicombustión proviene de una unidad criogénica de separación de aire (ASU), tal y como se describe en la patente AU20092283. Esto supone una gran desventaja competitiva para este tipo de calderas, ya que aumenta considerablemente los costes de producción. La búsqueda de sistemas que permitan ahorrar los costes derivados del uso de unidades ASU se ve reflejado en invenciones como la descrita en la solicitud internacional WO2013/040645, en la que se propone un nuevo sistema de generación y recuperación de oxígeno para la alimentación de un proceso de oxicombustión de lecho fluidizado.
Sin embargo, a diferencia de los procesos anteriores, el sistema objeto de la presente invención toma la corriente de oxígeno del subproducto de un electrolizador, lo que supone un coste cero para generar el comburente (CO2 y O2) del proceso de oxicombustión. De este modo, se consigue además conectar ambas tecnologías, permitiendo un flujo bidireccional entre la red eléctrica y la red de gas. La conexión entre ambas tecnologías también es posible según se describe en la patente CN105209375, la cual propone un punto de conexión entre la electrólisis y la oxicombustión consistente en recircular la corriente de gases de escape del proceso de oxicombustión, mayoritariamente CO2, por el interior del electrolito, lo que permite eliminar el CO2 en forma de NaOH, NaHCO3 o Na2CO3. No obstante, la presente invención propone una solución totalmente distinta e innovadora, no descrita hasta la fecha en el estado de la técnica.
En particular, el objeto de la presente invención permite la integración de la electrólisis y el proceso de oxicombustión, de modo que el producto principal de la electrólisis, el hidrogeno, puede entre otros usos inyectarse directamente a la red de gas natural (u otros gases preferentemente renovables como el biogás y el
biometano), mientras que la corriente de oxígeno que se genera en el electrolizador permite cerrar el ciclo entre la red de electricidad y de gas natural o un gas renovable (como biogás o biometano), propiciando una utilización optimizada de los recursos renovables de la red.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Es, por tanto, un primer objeto de la invención, un proceso de valorización energética de al menos una de las corrientes generadas en un proceso de electrólisis y al menos una de las corrientes generadas en un proceso de oxicombustión, caracterizado por que comprende:
(a) un primer proceso de electrólisis de agua llevado a cabo en al menos un electrolizador alimentado mediante una corriente de agua externa, una corriente de agua recirculada procedente de un segundo proceso de oxicombustión y una corriente de energía eléctrica, preferentemente energía eléctrica renovable, y más preferentemente mediante un excedente de energía eléctrica procedente de la red eléctrica.
De manera preferente, el electrolizador trabajará a una potencia de hasta 10 MW y más preferentemente de entre 0.1 y 3 MW. Como resultado de esta etapa se generan dos corrientes valorizables: una corriente de hidrógeno y una corriente de oxígeno, de modo que:
- la corriente de hidrógeno puede o bien ser utilizada directamente, por ejemplo, como combustible y preferentemente como combustible para transporte rodado o bien inyectarse directamente a una red de transporte o distribución de gas natural u otro combustible preferentemente de origen renovable (como, por ejemplo, biogás o biometano), mediante un punto de conexión con dicha red; y
- la corriente de oxígeno se inyecta directamente a una corriente de comburente de un segundo proceso de oxicombustión; donde
(b) dicho segundo proceso de oxicombustión se lleva a cabo en una cámara de combustión alimentada, por un lado, por una corriente de comburente que comprende aire enriquecido con el oxígeno generado en el primer proceso de electrólisis, preferentemente en un porcentaje comprendido entre un 21 y un 40% molar y más preferentemente entre un 27 y un 30% molar y, por otro lado, por una corriente de combustible, preferentemente gas natural procedente de la
red de distribución o transporte de gas natural u otro combustible preferentemente de origen renovable (más preferentemente biogás con una concentración de CH4 y CO2 que podrá variar en función de su proceso de obtención mediante digestión anaerobia, así como en función del origen de la materia orgánica utilizada en dicho proceso y un posible tratamiento, previo a la oxicombustión, de eliminación de gases traza o secado del mismo). En una realización preferente, la corriente de combustible comprenderá una concentración de metano de entre un 50 y un 100% molar.
Como resultado del proceso de oxicombustión se genera una corriente de gases de escape (caracterizada por comprender, nitrógeno y fundamentalmente CO2 y H2O). Dicha corriente de gases de escape puede ser recirculada como corriente de entrada en el proceso de oxicombustión (dando lugar, junto con el oxígeno procedente del proceso de electrólisis, a la corriente de comburente), hasta obtener una corriente de alta pureza de CO2 (entendiendo como tal una corriente con una concentración de CO 2 de al menos un 70% molar y hasta un 99% molar) y, por tanto, su valorización como producto. A su vez, parte de la corriente de agua o la totalidad de dicha corriente es reutilizada como corriente de alimentación del electrolizador en el que se lleva a cabo el proceso de electrólisis descrito anteriormente. En aquellas realizaciones en las que no se envíe la totalidad de la corriente de agua generada en el proceso de oxicombustión al electrolizador, otra parte de la corriente de agua generada podrá ser transformada en vapor mediante el calor generado durante el proceso de oxicombustión, siendo dicho vapor utilizado en al menos una turbina para la generación de electricidad, la cual podrá ser inyectada de nuevo a la red de distribución de energía eléctrica, cerrándose así el ciclo o podrá ser utilizada in-situ en el propio proceso. En otras realizaciones particulares de la invención serán los propios gases de escape los que se utilicen, en parte o en su totalidad, para generar electricidad mediante el empleo de al menos una turbina de gas y, en caso de exceso de gases de escape, en al menos una turbina adicional, siendo preferentemente una turbina secundaria de vapor.
A efectos de esta patente, se entiende por valorización el aprovechamiento de al menos una de las corrientes resultantes de un proceso para un uso particular en sustitución de otro material o producto alternativo que pudiera emplearse para dicha
finalidad. De este modo, se da valor a corrientes que, de otro modo, podrían ser desaprovechadas.
Una de las principales ventajas del proceso es que permite la interconexión entre redes energéticas y, en particular, entre la red eléctrica y la red de distribución y transporte de gas natural u otro combustible de origen preferentemente renovable, favoreciendo un flujo bidireccional entre dichas redes y logrando así un mayor ajuste entre la generación y la demanda de energía.
Adicionalmente, gracias al proceso desarrollado se consigue asegurar una optimización de la red eléctrica, aprovechando los excedentes de energía en la red como alimentación del sistema.
Otra de las ventajas del proceso objeto de la invención es que se trata de un proceso cerrado en el que se valorizan las corrientes de hidrógeno, oxígeno, CO2, agua y energía eléctrica generadas en el proceso.
Es asimismo objeto de la invención un sistema para llevar a cabo el proceso anteriormente descrito. Dicho sistema se caracteriza por que comprende:
(a) un electrolizador en el que tiene lugar el primer proceso de electrólisis de agua, donde dicho electrolizador se encuentra conectado por un lado a una red de distribución de energía eléctrica mediante al menos un punto de conexión con dicha red y, por otro lado, a una red de transporte o distribución de gas natural u otro gas preferentemente renovable (como biogás o biometano), mediante al menos un punto de conexión con dicha red. A su vez, el electrolizador comprende un conducto de salida de la corriente de O 2 generada durante la electrólisis, estando dicho conducto conectado a una cámara de combustión y un conducto de entrada de agua conectado asimismo a dicha cámara de combustión. De este modo, el O2 generado en el proceso de electrólisis es alimentado al proceso de oxicombustión y el agua generada en el proceso de oxicombustión es almacenado para su posterior uso como materia prima en el proceso de electrólisis. Adicionalmente, el electrolizador comprenderá al menos un conducto adicional para la alimentación de agua externa; y
(b) una cámara de combustión que comprende:
• un conducto para la alimentación de comburente que se corresponde
con la unión del conducto de salida del O2 generado en el proceso de electrólisis, un conducto adicional para la alimentación de aire y un conducto de recirculación de los gases de escape generados durante la combustión;
• un conducto para la alimentación de gas natural u otro combustible preferentemente renovable, estando dicho conducto conectado a la red de distribución o transporte de gas natural u otro combustible preferentemente renovable mediante al menos un punto de conexión con dicha red;
• un conducto de salida de los gases de escape generados en el proceso de oxicombustión, estando dicho conducto de salida conectado con un conducto de recirculación de dichos gases de escape a la cámara de combustión, donde dicho conducto de recirculación de gases de escape está a su vez conectado con el conducto para la alimentación de comburente de la cámara de combustión;
• un conducto de salida de agua que se corresponde con el conducto de alimentación de agua recirculada al electrolizador, conectando así ambos equipos;
(c) finalmente, el sistema comprenderá al menos una turbina para la generación de electricidad, pudiendo ser dicha turbina de vapor y/o de gas.
Asimismo, en realizaciones particulares de la invención el sistema podrá comprender los equipos necesarios para aprovechar la corriente de vapor o de gases de escape generados en el proceso de oxicombustión mediante un ciclo termodinámico determinado, sin ser éste limitante para el proceso de la invención. De este modo, el sistema reivindicado podrá comprender el equipo o equipos necesarios, conocidos en el estado de la técnica, para llevar a cabo un determinado ciclo termodinámico, como por ejemplo un ciclo Graz, Brayton, Rankine, Otto, Diesel, etc.
Adicionalmente, el sistema podrá comprender también un sistema de control para controlar de manera automática el proceso.
Se trata por tanto de un sistema de conmutación bidireccional que permite transformar en un sentido la electricidad en H2, que se inyecta a la red de gas natural u otro combustible preferentemente renovable y, en otro sentido, el gas natural o
renovable en electricidad, que se inyecta directamente a la red eléctrica.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Con objeto de complementar la descripción de la invención y definirla de manera más clara y concisa, se incluye como parte integrante de la presente descripción una figura con carácter ilustrativo y no limitativo, en la que se ha representado lo siguiente:
Figura 1.- Diagrama de bloques del proceso de valorización energética objeto de la invención.
Listado de referencias
1. Corriente de energía eléctrica
2. Electrolizador
3. Corriente de agua externa
4. Corriente de oxígeno
5. Corriente de hidrógeno
6. Red de transporte o distribución de gas natural u otro combustible de origen renovable
7. Corriente de gas natural u otro combustible de origen renovable
8. Corriente de agua recirculada
9. Corriente de gases de escape
9’. Corriente de recirculación de gases de escape
10. Cámara de combustión
11. Corriente de energía eléctrica
12. Red de distribución de energía eléctrica
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
Como se ha indicado anteriormente y tal y como puede apreciarse en la figura 1, en una realización particular de la invención el proceso comienza con la alimentación de un electrolizador (2) mediante una corriente de energía eléctrica (1) procedente de la red de distribución de energía eléctrica (12). De manera preferente, dicho
electrolizador (2) trabaja con una potencia de hasta 10 MW y más preferentemente de entre 0.1 y 3 MW.
El electrolizador (2) se alimenta también de una corriente de agua externa (3) y una corriente de agua recirculada (8), procedente de una cámara de combustión (10). El porcentaje de agua recirculada (8) puede variar entre un 0 y un 99% y preferentemente entre un 80 y un 99% en peso del total de agua alimentada al electrolizador (2).
El agua alimentada al electrolizador (2), al circular por los electrodos produce una reacción de hidrólisis, generándose una corriente de oxígeno (4) y una corriente de hidrógeno (5). La corriente de hidrógeno (5) sale del electrolizador (2) con una presión generalmente comprendida entre presión atmosférica y 30 bar y una pureza que depende del electrolizador utilizado. Dicha corriente de hidrógeno (5) puede o bien utilizarse directamente o bien ser inyectada directamente a un punto de conexión de una red de transporte o distribución de gas natural u otro combustible de origen renovable (6). Por otro lado, la corriente de oxígeno (4) se recircula a la cámara de combustión (10). De manera previa a su entrada a la cámara de combustión (10) se mezcla con una corriente de aire (no se muestra en la figura por simplicidad), dando lugar a una corriente de comburente que comprende aire enriquecido con el oxígeno generado en el primer proceso de electrólisis, preferentemente en un porcentaje comprendido entre un 21 y un 40% molar y más preferentemente entre un 27 y un 30% molar.
A su vez, la cámara de combustión (10) se alimenta también con una corriente de gas natural u otro combustible de origen renovable (7) que procede directamente del punto de conexión a la red de transporte o distribución de gas natural u otro combustible de origen renovable (6).
La combustión mediante oxicombustión de la corriente de gas natural u otro combustible de origen renovable (7) y la corriente de aire enriquecido con la corriente de oxígeno (4) procedente del electrolizador (2) produce una corriente de gases de escape (9). La corriente de recirculación de gases de escape (9’) se recircula al interior de la cámara de combustión (10) de manera iterativa hasta que la corriente de gases de escape (9) contiene mayoritariamente CO2, es decir, hasta que se
alcanza un porcentaje en peso de CO2 de al menos un 90% molar. Esto permite valorizar la corriente de gases de escape (9) producto de la oxicombustión.
A su vez, parte o la totalidad del agua generada durante el proceso de oxicombustión se recircula como corriente de agua recirculada (8) al electrolizador (2), preferentemente en un porcentaje comprendido entre un 0 y un 99% y más preferentemente entre un 80 y un 90% en peso respecto al total de agua alimentada al electrolizador (2).
Asimismo, a partir del calor generado en la cámara de combustión (10) se podrá generar vapor que a su vez, mediante al menos una turbina, genera una corriente de energía eléctrica (11) que se inyecta directamente a la red de distribución de energía eléctrica (12), cerrándose así el ciclo. En otras realizaciones de la invención dicha corriente eléctrica podrá ser utilizada in-situ (autoconsumo).
Finalmente, en otras realizaciones particulares de la invención serán los propios gases de escape los que se utilicen, en parte o en su totalidad, para generar electricidad mediante el empleo de al menos una turbina de gas y, en caso de exceso de gases de escape, en al menos una turbina adicional, siendo preferentemente una turbina secundaria de vapor.
Claims (6)
1. Proceso de valorización energética de al menos una de las corrientes generadas en un proceso de electrólisis y al menos una de las corrientes generadas en un proceso de oxicombustión, caracterizado por que comprende:
(a) un primer proceso de electrólisis de agua llevado a cabo en al menos un electrolizador (2) alimentado mediante una corriente de agua externa (3), una corriente de agua recirculada (8) procedente de un segundo proceso de oxicombustión y una corriente de energía eléctrica (1) procedente de una red de distribución de energía eléctrica (12), dando como resultado dos corrientes valorizables: una corriente de hidrógeno (5) y una corriente de oxígeno (4), donde:
- la corriente de hidrógeno (5) es utilizada directamente o bien es inyectada directamente a una red de transporte o distribución de gas natural u otro gas de origen renovable (6) mediante un punto de conexión con dicha red; y
- la corriente de oxígeno (4) se inyecta directamente a una corriente de comburente de un segundo proceso de oxicombustión; donde
(b) dicho segundo proceso de oxicombustión se lleva a cabo en una cámara de combustión (10) alimentada, por un lado, por una corriente de comburente que comprende aire enriquecido con la corriente de oxígeno (4) generado en el primer proceso de electrólisis y, por otro lado, por una corriente de combustible procedente de la red de transporte o distribución de gas natural u otro combustible de origen renovable (6), dando como resultado una corriente de gases de escape (9) y una corriente de agua, donde:
- dicha corriente de gases de escape (9) es recirculada como corriente de entrada en el proceso de oxicombustión hasta obtener una corriente de alta pureza de CO2, entendiendo como tal una corriente con una concentración de CO2 de al menos un 70% y hasta un 99% molar; y donde
- una parte o la totalidad de la corriente de agua es reutilizada como corriente de alimentación del electrolizador (2) en el que se lleva a cabo el primer proceso de electrólisis, correspondiéndose con la corriente de agua recirculada (8),
y donde o bien parte o la totalidad los gases de escape (9) o bien vapor
generado mediante el calor liberado durante el proceso de oxicombustión, es utilizado en al menos una turbina generando una corriente de energía eléctrica (11) que es inyectada de nuevo a la red de distribución de energía eléctrica (12) mediante al menos un punto de conexión con dicha red, cerrándose así el ciclo, o bien es utilizada in-situ en el propio proceso.
2. Proceso de acuerdo a la reivindicación 1, donde el electrolizador (2) trabaja a una potencia de hasta 10 MW.
3. Proceso de acuerdo a la reivindicación 1 o 2, donde la corriente de comburente comprende aire enriquecido con la corriente de oxígeno (4) generado en el primer proceso de electrólisis en un porcentaje comprendido entre un 21% y un 40% molar.
4. Proceso de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la corriente de combustible comprende metano en una concentración de entre un 50 y un 100% molar.
5. Proceso de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el combustible de origen renovable es biogás o biometano.
6. Sistema para llevar a cabo el proceso según ha sido descrito en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, donde dicho sistema comprende:
(a) un electrolizador (2) en el que tiene lugar el primer proceso de electrólisis, donde dicho electrolizador (2) se encuentra conectado por un lado a una red de distribución de energía eléctrica (12) mediante al menos un punto de conexión y, por otro lado, a una red de transporte o distribución de gas natural u otro combustible de origen renovable (6) mediante al menos un punto de conexión con dicha red y donde dicho electrolizador (2) comprende a su vez un conducto de salida de la corriente de oxígeno (4) generada durante la electrólisis, estando dicho conducto conectado a una cámara de combustión (10), un conducto de entrada de agua recirculada (8) conectado asimismo a dicha cámara de combustión (10) y al menos un conducto adicional para la alimentación de agua externa (3);
(b) una cámara de combustión (10) que comprende:
• un conducto para la alimentación de comburente que se corresponde con la unión del conducto de salida del O2 generado en el proceso de
electrólisis, un conducto adicional para la alimentación de aire y un conducto de recirculación de los gases de escape generados durante la combustión;
• un conducto para la alimentación de gas natural u otro combustible de origen renovable (7), estando dicho conducto conectado a la red de distribución o transporte de gas natural u otro combustible de origen renovable (6) mediante al menos un punto de conexión con dicha red;
• un conducto de salida de los gases de escape (9) generados en el proceso de oxicombustión, estando dicho conducto de salida conectado con un conducto de recirculación de dichos gases de escape (9) a la cámara de combustión (10), donde dicho conducto de recirculación de gases de escape (9) está a su vez conectado con el conducto para la alimentación de comburente de la cámara de combustión; y • un conducto de salida de agua que se corresponde con el conducto de entrada de agua recirculada (8) al electrolizador (2), conectando así ambos equipos; y
(c) al menos una turbina para la generación de electricidad.
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| ES (1) | ES2909796A1 (es) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3999089A (en) * | 1974-03-01 | 1976-12-21 | Maurice Jay Barros | Non-pollutant fuel generator and fuel burner with a non-pollutant exhaust and supplementary D.C. generator |
| GB2456169A (en) * | 2008-01-04 | 2009-07-08 | Nebb Technology As | A method and associated apparatus for the production of hydrogen and/or electric energy |
| JP2009215608A (ja) * | 2008-03-10 | 2009-09-24 | Institute Of National Colleges Of Technology Japan | 水素製造プラント |
| FR2966472A1 (fr) * | 2010-10-22 | 2012-04-27 | IFP Energies Nouvelles | Procede integre de production d'electricite et d'hydrogene avec captage et stockage du dioxyde de carbone |
-
2021
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