Sistema de generación de vapor.

Un sistema de generación de vapor que comprende:

una fuente de dióxido de carbono

(80);

una fuente de agua (91);

una cámara de procesado principal (10), comprendiendo la cámara de procesado principal (10):

un alojamiento,

una entrada de gas de suministro (16) que está conectada de forma fluida con la fuente de dióxido de carbono (80) y configurada para recibir el dióxido de carbono procedente de la fuente de dióxido de carbono (80),

una entrada de suministro de agua (19) que está conectada de forma fluida con la fuente de agua (91) y configurada para recibir agua procedente de la fuente de agua (91),

al menos una antorcha de arco de plasma (15, 17) configurada para calentar el dióxido de carbono y el agua en la cámara de procesado principal (10) hasta una temperatura desde aproximadamente 180 ºC hasta 20.000 ºC y convertir el dióxido de carbono y el agua en un gas caliente que comprende hidrógeno y monóxido de carbono, y

una salida de gas de cámara de procesado principal (18); y

un generador de vapor con recuperación de calor (20), que comprende:

una entrada de gas caliente (22) que está conectada de forma fluida a la salida de gas de la cámara de procesado principal (18), y

un retorno de gas (24),

en el que el generador de vapor con recuperación de calor (20) recibe el gas caliente procedente de la salida de gas de cámara de procesado principal (18) y usa el gas caliente para generar vapor.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2012/038137.

Solicitante: Powerdyne, Inc.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 4740 Von Karman Avenue, Suite 100 Newport Beach, California 92660 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: SHOUSE,GUS F, HIRSON,GEOFFREY.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES EN GENERAL; PLANTAS MOTRICES EN... > PLANTAS MOTRICES A VAPOR; ACUMULADORES DE VAPOR;... > Plantas motrices caracterizadas por tener más de... > F01K23/10 (calentando el fluido de salida de uno de los ciclos el fluido del otro ciclo)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > QUIMICA INORGANICA > ELEMENTOS NO METALICOS; SUS COMPUESTOS (procesos... > Hidrógeno; Mezclas gaseosas que contienen hidrógeno;... > C01B3/06 (por reacción de compuestos inorgánicos que tienen un hidrógeno enlazado electropositivamente, p. ej. de agua, ácidos, bases, amoniaco, con agentes reductores inorgánicos (por electrólisis del agua C25B 1/04))

PDF original: ES-2546996_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Sistema de generación de vapor Antecedentes El presente documento se refiere a un método y sistema para la producción de vapor que es apropiado para su uso en aplicaciones de generación de energía y otras aplicaciones. El documento WO/2005/005009 A2 describe un sistema de generación de vapor con una cámara de procesado principal que está configurada para convertir dióxido de carbono y agua en metano o metanol y oxígeno. El sistema incluye un generador de calor que recibe un gas procedente de la salida de gas de la cámara de procesado principal y usa el gas caliente para generar vapor.

Las emisiones de gases de efecto invernadero procedentes de la generación de energía por combustión de carbón son importantes y aumentan de forma rápida. Estados Unidos ha estimado producir cerca de dos mil millones de toneladas de CO2 al año en las plantas de generación de energía por combustión de carbón. Se proyecta que las emisiones de gases de efecto invernadero procedentes de la electricidad generada por combustión de carbón, en la actualidad el 27 por ciento de las emisiones totales de Estados Unidos, aumentarán un tercio en el año 2025.

La presente divulgación describe un método y sistema destinados a reducir o eliminar el uso de combustibles fósiles, así como también a reducir o eliminar las emisiones de gases de efecto invernadero y otras emisiones, junto con la generación de energía.

Sumario Un sistema de generación de energía opera en forma de bucle cerrado para proporcionar un gas de suministro a una cámara de procesado y calentar el gas a temperaturas elevadas en presencia de una o más antorchas de arco de plasma. El gas de suministro es un gas que no experimenta auto-ignición en presencia de la antorcha de arco de plasma. Se proporciona el gas de suministro a un generador de vapor con recuperación de calor ("HRSG") para producir vapor, que se puede usar para alimentar una turbina de vapor. Dependiendo de la cantidad de vapor y/o energía deseada, el sistema puede usar un sistema de control para variar el flujo, temperatura y presión del gas suministrado al HRSG. El sistema de control puede hacer esto poniendo antorchas de arco de plasma adicionales en línea o fuera de línea en la cámara de procesado, añadiendo gas de suministro no caliente directamente a partir de una fuente de suministro, derivando el gas de suministro caliente fuera de HRSG y variando el flujo de agua suministrada a HRSG.

En una realización, el sistema de generación de vapor incluye una fuente de dióxido de carbono, una fuente de agua, una cámara de procesado principal y un generador de vapor con recuperación de calor. La cámara de procesado principal incluye: un alojamiento; una entrada de gas de suministro que se encuentra conectada de forma fluida con la fuente de dióxido de carbono y configurada para recibir el dióxido de carbono procedente de la fuente de dióxido de carbono; una entrada de suministro de agua que se encuentra conectada de forma fluida a la fuente de agua y configurada para recibir agua de la fuente de agua; al menos una antorcha de arco de plasma configurada para calentar el dióxido de carbono y el agua en la cámara de procesado principal hasta una temperatura de aproximadamente 180 ºC hasta 20.000 ºC, y convertir el dióxido de carbono y agua en hidrogeno y monóxido de carbono; y una salida de gas de cámara de procesado principal. El generador de vapor con recuperación de calor incluye una entrada de gas caliente que está conectado de forma fluida con la salida de gas de cámara de procesado principal, junto con un retorno de gas que está conectado de forma fluida con la entrada de gas de suministro. El generador de vapor con recuperación de calor recibe el gas caliente procedente de la salida de gas de cámara de procesado principal y usa el gas caliente para generar vapor. Se puede usar el vapor para alimentar un receptor tal como una turbina de vapor que se usa en la generación de energía.

En algunas realizaciones, el sistema también puede incluir una primera válvula de gas de suministro que tiene un accionador de primera válvula de gas de suministro. La primera válvula de gas de suministro puede estar en comunicación fluida con la fuente de gas de suministro en el lado de entrada y la entrada de gas de suministro en el lado de salida. Una segunda válvula de gas de suministro puede tener un accionador de segunda válvula de gas de suministro y puede estar en conexión fluida con la fuente de gas de suministro en el lado de entrada y la salida de gas caliente en el lado de salida. El sistema puede incluir controladores de sistema que están configurados para proporcionar señales de datos indicadores de una variable del sistema, junto con un sistema de control automatizado en comunicación de datos con los controladores del sistema y en comunicación operativa con los controladores del sistema, el accionador de la primera válvula de gas de suministro y el accionador de la segunda válvula de gas de suministro.

Opcionalmente, una primera tubería puede estar conectada de forma fluida a la fuente de gas de suministro y la entrada de gas de cámara de procesado principal. Una segunda tubería puede estar conectada de forma fluida a la salida de gas de cámara de procesado principal y la entrada de gas procesado del generador de vapor con recuperación de calor. Una tercera tubería puede estar conectada de forma fluida con el retorno de gas procesado del generador de vapor con recuperación de calor y la entrada de gas caliente de la cámara de procesado principal. 2 10

Se puede configurar una fuente de vacío para conferir vacío a cualquiera o a todas las tuberías, la cámara de procesado principal, y una cámara de gas del generador de vapor con recuperación de calor.

El sistema de control automatizado puede incluir un procesador y un dispositivo de memoria física configurado para almacenar un conjunto de instrucciones aptas para lectura por un procesador, con el fin de dirigir la actividad del procesador. Los controladores pueden incluir un controlador de presión y/o un controlador de temperatura. El controlador de presión puede estar configurado para detectar una presión de gas a medida que éste se suministra desde la salida de gas de la cámara de procesado principal a la entrada de gas de proceso del generador de vapor con recuperación de calor. El controlador de temperatura puede estar configurado para detectar la temperatura de gas a medida que éste se suministra desde la salida de gas de la cámara de procesado principal a la entrada de gas de proceso del generador de vapor con recuperación de calor.

La primera válvula de gas de suministro, en respuesta a un comando del sistema de control hasta el accionador de la primera válvula de gas de suministro, puede controlar de forma variable un flujo de dióxido de carbono en el interior de la cámara de procesado principal. La segunda válvula de gas de suministro, en respuesta a un comando procedente del sistema de control hasta el accionador de la segunda válvula de gas de suministro, puede controlar de forma variable un flujo de dióxido de carbono procedente de la fuente de suministro de gas hasta la entrada de gas caliente del generador de vapor con recuperación de calor. En algunas realizaciones, la segunda válvula de gas de suministro puede ser una válvula de mezcla.

Cada antorcha de arco de plasma puede incluir un accionador programable en comunicación operativa con el sistema de control automatizado que, en respuesta a un comando procedente del procesador, controla de forma variable la activación de su correspondiente antorcha.

El sistema también puede incluir una primera válvula de derivación de dos vías programable que tiene un accionador de primera válvula de derivación de dos vías en comunicación operativa... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un sistema de generación de vapor que comprende: una fuente de dióxido de carbono (80) ; una fuente de agua (91) ; una cámara de procesado principal (10) , comprendiendo la cámara de procesado principal (10) :

un alojamiento, una entrada de gas de suministro (16) que está conectada de forma fluida con la fuente de dióxido de carbono (80) y configurada para recibir el dióxido de carbono procedente de la fuente de dióxido de carbono (80) , una entrada de suministro de agua (19) que está conectada de forma fluida con la fuente de agua (91) y configurada para recibir agua procedente de la fuente de agua (91) , al menos una antorcha de arco de plasma (15, 17) configurada para calentar el dióxido de carbono y el agua en la cámara de procesado principal (10) hasta una temperatura desde aproximadamente 180 ºC hasta 20.000 ºC y convertir el dióxido de carbono y el agua en un gas caliente que comprende hidrógeno y monóxido de carbono, y una salida de gas de cámara de procesado principal (18) ; y un generador de vapor con recuperación de calor (20) , que comprende:

una entrada de gas caliente (22) que está conectada de forma fluida a la salida de gas de la cámara de procesado principal (18) , y un retorno de gas (24) , en el que el generador de vapor con recuperación de calor (20) recibe el gas caliente procedente de la salida de gas de cámara de procesado principal (18) y usa el gas caliente para generar vapor.

2. El sistema de la reivindicación 1, que además comprende: una primera válvula de gas de suministro (71) que tiene un accionador de primera válvula de gas de suministro, estando la primera válvula de gas de suministro (71) en conexión fluida con la fuente de dióxido de carbono (80) en el lado de entrada y la entrada de gas de suministro (16) en el lado de salida;

una segunda válvula de gas de suministro (69) que tiene un accionador de segunda válvula de gas de suministro, estando la segunda válvula de gas de suministro (69) en conexión fluida con la fuente de dióxido de carbono (80) en el lado de entrada y la entrada de gas caliente (22) en el lado de salida;

una pluralidad de controladores de sistema (61, 62) , en el que cada uno de los controladores de sistema (61, 62) está configurado para proporcionar una señal de datos indicativa de una variable de sistema; y un sistema de control automatizado (45) en comunicación de datos con la pluralidad de controladores de sistema (61, 62) y en comunicación operativa con los controladores de sistema (61, 62) , el accionador de la primera válvula de gas de suministro y el accionador de la segunda válvula de gas de suministro.

3. El sistema de la reivindicación 1, que comprende además una turbina (100) configurada para recibir el vapor y usar el vapor para generar energía eléctrica.

4. El sistema de la reivindicación 1, que además comprende: una primera tubería (25) conectada de forma fluida con la fuente de dióxido de carbono (80) y la entrada de gas de la cámara de procesado principal (16) ;

una segunda tubería (25) conectada de forma fluida con la salida de gas de la cámara de procesado principal (18) y la entrada de gas caliente (22) del generador de vapor con recuperación de calor (20) ;

una tercera tubería (33) conectada de forma fluida con el retorno de gas (24) del generador de vapor con recuperación de calor (20) y la entrada de gas de suministro (16) de la cámara de procesado principal (10) ; y una fuente de vacío (82) configurada para conferir un vapor a cada una de las tuberías (25, 33) , la cámara de procesado principal (10) y una cámara de gas del generador de vapor con recuperación de calor (20) .

5. El sistema de la reivindicación 2, en el que el sistema de control automatizado (45) comprende:

un procesador (605) y un dispositivo de memoria física (625) configurado para almacenar al menos un conjunto de instrucciones legibles para un procesador con el fin de dirigir la actividad del procesador (605) .

6. El sistema de la reivindicación 2, en el que los controladores del sistema (61, 62) comprenden:

(a) cualquiera de ellos o ambos un controlador de presión (61) y un controlador de temperatura (62) ;

(b) un controlador de presión (61) configurado para detectar la presión del gas caliente a medida que se suministra el gas caliente desde la salida de gas de la cámara de procesado principal (18) al generador de vapor con recuperación de calor (20) ; o

(c) un controlador de temperatura (62) configurado para detectar una temperatura de gas caliente a medida que se suministra el gas caliente desde la cámara de procesado principal (10) hasta la entrada de gas caliente (22) del generador de vapor con recuperación de calor (20) .

7. El sistema de la reivindicación 2, en el que la primera válvula de gas de suministro (71) , en respuesta a un comando procedente del sistema de control automatizado (45) hasta el accionador de la primera válvula de gas de suministro, controla de forma variable un flujo de dióxido de carbono al interior de la cámara de procesado principal (10) ; y la segunda válvula de gas de suministro (69) , en respuesta a un comando procedente del sistema de control automatizado (45) hasta el accionador de la segunda válvula de gas de suministro, controla de forma variable un flujo de dióxido de carbono desde la fuente de dióxido de carbono hasta la entrada de gas caliente (22) del generador de vapor con recuperación de calor (20) .

8. El sistema de la reivindicación 2, en el que cada una de las antorchas de arco de plasma (15, 17) comprende un accionador en comunicación operativa con el sistema de control automatizado (45) que, en respuesta a un comando procedente del sistema de control automatizado (45) , controla de forma variable la activación de su correspondiente antorcha (15, 17) .

9. El sistema de la reivindicación 2, que además comprende:

una primera válvula de derivación de dos vías (77) que tiene un accionador de válvula de derivación de dos vías en comunicación operativa con el sistema de control automatizado (45) , en el que la primera válvula de derivación (77) está en comunicación fluida con la salida de gas de la cámara de procesado principal (18) y la segunda válvula de gas de suministro (69) en el lado de entrada;

una segunda válvula de derivación de dos vías (79) que tiene un accionador de segunda válvula de derivación de dos vías en comunicación operativa con el sistema de control automatizado (45) , en el que la segunda válvula de derivación está en comunicación fluida con la entrada de gas de suministro de la cámara de procesado principal (16) en el lado de salida; y una línea de derivación (23) en comunicación fluida con la primera válvula de derivación de dos vías (77) y la segunda válvula de derivación de dos vías (79) , en el que la primera válvula de derivación de dos vías (77) se puede controlar por medio del controlador de sistema (45) a través del accionador de la primera válvula de derivación de dos vías para dirigir el flujo de gas desde el lado de entrada de la válvula hasta cualquiera de la entrada de gas caliente (22) o la línea de derivación (23) , y la segunda válvula de derivación de dos vías (79) se puede controlar por medio del controlador de sistema (45) a través del accionador de la segunda válvula de derivación de dos vías para dirigir el flujo de gas desde cualquiera del retorno de gas procesado (24) o la línea de derivación (23) y hasta el lado de salida de la segunda válvula de derivación de dos vías.

10. El sistema de la reivindicación 2, que además comprende una válvula de control de agua (76) que tiene un accionador de válvula de control de agua en comunicación operativa con el sistema de control (45) que, en respuesta a un comando procedente del sistema de control automatizado (45) , controla de forma variable el flujo de agua al interior del generador de vapor con recuperación de calor (20) .

11. El sistema de la reivindicación 2, en el que la segunda válvula de gas de suministro (69) comprende una válvula de mezcla (69) .

12. El sistema de la reivindicación 1, que comprende además una fuente de energía (55) configurada para proporcionar energía a al menos una de las antorchas de arco de plasma (15, 17) durante el arranque en frío, opcionalmente en el que la fuente de energía (55) comprende un generador o un conmutador de transferencia automatizado en comunicación eléctrica con un suministro de energía eléctrica.

13. El sistema de la reivindicación 1, que además comprende un segundo generador de vapor con recuperación de 11 5

calor (120) , comprendiendo el segundo generador de vapor con recuperación de calor (120) :

una entrada de gas (122) en comunicación fluida con el retorno de gas (24) del primer generador de vapor con recuperación de calor;

en el que el segundo generador de vapor con recuperación de calor (120) recibe el gas procedente del primer generador de vapor con recuperación de calor (20) y usa el gas para generar vapor, que opcionalmente comprende además una válvula de conexión que tiene un accionador de válvula de conexión en conexión operativa con un sistema de control (45) , estando la válvula de conexión en comunicación fluida con el retorno de gas procesado (24) del primer generador de vapor con recuperación de calor (20) en el lado de entrada, y una segunda entrada de gas procesado (122) del segundo generador de vapor con recuperación de calor (120) en el lado de salida.

14. Un método, que comprende:

suministrar de forma controlada dióxido de carbono y agua a una primera cámara de procesado (10) ;

controlar al menos una antorcha de arco de plasma (15, 17) para calentar el dióxido de carbono y el agua en la cámara de procesado principal (10) a una temperatura que es de aproximadamente 180 ºC hasta aproximadamente 36.000 ºC y convertir el dióxido de carbono y el agua en un gas caliente que comprende hidrógeno y monóxido de carbono;

suministrar el gas caliente a una entrada (22) de un generador de vapor con recuperación de calor (20) ; y retornar un gas de escape procedente de una salida (24) del generador de vapor con recuperación de calor (20) hasta la cámara de procesado principal (10) para el re-calentamiento;

en el que la cámara de procesado principal (10) , al menos un generador de vapor con recuperación de calor (20) , y todas las tuberías (25) que transfieren el gas entre la cámara de procesado principal (10) y el generador de vapor con recuperación de calor (20) operan como un sistema cerrado de manera que no se escapa ningún gas a la atmósfera durante la operación normal.

15. El método de la reivindicación 14, que además comprende:

(a) evacuar la cámara de procesado principal (10) , el generador de vapor con recuperación de calor (20) y todas las tuberías (25) que transfieren gas entre la cámara de procesado principal (25) y el generador de vapor con recuperación de calor (20) antes de suministrar el gas al sistema cerrado;

(b) controlar al menos una variable del sistema con al menos un controlador de sistema (61, 62) , proporcionar datos de las variables del sistema procedentes de al menos un controlador (61, 62) a un sistema de control

(45) y usar el sistema de control (45) para controlar al menos una antorcha de arco de plasma (15, 17) , el suministro de gas a la cámara de procesado principal (10) y la mezcla de gas no caliente procedente de la fuente de gas (80) con el gas caliente, en el que el control proporcionado por el sistema de control se basa, al menos en parte, en los datos de las variables del sistema;

(c) derivar de forma controlada el gas caliente procedente de la entrada (22) del generador de vapor con recuperación de calor (20) hasta la salida (24) del generador de vapor con recuperación de calor (20) , y/o;

(d) suministrar de forma controlada al menos una parte de los gases de escape procedentes de al menos un generador de vapor con recuperación de calor (20) hasta una entrada (122) de un segundo generador de vapor con recuperación de calor (120) y retornar el gas procedente de una salida (124) del segundo generador de vapor con recuperación de calor (120) hasta la cámara de procesado principal (10) para el recalentamiento.