Procedimiento para la conversión del carbón en etanol.

En horno de ciclo combinado situamos carbón.

Una entrada aire, otra dióxido de carbono -CO2-, de primera combustión del carbón y salida de humos, compuesto de monóxido de carbono -CO- y dióxido de carbono -CO2- (1). Horno, alimenta caloríficamente una caldera vapor de agua (2). Los humos, pasan por filtro de mangas para su purificación y filtro de carbonato cálcico -CaCO3- (3). Ello a depósito de reacción que produce hidrógeno -H2- y dióxido de carbono -CO2- (4). Y para su disminución a reactor con óxido cálcico -CaO- que forma hidróxido cálcico -Ca(OH)2- y reacciona con el dióxido de carbono y produce carbonato cálcico (5). El hidrógeno -H2- y el monóxido de carbono que quedan, a un reactor, y mediante catalización y a 350ºC. forme el etanol -CH3CH2OH- (6), desprende oxígeno -O2-, que vuelve al principio del proceso (7). El etanol -CH3CH2OH- a fase líquida mediante intercambiador de calor (8).

Procedimiento para la conversión del carbón en etanol.

La presente invención se refiere a la conversión del carbón en etanol. El presente procedimiento debemos encuadrarlo dentro del sector de la energía dado que convertimos una energía fósil, como es el carbón, en etanol que es un alcohol, lo que permite multiplicar sus aplicaciones energéticas, especialmente en el mundo de los motores de combustión interna y en consecuencia en la automoción. Asimismo, en el procedimiento de conversión del carbón en etanol, no se vierte a la atmósfera ningún gas contaminante, por lo que la presente invención también puede encuadrarse dentro del sector medioambiental.

Antecedentes de la invención

En las últimas décadas, se ha despertado un interés prioritario, desde el punto de vista científico, por la síntesis del etanol, debido principalmente a su uso como carburante como adición a las gasolinas. A ello, ha contribuido el alza de los precios del petróleo y el considerarse al bioetanol, como energía renovable. Por ello, se han desarrollado numerosos procesos para la obtención del bioetanol a partir materias orgánicas, entre las que podemos citar el maíz, la caña de azúcar, los cereales y todos los productos que contiene hidratos carbono, que por fermentación producen azucares. Los azucares son transformados en gas de síntesis y a través de un proceso catalítico con alta temperatura, se obtiene el bioetanol. El inconveniente de estos procesos, es que dado el incremento constante de la demanda de bioetanol, se ha propiciado un incremento desmesurado de los alimentos de primera necesidad como son, el maíz y otros cereales etc, con graves repercusiones sociales.

En el estado de la técnica actual, también son conocidos procesos: conversión del metanol en etanol. Gas de síntesis en etanol. Conversión del anhídrido carbónico en metanol. Transformación de anhídrido carbónico en monóxido de carbono, mediante microondas. Todos los procesos se basan en dos etapas, búsqueda de la fuente de gas de síntesis y transformación del gas de síntesis en etanol.

El presente procedimiento supone un avance cualitativo en los procesos conocidos hasta ahora, cuyas mejoras afectan al uso de energías fósiles contaminantes medioambientalmente y al ahorro de los productos que derivan del petróleo.

Descripción de la invención

En un horno de ciclo combinado, suministramos energía calorífica una caldera que contiene agua. El horno de ciclo combinado se compone de un quemador donde situamos el carbón, una boca de entrada donde introducimos aire a presión, una boca de salida que recircula los humos procedentes de la combustión de nuevo al quemador y una boca de salida de los humos reciclados. El horno de ciclo combinado, tiene por objeto conseguir que los gases producto de la combustión del carbón, sean mayoritariamente monóxido de carbono y contengan una proporción menor de dióxido de carbono. Para ello, en un primer ciclo de combustión del carbón con oxígeno del aire, la reacción es:

C + O₂ -------- CO₂.

En el segundo ciclo, donde los gases de combustión, están compuestos mayoritariamente por dióxido de carbono, al pasar de nuevo por el lecho del quemador de carbón, en ausencia de oxígeno, se produce la siguiente reacción:

C + CO₂ -------- 2CO

Los gases de la combustión después de este segundo ciclo, están compuestos en un ochenta por cien de monóxido de carbono -CO- y veinte por cien de dióxido de carbono -CO₂-. Dichos gases los hacemos pasar por un filtro de mangas, para eliminar todos los residuos sólidos que puedan contener y un filtro de carbonato calcico para eliminar los óxidos sulfurosos que contengan los humos.

El agua contenida en la caldera, por efecto del calor de la combustión del carbón, se transforma en vapor de agua a alta temperatura, y la conducimos a un depósito de reacción, donde también se introduce el monóxido carbono y el dióxido de carbono, procedente de la salida de humos del horno de ciclo combinado. Parte del monóxido de carbono, reaccionará con el vapor de agua, según la siguiente reacción:

CO + H₂O -------- CO₂ + H₂

El gas que sale del depósito de reacción, a alta temperatura y presión, está compuesto por dióxido de carbono -CO₂-, monóxido de carbono -CO- Hidrógeno -H₂- y vapor de H₂O. Para depurar dichos gases, los dirigimos a un segundo depósito de reacción, donde se ha introducido óxido cálcico -CaO-, para que el vapor de agua y el dióxido de carbono produzcan la siguiente reacción:

H₂O + CaO -------- Ca (OH)₂(s)

(I)CO₂ + Ca (OH)₂(s) -------- CaCO₃(s) + H₂O

Tras esta reacción queda en forma de gas, el monóxido de carbono -CO- y el Hidrógeno -H₂-. Dichos gases, son transportados a un tercer reactor, para que a una temperatura de trescientos cincuenta grados centígrados y utilizando como catalizadores, el platino o el óxido férrico promovido con óxido de cromo y cobre.

La reacción con los catalizadores descritos ocurre a una temperatura de trescientos cincuenta grados centígrados, es la siguiente:

4CO + 6H₂ -------- 2CH₃CH₂OH + O₂

El etanol producido se recogerá del reactor, previo su enfriamiento mediante un intercambiador de calor. El oxígeno, lo redirigiremos a la entrada del horno de ciclo combinado para mejorar la combustión del carbón. Toda la energía calorífica necesaria para el presente procedimiento, la obtendremos del horno de ciclo combinado de combustión del carbón, por lo que el sistema es energéticamente eficiente en sí mismo.

Las fuentes de obtención del etanol, son muy limitadas, cuando su materia prima es la materia orgánica, el biogás ó la fermentación de residuos agrícolas. La producción masiva de etanol debido a la demanda, esta ocasionando problemas en la producción de las materias primas de las que se obtiene y que compiten con los alimentos básicos, teniendo en cuenta, además, que el ciclo de producción de dichas materias primas es muy largo. Por otra parte, la combustión directa del carbón, como fuente de energía eléctrica, esta ocasionando enormes problemas medioambientales, por la contaminación que produce con gases de efecto invernadero.

La ventaja del procedimiento que se describe, en relación con el estado de la técnica actual, es la obtención del etanol en una sola etapa, partir del carbón y del agua, como únicas materias primas que se consumen en el proceso.

Breve descripción de los dibujos

Para la mejor comprensión de cuanto queda descrito en la presente memoria, se acompaña un esquema en el que solo a titulo de ejemplo, representa el proceso: (1) es el horno de ciclo combinado, con las entradas de aire y de dióxido de carbono y la salida de gases de monóxido y dióxido de carbono. (2) Es la caldera de vapor de agua. (3) El filtro de mangas y el filtro de carbonato cálcico. (4) Es el depósito ó tanque de reacción, donde tiene lugar la la combinación del monóxido de carbono con el vapor de agua. (5) Es el depósito ó tanque de óxido cálcico para su reacción con el dióxido de carbono y el vapor de agua. (6) Es el reactor de reacción del monóxido de carbono con el hidrógeno para producir etanol. (7) Es la tubería que conduce el oxígeno producido a la entrada de aire del horno de ciclo combinado. (8) Es el intercambiador de calor, para que el etanol se recoja en fase líquida.

Descripción de la forma de realización preferida

El proceso de la conversión del carbón en etanol, consta de un horno de ciclo combinado, con un quemador, donde situamos el carbón. Una entrada de aire, para la combustión del carbón. Una entrada de dióxido de carbono que procede de la primera combustión del carbón y una salida de humos, que será mayoritariamente de monóxido de carbono y dióxido de carbono. (1) Se trata de un horno que en fases sucesivas, actúa como horno...

1. Un procedimiento cuyo objeto es la conversión del carbón en etanol, mediante la oxidación y reducción del carbón para obtener monóxido de carbono -CO-, a alta temperatura y presión, que en su reacción con el vapor de agua, se produce Hidrógeno -H₂- y dióxido de carbono -CO₂- y que se caracteriza y comprende por las siguientes etapas:

- Horno de ciclo combinado, para producir la oxidación/reducción del carbón y obtener mayoritariamente monóxido de carbono -CO- y en menor proporción, dióxido de carbono -CO₂-.

- Caldera, que utiliza la energía calorífica del carbón para producir vapor de agua.

- Deposito de reacción del monóxido de carbono -CO- con vapor de agua -H₂O- para producir hidrógeno -H₂- y dióxido de carbono -CO₂-, con la siguiente reacción:

CO + H₂O -------- CO₂ + H₂ + CO + H₂O

- Reactor de captación del dióxido de carbono -CO₂-, y el vapor de agua en exceso -H₂O-, utilizando el óxido cálcico -CaO- para formar carbonato calcico -CaCO₃-, en dos reacciones simultaneas:

H₂O + CaO -------- Ca(OH)₂; Ca(OH)₂ + CO₂ -------- CaCO₃ + H₂O

- Reactor para formar etanol mediante catalizadores de platino, óxido férrico promovido por óxido de cromo y cobre a una temperatura de trescientos cincuenta grados centígrados, de acuerdo con:

4CO + 6H₂ -------- 2CH₃CH₂OH + O₂ (etanol).