Dispositivo de producción de electricidad y de calor que incluye una pila de combustible que admite al menos metano como combustible.

Dispositivo de producción de energía, que comprende una pila de combustible a alta temperatura que admitecomo combustible una

mezcla de metano y vapor de agua a una temperatura y una presión predeterminadas,

así como una unidad detransformación de una mezcla gaseosa de etanol y de agua en una mezcla de metano y vapor de agua paraalimentar la pila, caracterizado porque la presión de la mezcla gaseosa de metano y vapor de agua resultante de launidad de transformación (11) es superior a la presión de la mezcla de metano y vapor de agua admitida por la pila,explotada como fuente secundaria de energía.

Dispositivo de producción de electricidad y de calor, que incluye una pila de combustible que admite al menos metano como combustible La presente invención se refiere a un dispositivo de producción de energía, que comprende una pila de combustible que admite al menos metano como combustible, así como una fuente de metano para la pila. Estos últimos años, el interés provocado por las pilas de combustible se ha incrementado debido a su producción de energía no contaminante y a su eficacia eléctrica superior a la producción mediante motores y turbinas térmicas.

En efecto, en el seno de una pila de combustible, la producción de electricidad se realiza por oxidación sobre un electrodo de un combustible reductor, unido a la reducción sobre otro electrodo de un oxidante, y genera mayoritariamente agua.

Además, una pila de combustible que admite principalmente metano como combustible, presenta, con relación a las alimentadas directamente por dihidrógeno, la ventaja de resolver los problemas ligados a la producción, al transporte y al almacenamiento del dihidrógeno. Este tipo de pila se describe en el documento EP 1 768 027.

La primera fuente de metano disponible es el gas natural, que contiene más del 80% de metano. Sin embargo, aunque estén extendidas por la tierra varias fuentes de gas natural, ciertas zonas geográficas se encuentran con la imposibilidad de ser alimentadas por gas. Además, a pesar de la abundancia del gas natural, no deja de ser una fuente agotable que las actuales preocupaciones medioambientales preconizan ahorrar. Finalmente las emisiones de CO2 ligadas a la utilización de gas natural en los procedimientos de producción energética contribuyen al incremento de las emisiones de CO2 fósil y por tanto al incremento del efecto invernadero.

Otra vía de producción de metano, la metanización, se ha comprobado igualmente insatisfactoria puesto que el metano fabricado durante este procedimiento por las materias orgánicas, lo es frecuentemente de manera discontinua ocasionando en consecuencia una alimentación irregular de la pila. Por otro lado, los gases resultantes de los procesos de metanización pueden presentar unas variaciones importantes de su composición debido a los fenómenos de inestabilidad inherentes a las características esencialmente biológicas del proceso.

Para las zonas geográficas aisladas de las grandes redes eléctricas y muy fuertemente dependientes de aprovisionamientos de hidrocarburos no existe, a día de hoy, una solución de producción de energía renovable de múltiples megavatios con una base de alto rendimiento eléctrico excepto la hidráulica, la geotérmica y la energía marina para lo que todas requieren unos entornos geográficos muy particulares.

La invención viene a paliar estos inconvenientes.

Con este fin, la invención se refiere un dispositivo de producción de energía, que incluye una pila de combustible que admite al menos metano como combustible, así como la fuente de metano para la pila de acuerdo con la reivindicación 1.

De acuerdo con la invención, el dispositivo comprende una unidad de transformación de un alcohol en metano que alimenta al menos de metano la pila de combustible.

De acuerdo con otra característica de la invención, la pila de combustible admite como combustible una mezcla de metano y de vapor de agua a una temperatura y una presión predeterminadas, y la unidad de transformación transforma una mezcla gaseosa de etanol y de agua en una mezcla de metano y vapor de agua para la alimentación de la pila, siendo la presión de la mezcla gaseosa de metano y de vapor de agua, resultante de la unidad de transformación, superior a la presión de la mezcla de metano y vapor de agua admitida por la pila, explotada como fuente secundaria de energía.

De acuerdo con otra característica, la presión de la mezcla gaseosa de metano y vapor de agua resultante de la unidad de transformación (11) es superior a 2 bar.

De acuerdo con otra característica, la presión de la mezcla gaseosa de metano y vapor de agua resultante de la unidad de transformación (11) está comprendida entre 10 y 40 bar.

De acuerdo con otra característica, la unidad de transformación es un reformador y la presión de la mezcla gaseosa de metano y vapor de agua que sale del reformador es sensiblemente igual a la presión de la mezcla gaseosa de etanol y agua admitida por el reformador, comprendiendo el dispositivo una unidad para poner a presión una mezcla líquida de etanol y de agua, adecuada para suministrar una mezcla gaseosa presurizada de etanol y de agua a presión superior a la de la mezcla de metano y vapor de agua admitida por la pila y unos medios de calentamiento de la mezcla gaseosa presurizada de etanol y de agua.

De acuerdo con otra característica, para explotar la presión superior de la mezcla gaseosa que sale del reformador, el dispositivo comprende una turbina de conversión en electricidad interpuesta entre la unidad de transformación y la pila.

De acuerdo con otra característica, la temperatura de la mezcla de metano y vapor de agua producida por el reformador es superior a la de la mezcla de metano y vapor de agua admitida por la pila y explotada como fuente secundaria de energía.

De acuerdo con otra característica, para explotar el calor producido por el reformador, el dispositivo comprende un intercambiador térmico interpuesto entre el reformador y la pila.

De acuerdo con otra característica, el reformador es la sede de una reacción exotérmica, y porque el calor desprendido por esta reacción exotérmica se transfiere, mediante un intercambiador térmico, hacia la mezcla de etanol y de agua admitida en el seno del reformador para calentar esa mezcla.

De acuerdo con otra característica, el reformador comprende un lecho catalítico a base de metal, preferentemente níquel.

Preferentemente, la mitad del calor producido por la pila se utiliza para el calentamiento de la mezcla de agua y de etanol durante su paso en el circuito de entrada de la unidad de transformación.

Ventajosamente, el dispositivo comprende un intercambiador térmico entre una segunda parte del calor producido por la pila de alta temperatura y un primer receptor de calor.

En este caso, el receptor de calor es una turbina de conversión en electricidad de la segunda parte del calor producido por la pila de alta temperatura y/o un intercambiador térmico.

De otro modo, el receptor del calor es un sistema de desalinización de agua de mar que utiliza la segunda parte del calor producido por la pila de alta temperatura.

Además, el dispositivo comprende una recirculación de la mezcla gaseosa producida por la pila hacia la mezcla de agua y de etanol que alimenta la unidad de transformación.

En este caso, la recirculación de la mezcla gaseosa producida por la pila comprende un dispositivo de depuración de la mezcla gaseosa adecuado para liberar esta mezcla gaseosa de compuestos gaseosos indeseables tales como el dióxido de carbono.

La invención se refiere igualmente a un procedimiento de producción de energía, a partir de un dispositivo que comprende una pila de combustible que admite como combustible una mezcla de metano y de vapor de agua a una temperatura y a una presión predeterminadas, así como una unidad de transformación de una mezcla gaseosa de etanol y de agua en una mezcla de metano y vapor de agua que alimenta la pila de acuerdo con la reivindicación 17.

De acuerdo con la invención, la presión de la mezcla gaseosa de metano y vapor de agua resultante de la unidad de transformación es superior a la presión de la mezcla de metano y vapor de agua admitida por la pila, comprendiendo el procedimiento una etapa de explotación de esta presión superior como fuente secundaria de energía.

La invención se refiere, además, al uso del dispositivo anteriormente definido para producir electricidad y calor y/o metano.

Más precisamente, el calor y/o la electricidad producidos pueden alimentar un dispositivo de desalinización del agua de mar y/o un dispositivo de deshidratación del etanol.

Igualmente, el metano producido por la unidad de transformación puede servir de sistema de apoyo a una pila de combustible que admite metano como combustible, alimentada por una fuente principal de metanización, permitiendo paliar las variaciones de flujo de los metanizadores y estabilizar la alimentación de metano.

La invención se comprenderá mejor y surgirán otros objetos, ventajas y características de ésta más claramente, con la lectura de la descripción a continuación, y que se realiza únicamente a título de ejemplo de realización de la invención, en relación a los dibujos adjuntos entre... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo de producción de energía, que comprende una pila de combustible a alta temperatura que admite como combustible una mezcla de metano y vapor de agua a una temperatura y una presión predeterminadas, así como una unidad de transformación de una mezcla gaseosa de etanol y de agua en una mezcla de metano y vapor de agua para alimentar la pila, caracterizado porque la presión de la mezcla gaseosa de metano y vapor de agua resultante de la unidad de transformación (11) es superior a la presión de la mezcla de metano y vapor de agua admitida por la pila, explotada como fuente secundaria de energía.

2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la presión de la mezcla gaseosa de metano y vapor de agua resultante de la unidad de transformación (11) es superior a 2 bares.

3. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque la presión de la mezcla gaseosa de metano y vapor de agua resultante de la unidad de transformación (11) está comprendida entre 10 y 40 bares.

4. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la unidad de transformación es un reformador y porque la presión de la mezcla gaseosa de metano y vapor de agua que sale del reformador es sensiblemente igual a la presión de la mezcla gaseosa de etanol y agua admitida por el reformador, comprendiendo el dispositivo una unidad (12) para poner a presión una mezcla líquida de etanol y de agua, adecuada para suministrar una mezcla gaseosa presurizada de etanol y de agua a presión superior a la de la mezcla de metano y vapor de agua admitida por la pila y unos medios de calentamiento de la mezcla gaseosa presurizada de etanol y de agua.

5. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque para explotar la presión superior de la mezcla gaseosa que sale del reformador, el dispositivo comprende una turbina de conversión (15) en electricidad

(16) interpuesta entre la unidad de transformación (11) y la pila (3) .

6. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 4 ó 5, caracterizado porque la temperatura de la mezcla de metano y vapor de agua producida por el reformador (11) es superior a la de la mezcla de metano y vapor de agua admitida por la pila y explotada como fuente secundaria de energía.

7. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque para explotar el calor producido por el reformador (11) , el dispositivo comprende un intercambiador térmico interpuesto entre el reformador (11) y la pila (3) .

8. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 4 a 7, caracterizado porque el reformador es la sede de una reacción exotérmica, y porque el calor desprendido por esta reacción exotérmica se transfiere, mediante un intercambiador térmico (18) , hacia la mezcla de etanol y de agua admitida en el seno del reformador para calentar esa mezcla.

9. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 4 a 8, caracterizado porque el reformador comprende un lecho catalítico a base de metal, preferentemente níquel.

10. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque comprende un intercambiador térmico (21) que permite transferir el calor producido por la pila de combustible a la mezcla de agua y de etanol admitida en el seno de la unidad de transformación (11) .

11. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque aproximadamente la mitad del calor producido por la pila se utiliza para el calentamiento de la mezcla de agua y de etanol durante su paso en el circuito de entrada de la unidad de transformación (11) .

12. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizado porque comprende un intercambiador térmico

(23) entre una segunda parte (22) del calor producido por la pila de alta temperatura (3) y un primer receptor de calor (23, 24) .

13. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque el receptor de calor es una turbina de conversión en electricidad (24) de la segunda parte (22) del calor producido por la pila de alta temperatura (3) y/o un intercambiador térmico (23) .

14. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque el receptor del calor es un sistema de desalinización de agua de mar que utiliza la segunda parte (22) del calor producido por la pila de alta temperatura (3) .

15. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque comprende una recirculación de la mezcla gaseosa producida por la pila hacia la mezcla de agua y de etanol que alimenta la unidad de transformación (11) .

16. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizado porque la recirculación de la mezcla gaseosa producida por la pila comprende un dispositivo de depuración de la mezcla gaseosa adecuado para liberar esta

mezcla gaseosa de compuestos gaseosos indeseables tales como el dióxido de carbono.

17. Procedimiento de producción de energía, a partir de un dispositivo que comprende una pila de combustible de alta temperatura que admite como combustible una mezcla de metano y de vapor de agua a una temperatura y a una presión predeterminadas, así como una unidad de transformación de una mezcla gaseosa de etanol y de agua

en una mezcla de metano y vapor de agua que alimenta la pila, caracterizado porque la presión de la mezcla gaseosa de metano y vapor de agua resultante de la unidad de transformación (11) es superior a la presión de la mezcla de metano y vapor de agua admitida por la pila, comprendiendo el procedimiento una etapa de explotación de esta presión superior como fuente secundaria de energía.

18. Uso del dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1a 16 para producir electricidad, calor 10 y/o metano.

19. Uso de acuerdo con la reivindicación 18, caracterizado porque el calor y/o la electricidad producidos alimentan un dispositivo de desalinización del agua de mar y/o un dispositivo de deshidratación del etanol.

20. Uso de acuerdo con la reivindicación 18, caracterizado porque el metano producido por la unidad de transformación sirve de sistema de apoyo a una pila de combustible que admite metano como combustible,

alimentada por una fuente principal de metanización, permitiendo paliar las variaciones de flujo de los metanizadores y estabilizar la alimentación de metano.