MX2014012967A - Proceso y equipo para convertir el dioxido de carbono de los gases de combustion en gas natural mediante el uso de energia electrica excedente. - Google Patents

Abstract

Un proceso para la conversión del dióxido de carbono de los gases de combustión en gas natural mediante el uso de energía eléctrica excedente. El proceso utiliza la energía eléctrica excedente para electrolizar agua y generar gas de hidrógeno; el gas de hidrógeno y el dióxido de carbono capturado del gas de combustión industrial se someten a una reacción de metanización; el calor generado por la reacción de metanización se utiliza para calentar el agua y generar vapor de agua sobrecalentado para accionar un turbogenerador de vapor y generar energía para complementar la energía eléctrica para la electrólisis del agua, y así se obtiene gas natural mediante síntesis. Se proporciona además el equipo utilizado en la síntesis del gas natural. El equipo está formado principalmente por la combinación de un dispositivo transformador y de rectificación (1), un baño electrolítico (2), un turbogenerador de vapor (4), un calentador de dióxido de carbono (21), al menos dos etapas de reactores de lecho fijo (11, 13), varios intercambiadores de calor indirectos, un tambor de vapor (12), un condensador de gas natural (8), y una tubería de agua de proceso (3).

Description

PROCESO Y EQUIPO PARA CONVERTIR EL DIÓXIDO DE CARBONO DE LOS GASES DE COMBUSTIÓN EN GAS NATURAL MEDIANTE EL USO DE ENERGÍA ELÉCTRICA EXCEDENTE Campo teenico La invención se refiere a la tecnología para la conversión de energía del gas de combustión industrial mediante energía excedente que proviene de la generación de energía renovable, como la energía solar, la energía hidroeléctrica, la energía eólica, etc., y, específicamente, se refiere a un método y un dispositivo para la conversión de dióxido de carbono de los gases de combustión en gas natural mediante la energía excedente.

Antecedentes de la invención En la actualidad, del total del consumo mundial de energía de más de 16 mil millones de toneladas de carbón estándar, cada año, los combustibles fósiles como el carbón, petróleo y gas natural, etc. cuentan más del 90%, sin excepción de China, lo que resulta en cantidades muy grandes de emisiones de dióxido de carbono. A partir del siglo 21, uno de los mayores desafíos que enfrenta el ser humano es el efecto invernadero causado por las emisiones de dióxido de carbono, lo que resulta en el calentamiento global, el cambio climático, así como los problemas ambientales globales que tienen impacto global sobre la ecología, la economía y la sociedad. En el 2010, las emisiones globales de dióxido de carbono se incrementó a más de 30.6 mil millones de toneladas, y China se convirtió en el país con la mayor emisión de dióxido de carbono, pero la emisión seguía aumentando. Las personas se ven obligados por la escasez mundial de energía y los problemas ambientales cada vez más graves, causados por las emisiones de dióxido de carbono, a encontrar maneras de resolver estos problemas.

Para resolver los problemas anteriores, se expande de forma sin precedentes el uso de energía renovable. Según estadísticas incompletas de China, en la actualidad, la proporción de energía no fósil, como la energía hidráulica, la energía nuclear, la energía eólica y la energía solar, etc. en el consumo total de energía primaria está aumentando año con año, se incrementará del consumo actual del 8.3% al 11.4% durante el XII Plan Quinquenal, y alcanzará el 15% en 2020. Para lograr este objetivo, es imprescindible desarrollar energía renovable.

Sin embargo, según el Informe de Supervisión de la generación de energía eólica y la generación de energía fotovoltaica emitida por la Comisión Reguladora de Electricidad del Estado en 2011, en la pasada mitad de año, tanto como 2776 millones de kWh de la energía eólica no puede ser usado por personas en China. La Comisión Reguladora de Electricidad del Estado indicó que, debido a la falta de una entrega específica de energía eólica y el esquema de alojamiento de la energía eólica, es cada vez más grande la contradicción entre la entrega y el alojamiento de la energía eólica de gran escala, y el obstáculo de conexión a la red se ha convertido en uno de los principales problemas que limitan el desarrollo de la energía eólica.

En cuanto a la energía hidroeléctrica, China ha construido tantas como 28 centrales hidroeléctricas de más de 500 000 kW con una capacidad total instalada de tanto como 50,980,000 kW. En 2010, la capacidad nstalada total prevista de 12 grandes bases de energía hidroeléctrica (incluyendo las existente) era de 205,232,000 kW, y la generación de energía anual era de 945 880 000 000 kWh en China. En temporada de lluvias del proyecto hidroeléctrico, hay suficiente capacidad de generación, pero no es posible la entrega de la cantidad de energía eléctrica en la temporada de lluvia, lo que resulta en una tarifa de alimentación muy baja, y las pérdidas de energía eléctrica o paro del equipo.

En cuanto a la generación de energía solar, la capacidad instalada del mercado de generación de energía fotovoltaica alcanzó 400 mW en China en 2010, que representa el 3% de la capacidad total instalada en el mundo. De acuerdo con la planificación de la Administración Nacional de Energía, la capacidad instalada de energía solar de China llegará a más de 10 millones de kW en 2015, y más de 40 millones de kW para el año 2020, pero un poco de la energía eléctrica de los mismos será destinado a tener problemas de cuello de botella en la conexión a la red.

Los expertos en este arte siempre ha estado tratando de resolver el problema de cómo hacer pleno uso de la energía excedente derivada de la generación de energía renovable y además de realizar efectivamente el propósito de la conservación de energía, reducción de emisiones, y la reducción del efecto invernadero.

Sumario de la Invención Es un objetivo de la invención resolver los defectos de la generación de energía renovable, tales como los obstáculos de conexión a red o la dificultad de almacenar la energía excedente por corto tiempo, y el problema que la energía fósil tiene de contaminación ambiental provocada por los gases de efecto invernadero, y proporcionar un método y un dispositivo para la conversión del dióxido de carbono de los gases de combustión en gas natural mediante la energía excedente.

Para lograr el objetivo anterior, el concepto clave del método diseñado en la invención para la conversión del dióxido de carbono de los gases de combustión en gas natural mediante la energía excedente es generar primero hidrógeno a través de la electrólisis del agua utilizando la energía de excedente, y luego sintetizar gas natural que es fácil de almacenar o transportar a través de la reacción de metanización entre el hidrógeno y el dióxido de carbono atrapado del gas de combustión industrial, que también facilita la aplicación razonable del dióxido de carbono descargado del gas de combustión industrial. El método comprende los siguientes pasos: 1) transformar y rectificar un voltaje de la energía excedente que se genera a partir de una planta de energía renovable y que es difícil de almacenar o conectarse a la red, introduciendo la energía excedente en una solución electrolítica para electrolizar el agua de la misma a H2 y 02, y secar el H2; 2) purificar los gases de combustión industriales para separar el CO2 de los mismos y purificar el C02 atrapado en los mismos; 3) transportar el H2 generado a partir del paso 1) y el C02 del paso 2) a un equipo de síntesis que comprende al menos dos reactores de lecho fijo, permitiendo que ocurra una reacción de metanización entre el H2 y el C02 para producir un gas mezclado de alta temperatura con los ingredientes principales de CH4 y vapor de agua; 4) emplear la gas mezclado de alta temperatura generada a partir del paso 3) para llevar a cabo un intercambio de calor indirecto con el agua del proceso para producir vapor de agua sobrecalentado; 5) entrega el vapor de agua sobrecalentado generado a partir del paso 4) a una turbina para generar energía eléctrica, y regresar la energía eléctrica al paso 1) para la transformación de voltaje y rectificación, y para la electrólisis del agua; y 6) condensar y secar el gas mezclado enfriado del paso 4) a través del intercambio de calor, para obtener gas natural con contenido de CH4 a la altura. El gas natural (SNG) puede ser enviado a la red existente de gas natural a través de la tubería de transporte a presión, o presurizado a gas natural licuado (GNL) para transporte.

Además, en el paso 1), la energía renovable se selecciona a partir de energía solar, la hidroenergía, la energía eólica, o una combinación de los mismos. Estas energías renovables son las más favorables al medio ambiente, las más baratas y más seguras. La solución electrolítica es preferiblemente una solución de hidróxido de potasio u otras soluciones similares con una densidad de 1.2 a 1.4 kg/m3. La temperatura de reacción de la solución de electrolito se controla a 90±2°C, y el mecanismo de reacción de la electrólisis del agua es como sigue: 2H2O = 2H2†+02†. En comparación con el agua pura, la solución electrolítica puede reducir significativamente la temperatura de reacción electrolítica, y ahorrar el consumo de energía. Después de la eliminación de la humedad y el enfriamiento del H2 resultante y 02, puede utilizarse el H2 para la reacción en la siguiente etapa, mientras que 02 puede ser como un subproducto para otro uso.

Además, varios parámetros del reactor de lecho fijo en todas las etapas del paso 3) son las siguientes: temperatura de entrada: 250 a 300°C, presión de reacción: 3-4 mPa, temperatura de salida: 350-700°C. El mecanismo de la reacción de metanización de H2 y CO2 es el siguiente: 4H2 + C02 = CH4 + 2H20 + 4160 kJ/kg de C02. En la operación específica, la mezcla con una relación en volumen generalmente de H2:C02=4:1, se transfiere a un reactor de lecho fijo para una reacción exotérmica fuerte en presencia de un catalizador a base de níquel o un catalizador similar, mientras que se libera una gran cantidad de calor, de modo que la temperatura de la gas mezclado resultante se mejora en gran medida. Al menos se proporcionan dos reactores de lecho fijo para asegurar la reacción completa entre H2 y CO2, y mejorar la eficiencia de utilización de H2.

Además, en el paso 3), parte del gas mezclado del de la alta temperatura del reactor de lecho fijo primario se desvia para enfriamiento, eliminación de agua, presurización y calentamiento, y luego se mezcla con H2 y C02 frescos, por lo que el gas mezclado se transporta de nuevo al reactor de lecho fijo primario después de que el contenido en volumen de C02 en el mismo es de 6-8%. De esta manera, por una parte, el H2 y C02 frescos pueden precalentarse con el gas que regresa a alta temperatura para ahorrar consumo de energía; por otro lado, el calor de reacción puede controlarse a través de ajustar el contenido de volumen de C02, controlando asi la temperatura de salida más alta del reactor de lecho fijo, de modo que el catalizador no se desactiva, permitido que la temperatura asegure un funcionamiento estable del reactor de lecho fijo.

Además, en el paso anterior 4), en primer lugar, el agua de proceso se calienta hasta agua sobrecalentada, que después se convierte en vapor de agua, y finalmente el vapor de agua se convierte a vapor de agua sobrecalentado. De esta manera, el agua del proceso se convierte de forma continua, de forma estable y fiable para producir vapor de agua sobrecalentado, a fin de garantizar que la turbina siempre genere energía ininterrumpidamente. La energía eléctrica generada de esta manera continúa para ser utilizada para la electrólisis del agua, de manera que el alto calor generado por la reacción de metanización se utilizada totalmente para mejorar la eficiencia de conversión de la energía renovable.

Además, en el paso 5), el escape de vapor generado por la turbina después de ser conducido por la generación de energía se condensa en agua, y luego se envía de vuelta a la línea de agua de proceso para recielarlo, con el fin de mejorar efectivamente la eficiencia de utilización del agua de proceso, y ahorrar recursos hídricos.

Además, en el paso 6), el agua condensada del gas mezclado se envía de nuevo a la línea de agua de proceso para el reciclaje, lo que efectivamente puede mejorar la eficiencia de utilización del agua de proceso, y ahorrar recursos hídricos.

Para lograr los objetivos anteriores, la invención también proporciona un dispositivo para convertir dióxido de carbono del gas de combustión en gas natural usando energía excedente. El dispositivo comprende un dispositivo transformador y rectificador, una celda electrolítica, una turbina, un calentador de dióxido de carbono, un reactor de lecho fijo primaria, un reactor de lecho fijo secundario, un condensador de gas natural, y una línea de agua de proceso. Una salida del dispositivo transformador y rectificador está conectado a una interfaz de energía de la celda electrolítica, una salida de gas-líquido de un cátodo de la celda electrolítica está conectado a una entrada de gas-líquido de un separador de hidrógeno, una salida de líquido del separador hidrógeno está conectado a un puerto de reflujo líquido del cátodo de la celda electrolítica, una salida de H2 del separador de hidrógeno está conectada a una entrada de un enfriador de hidrógeno, tanto la salida del enfriador de hidrógeno y la salida del calentador de dióxido de carbono están conectados a una entrada del reactor principal de lecho fijo, una salida del reactor de lecho fijo primario está conectado a una entrada del reactor de lecho fijo secundario sucesivamente a través de la línea de gas mezclado y sobrecalentado del intercambiador de calor primario, y la salida del reactor de lecho fijo secundario está conectado a la entrada del condensador de gas natural sucesivamente a través del intercambiador de calor secundario y la línea de gas mixto del precalentador. La línea de agua del proceso está conectada a la entrada del medio acuoso del precalentador, la salida del medio acuoso del precalentador está conectada a la entrada de vapor del sobrecalentador a través de una bolsa de vapor, la salida de vapor del sobrecalentador está conectado a la entrada de vapor de la turbina, y la salida eléctrica de la turbina está conectado a la entrada del dispositivo transformador y rectificador.

Preferiblemente, la salida de gas mezclado del intercambiador de calor primario está todavía provisto con una derivación conectada a la entrada del medio de calor de un intercambiador de calor de circulación, la salida del medio de calor del intercambiador de calor de circulación se conecta a la entrada de un compresor de circulación a través de un enfriador de circulación, la salida del compresor de circulación está conectada a la entrada del medio de calor del intercambiador de calor de circulación, y la salida del medio de calor del intercambiador de calor de circulación está conectada a la entrada del reactor de lecho fijo primaria. De esta manera, una parte del gas mezclado de alta temperaj^ura generado a partir de la reacción puede volver a entrar al reactor de lecho fijo primario por medio de auto-circulación, a fin de realizar el precalentamiento del H2 y CO2 frescos, reducir el consumo de energía y asegurar la reacción continua.

Preferiblemente, se proporciona un reactor de lecho fijo intermedio entre el reactor de lecho fijo primario y el reactor de lecho fijo secundario. La entrada del reactor de lecho fijo intermedio está conectado a la salida de gas mezclado del intercambiador de calor primario, y la salida del reactor de lecho fijo intermedio está conectado a la entrada del reactor de lecho fijo secundario a través de un intercambiador de calor intermedio. De esta manera, de hecho, se proporcionan tres etapas de reactores de lecho fijo, a fin de distribuir la velocidad de reacción de metanización de H2 y CO2 etapa por etapa, hasta que la reacción se complete de las materias primas. Al mismo tiempo, la temperatura del reactor de lecho fijo se puede reducir etapa por etapa, a fin de obtener diferentes calidades de vapor de agua (temperatura, presión), y satisfacer las necesidades de la turbina.

Además, la salida de escape de vapor de la turbina está conectada a la línea de agua de proceso a través del condensador de vapor de escape, lo que puede ahorrar los recursos hídricos, y mejorar la tasa de utilización de agua de proceso.

Más aún, la linea de agua de proceso está conectada a la entrada de gas-liquido del separador de hidrógeno. De esta manera, el agua puede ser transportada a la celda electrolítica por el separador de hidrógeno para completar las pérdidas de agua en el proceso de reacción electrolítica y enfriar el calor generado por el proceso de la electrólisis del agua.

Adicionalmente, la salida de agua condensada del condensador de gas natural por encima está conectado a la entrada del medio acuoso del precalentador, a fin de ahorrar los recursos de agua, y mejorar la tasa de utilización de agua de proceso.

La invención tiene las siguientes ventajas: En primer lugar, dióxido de carbono atrapado del gas de combustión industrial se convierte en combustible de metano (es decir, el ingrediente principal del gas natural) conveniente para el almacenamiento y el transporte a través de la reacción de metanización con hidrógeno generado a partir de la electrólisis del agua por la energía excedente derivada de la generación de energía renovable, tal como la energía solar, la energía hidroeléctrica, la energía eólica, etc. de esta manera, el combustible de metano se introduce fácilmente en el sistema de red de tuberías de gas natural existente, y también puede presurizarse como gas natural licuado (GNL) para transportarse por carros tanque, de tal modo que resuelve efectivamente el obstáculo de conexión a red de la energía excedente o el problema de difícil almacenamiento de energía excedente de corto plazo.

En segundo lugar, en el proceso de síntesis de metano usando hidrógeno y dióxido de carbono, se utilizan cantidades enormes de dióxido de carbono de los gases de combustión, con lo cual se logra el objetivo de reducir las emisiones de dióxido de carbono, resolviendo el problema de reducir grandes cantidades de emisiones de dióxido de carbono generadas por los combustibles fósiles, y trayendo grandes beneficios económicos y beneficios sociales.

En tercer lugar, la reacción de metanización de hidrógeno y dióxido de carbono es una reacción exotérmica fuerte, que liberarán grandes cantidades de calor en el proceso, la energía térmica para producir vapor sobrecalentado a alta temperatura para continuar la generación de energía, y luego la energía eléctrica se utiliza para la circulación de la electrólisis del agua, con lo que se mejora en gran medida la eficiencia de conversión de la energía renovable.

En cuarto lugar, sólo el metano y el vapor de agua como combustible gas natural están presentes en el producto final de la reacción de metanización de hidrógeno y dióxido de carbono, y no está disponibles ningún otro subproductos tóxico, que no solamente pueda asegurar la calidad del natural gas, sino también a reducir la contaminación del medio ambiente provocada por los gases de efecto invernadero.

Breve Descripción de las Figuras La figura 1, es un diagrama estructural de un dispositivo para convertir dióxido de carbono de los gases de combustión en gas natural por la energía excedente; y La figura 2, es un diagrama estructural de otro dispositivo para la conversión de dióxido de carbono de los gases de combustión en gas natural mediante la energía excedente.

Descripción Detallada de la Invención El método y dispositivo de la invención se ilustran adicionalmente en detalle a la luz de los dibujos y modalidades específicas de la siguiente manera: Ejemplo 1 Un dispositivo para convertir dióxido de carbono en el gas natural por la energía excedente, como se muestra en la figura 1, comprende un dispositivo transformador y rectificador 1, una celda electrolítica 2, una turbina 4, un calentador de dióxido de carbono 21, un reactor de lecho fijo primario 13, un reactor de lecho fijo secundario 11, un condensador de gas natural 8 y una línea de agua de proceso 3 La salida del transformador y rectificador dispositivo 1 está conectado a la interfaz de alimentación de la celda electrolítica 2. La salida de gas-líquido del ánodo de la celda electrolítica 2 está conectada a la entrada de gas-líquido del separador de oxígeno 20, salida del líquidos del separador de oxígeno 20 está conectado al puerto de reflujo líquido del ánodo de la celda electrolítica 2, La salida de 02 del separador de oxigeno 20 está conectado a la entrada del enfriador de oxigeno 19, y la salida del enfriador de oxigeno 19 está conectado a un carro tanque presurizado o un dispositivo de llenado de 02 (no mostrado en la figura) para otro uso industrial. La salida de gas-liquido del cátodo de la celda electrolítica 2 se conecta a la entrada de gas-líquido del separador de hidrógeno 18, y la entrada de gas-líquido del separador de hidrógeno 18 también está conectado a la línea de agua de proceso 3 para complementar pérdidas de agua. La salida de líquido del separador de hidrógeno 18 está conectada al puerto de reflujo líquido del cátodo de la celda electrolítica 2, la salida de H2 del separador de hidrógeno 18 está conectada a la entrada del enfriador de hidrógeno 17, salida del enfriador de hidrógeno 17 está conectada a la salida del calentador de dióxido de carbono 21, y también está conectada a la entrada del reactor de lecho fijo primario 13, para el transporte de H2 y CO2 frescos al reactor de lecho fijo primario 13.

La salida del reactor de lecho fijo primario 13 está conectada a la entrada del reactor de lecho fijo secundario 11 sucesivamente a través de un sobrecalentador 6 y una línea de gas mezclado del intercambiador de calor primario 7, la salida de gas mezclado del intercambiador de calor primario 7 esta todavía provista de una derivación conectada a la entrada del medio de calor de un intercambiador de calor de circulación 16, la salida del medio de calor del intercambiador de calor de circulación 16 está conectada a la entrada de un compresor de circulación 14 a través de un enfriador de circulación 15, la salida del compresor circulación 14 está conectado a la entrada del medio de calor del intercambiador de calor de circulación 16, y la salida del medio de calor del intercambiador de calor de circulación 16 está conectada a la entrada del reactor de lecho fijo primario 13.

La salida del reactor de lecho fijo secundario 11 está conectada sucesivamente a la entrada del condensador de gas natural 8 a través de un intercambiador de calor secundario 10 y una linea de gas mezclado de un precalentador 9. La linea de agua de proceso 3 se conecta a la entrada del medio acuoso del precalentador 9, la salida del medio acuoso del precalentador 9 está conectado a la entrada de vapor del sobrecalentador 6 a través de una bolsa de vapor 12, la salida de vapor del sobrecalentador 6 está conectada a la entrada de vapor de la turbina 4, y la salida de escape de vapor, y la turbina 4 está conectada a la linea de agua de proceso 3 a través de un condensador de vapor de escape 5, y la salida eléctrica de la turbina 4 está conectada a la entrada del dispositivo transformador y rectificador 1 para proporcionar energía eléctrica para la electrólisis del agua. Además, la salida de agua condensada del condensador de gas natural 8 también puede estar conectada a la entrada del medio acuoso del precalentador 9 (no mostrado en la figura) para enviar el agua condensada de nuevo al sistema para recielaje.

El flujo de proceso del dispositivo para la conversión de dióxido de carbono en los gases de combustión en gas natural mediante energía excedente es como sigue: La energía excedente derivada de la generación de energía renovable, como la energía solar, la energía hidroeléctrica o la energía eólica, etc., se convierte a la corriente requerida a través del dispositivo transformador y rectificador 1 para proporcionar la alimentación de energía de trabajo para la celda electrolítica 2. Se emplea una solución de hidróxido de potasio con una densidad de 1.2 a 1.4 kg/m3 como la solución de electrolítica dentro de la celda electrolítica 2, y la temperatura de reacción se controla a 90 + 2 °C. Aquí, el ánodo y el cátodo de la celda electrolítica 2, respectivamente, generan 02 y H2, que tiene la solución electrolítica. A la solución electrolítica se le elimina el 02 generado en el mismo con un separador de oxígeno 20, y se envía de vuelta a la celda electrolítica 2 para participar posteriormente en la reacción. Posteriormente, el 02 se enfría en un enfriador de oxígeno de 19 a 45 °C o menos para la eliminación de agua, y después se suministra a un carro tanque presurizado o a un dispositivo de llenado para uso industrial. Se elimina de la solución electrolítica el H2 generado en la misma con un separador de hidrógeno 18, y se envía de nuevo a la celda electrolítica 2 para participar posteriormente en la reacción. Posteriormente, el H2 se enfría en un enfriador de hidrógeno 17 a 45 °C o menos para la eliminación de agua, y luego entra en la reacción en la etapa siguiente. El agua que se pierde durante electrólisis se introduce en el separador de hidrógeno 18 a través de la línea de agua de proceso 3, y después se suministra a la celda electrolítica 2, y también se utilizan para enfriar el calor generado en el proceso de la electrólisis del agua.

Mientras tanto, el CO2 atrapado del gas de combustión se purifica, se introduce en el calentador de dióxido de carbono 21, se calienta y se mezcla con H2 purificado a través de la eliminación de agua a una relación en volumen de H2:C02=4:1 en el gas fresco, que es transportado al reactor de lecho fijo primario 13 para la reacción exotérmica fuerte (metanización). A fin de controlar el calor de reacción de la metanización de H2 y C02, se puede adicionar cierta cantidad de CH4 al calentador de C0221, generalmente a una relación en volumen de H :C02:CH4=4:1:0.5. La adición de CH4 se puede detener después de que la reacción es estable. El reactor de lecho fijo primario 13 se mantiene a la temperatura de entrada de 250-300°C, presión de reacción de 3-4 MPa, y temperatura de salida de 600-700°C. En presencia de un catalizador a base de níquel, la mayoría del H2 reacciona con C02 para generar el gas mezclado alta temperatura de CH4 y vapor de agua. El gas mezclado de alta temperatura se enfría a 250-300°C sucesivamente a través del sobrecalentador 6 y el intercambiador de calor primario 7, y luego se divide en dos partes. En donde, una parte del gas mezclado de alta temperatura entra en un refrigerador de circulación 15 a través de la línea del medio de calor del intercambiador de calor de circulación 16, se enfría a 30-40°C, después del intercambio de calor, se presuriza a 3-4 MPa y se calienta a 180-200°C con un compresor de circulación 14, finalmente se calienta adicionalmente hasta 250-300°C a través de la línea del medio de calor del intercambiador de calor de circulación 16, y se mezcla con H2 y C02 fresco en una proporción tal que el contenido en volumen de C02 en el gas mezclado es 6-8%. El gas mezclado se transporta al reactor de lecho fijo primario 13, y el ciclo se repite. El precalentamiento de H2 y CO2 fresco en la circulación de arriba puede reducir en gran medida el consumo de energía y controlar la temperatura de salida del reactor de lecho fijo primario 13. Otra parte del gas mezclado a alta temperatura se introduce en el reactor de lecho fijo secundario 11, que se mantiene en a la temperatura de entrada de 250-300° C, una presión de reacción de 3-4 MPa, y una temperatura de salida de 350-500°C, de modo que el H2 y C02 sin reaccionar en el mismo continúan hasta completar la reacción exotérmica fuerte (metanización), hasta la reacción completa de todas materias primas.

El gas mezclado a alta temperatura de CH4 y vapor de agua del reactor de lecho fijo secundario 11 se enfría sucesivamente a través de un intercambiador de calor secundario 10 y un precalentador 9, se enfría adicionalmente a través de un condensador de gas natural 8, donde el gas CH4 se enfría a 45-50°C, y fluye hacia fuera de la salida de gas del condensador de gas natural 8. El CH4 con la pureza de más del 94% se presuriza a SNG/LNG (gas natural/ gas natural licuado), y se transporta a través de tuberías a la red de tuberías existente/carro tanque para almacenamiento y uso; mientras que el agua condensada fluye hacia fuera de la salida de agua condensada del condensador de gas natural 8, y se transporta a la entrada del medio acuoso del precalentador 9 para su reciclado.

En el proceso anterior de reacción exotérmica fuerte de metanización, el agua de proceso se introduce en el precalentador 9 a través de la linea de agua de proceso 3, y se calienta hasta agua sobrecalentada a través del intercambiador de calor en el mismo. EL agua sobrecalentada se transporta a una bolsa de vapor 12 a través de la tubería para evaporación en vapor de agua en el mismo. El vapor de agua se transporta al sobrecalentador 6 a través de la tubería para convertirlo en vapor de agua sobrecalentado a una presión dada por el calentamiento adicional. El vapor sobrecalentado entra en la turbina4 a través de la tubería, el vapor de agua sobrecalentado a alta velocidad acciona las palas de la turbina 4 haciéndolas girar para la generación de energía, la energía generada vuelve al dispositivo transformador y rectificador 1 para la transformación de voltage, rectificación, y posterior utilización para la electrólisis del agua, a fin de hacer pleno uso del calor residual en la reacción exotérmica fuerte de metanización. El vapor de escape generado después de la turbina es conducido para la generación de energía, se transporta a un condensador de vapor de escape 5, y se condensa a agua, gue se envía de vuelta a la línea de agua de proceso 3 para su recielado.

Ejemplo 2 Otro dispositivo para la conversión de dióxido de carbono en gas natural por la energía excedente, como se muestra en la figura 2, tiene básicamente la misma estructura y el flujo de proceso gue el Ejemplo 1, excepto gue se proporciona un reactor de lecho fijo intermedio 22 entre el reactor de lecho fijo primario 13 y el reactor de lecho fijo secundario 11. La entrada del reactor de lecho fijo intermedio 22 está conectada a la salida de gas mezclado del intercambiador de calor primario 7, y la salida del reactor de lecho fijo intermedio 22 está conectada a la entrada del reactor de lecho fijo secundario 11, a través de un intercambiador de calor intermedio 23. De esta manera, se proporcionan tres etapas de reactores de lecho fijo, para distribuir la velocidad de reacción de metanización de ¾ y CO2 en tres etapas, y asegurar la reacción completa de las materias primas. Al mismo tiempo, la temperatura de entrada y salida de las tres etapas de reactores de lecho fijo, puede reducirse sucesivamente, a fin de obtener una calidad correspondiente de vapor (temperatura, presión), y satisfacer las necesidades de la turbina 4.

Claims (14)

REIVINDICACIONES 1.- Un método para convertir dióxido de carbono de los gases de combustión en gas natural usando energía excedente, comprendiendo el método:

1) transformar y rectificar un voltaje de energía excedente que se genera a partir de plantas de energía renovable que es difícil de almacenarse o conectarse a la red, introduciendo de la energía excedente en una solución de electrolitos para electrolizar agua de la misma en H2 y 02, y secar el H2;

2) purificación el gas de combustión industrial para separar CO2 del mismo y purificar el C02 atrapado del mismo;

3) transportar el H2generado del paso 1) y el C02 del paso 2) a un equipo de síntesis que comprende al menos dos reactores de lecho fijo, lo que permite que ocurra una reacción de metanización entre el H2 y el C02 para producir gas mezclado de alta temperatura con ingredientes principales de CH4 y vapor de agua;

4) emplear el gas mezclado a alta temperatura generado en el paso 3) para llevar a cabo un intercambio de calor indirecto con agua de proceso para producir vapor de agua sobrecalentado;

5) entregar el vapor de agua sobrecalentado generado en el paso 4) a una turbina para generar energía eléctrica, y volver la energía eléctrica al paso 1) para la transformación del voltaje, rectificación y la electrólisis del agua; y

6) condensar y secar el gas mezclado en el paso 4) enfriado a través de intercambio de calor, hasta que se obtiene el gas natural con un contenido de CH4 hasta el estándar. 2.- El método de la reivindicación 1, caracterizado porque en el paso 1), la energía renovable se selecciona a partir de energía solar, energía hidroeléctrica, energía eólica, o una combinación de las mismas. 3.- El método de la reivindicación 1, caracterizado porque en el paso 1), la solución electrolítica es una solución de hidróxido de potasio con una densidad de 1.2-1.4 kg/m3, y la temperatura de reacción de la solución de electrolítica se controla a 90 ± 2°C. 4.- El método de las reivindicaciones 1, 2, o 3, caracterizado porque en el paso 3), los reactores de lecho fijo tienen una temperatura de entrada de 250-300°C, una presión de reacción de 3-4 MPa, y una temperatura de salida de 350-700°C. 5.- El método de las reivindicaciones 1, 2, o 3, caracterizado porque en el paso 3), parte del gas mezclado a alta temperatura de un reactor de lecho fijo primario se deriva para enfriamiento, eliminación de agua, presurización y calefacción, y luego es mezclado con ¾ y CO2 fresco, de modo que el gas mezclado se transporta de nuevo al reactor de lecho fijo primario hasta que el contenido en volumen de C02 en el mismo es de 6-8%. 6.- El método de las reivindicaciones 1, 2, o 3, caracterizado porque en el paso 4), el agua de proceso se calienta primero para producir agua sobrecalentada, que después se convierte en vapor de agua, y finalmente el vapor de agua se convierte en vapor de agua sobrecalentado. 7.- El método de las reivindicaciones 1, 2, o 3, caracterizado porque en el paso 5), el vapor de escape generado por una turbina después de haber sido conducido para la generación de energía se condensa a agua, y luego se envía de vuelta a la línea de agua de proceso para recielaje. 8.- El método de las reivindicaciones 1, 2, o 3, caracterizado porque en el paso 6), el agua condensada del gas mezclado se envía de vuelta a la línea de agua de proceso para el reciclaje. 9.- Un dispositivo para convertir el dióxido de carbono de los gases de combustión en gas natural usando energía excedente, que comprende un dispositivo transformador y rectificador (1), una celda electrolítica (2), una turbina (4), un calentador de dióxido de carbono (21), una reactor de lecho fijo primario (13), un reactor de lecho fijo secundario (11), un condensador de gas natural (8), y una línea de agua de proceso (3), en el que: una salida del dispositivo transformador y rectificador (1) está conectada a una interfaz de potencia de la celda electrolítica (2), una salida de gas-líquido de un cátodo de la celda electrolítica (2) está conectada a una entrada de gas-líquido de un separador de hidrógeno (18), una salida de líquido del separador de hidrógeno (18) está conectada a un puerto de reflujo de líquido del cátodo de la celda electrolítica (2), una salida de H2 del separador de hidrógeno (18) está conectado a una entrada del enfriador de hidrógeno (1

7), tanto una salida del enfriador de hidrógeno (17) como una salida del calentador de dióxido de carbono (21) están conectados a una entrada del reactor de lecho fijo primario (13); una salida del reactor de lecho fijo primario (13) está conectada a una entrada del reactor de lecho fijo secundario sucesivamente a través de un sobrecalentador (6) y una linea de gas mezclado de un intercambiador de calor primario (7), y una salida del reactor de lecho fijo secundario (11) está conectada a una entrada del condensador de gas natural (

8) sucesivamente a través de un intercambiador de calor secundario (10) y una linea de gas mezclado del precalentador (

9); y la linea de agua de proceso (3) está conectada a una entrada del medio acuoso del precalentador (9), una salida del medio acuoso del precalentador (9) está conectada a una entrada de vapor del sobrecalentador (6) a través de una bolsa da vapor, una salida de vapor del sobrecalentador (6) está conectada a una entrada de vapor de la turbina (4), y una salida eléctrica de la turbina (4) está conectada a una entrada del dispositivo transformador y rectificador (1).

10.- El dispositivo de la reivindicación 9, caracterizado porque la salida de gas mezclado del intercambiador de calor primario (7) está provista con una derivación conectada a una entrada del medio de calor de un intercambiador de calor de circulación (16), una salida del medio de calor del intercambiador de calor de circulación está conectada una entrada de un compresor de circulación (14) a través de un enfriador de circulación (15), una salida del compresor de circulación (14) está conectada a una entrada del medio de calor del intercambiador de calor de circulación (16) y una salida del medio de calor del intercambiador de calor de circulación (16) está conectada a la entrada del reactor de lecho fijo primario (13). 11.- El dispositivo de las reivindicaciones 9 o 10, caracterizado porque está provisto un reactor de lecho fijo intermedio (22) entre el reactor de lecho fijo primario (13) y el reactor de lecho fijo secundario (

ll);una entrada del reactor de lecho fijo intermedio (22) está conectada a una salida de gas mezclado del intercambiador de calor primario (7), y una salida del reactor de lecho fijo intermedio (22) está conectada a la entrada del reactor de lecho fijo secundario (11) a través de un intercambiador de calor intermedio (23).

12.- El dispositivo de las reivindicaciones 9 o 10, caracterizado porque una salida del vapor de escape de la turbina 4 está conectada a la linea de agua de proceso (3) a través de un condensador de vapor de escape (5).

13.- El dispositivo de las reivindicaciones 9 o 10, caracterizado porque la linea de agua de proceso (3) está conectada a un entrada gas/liquido de un separador de hidrógeno (18).

14.- El dispositivo de las reivindicaciones 9 o 10, caracterizado porque una salida de agua condensada del condensador de gas natural (8) está conectada a una entrada del medio acuoso del precalentador (9).