MX2012005713A

MX2012005713A - Uso termico y quimico de materiales carbonosos, en particular para la generacion de energia libre de emisiones.

Info

Publication number: MX2012005713A
Application number: MX2012005713A
Authority: MX
Inventors: Mikael Ruedlinger
Original assignee: Rv Lizenz Ag
Priority date: 2009-11-20
Filing date: 2010-11-19
Publication date: 2012-10-10
Also published as: EA024594B9; EP2501786B1; TWI522454B; US20210032553A1; ZA201204529B; CO6541590A2; AP3292A; TW201124519A; HUE047176T2; IL219746A0; JP5791054B2; IL219746A; CN102762697B; HN2012001100A; US20120238645A1; AU2010320871B2; NZ600722A; SMT201900616T1; EP3594313A1; JP2013511585A

Abstract

En un proceso de acuerdo con la invención para la generación de energía y/o hidrocarburos y otros productos mediante el uso de materiales carbonosos en una primera etapa de proceso (P1) se suministran los materiales carbonosos y se obtienen pirolizados, formándose coque de pirólisis (M21) y gas de pirólisis (M22). En una segunda etapa de proceso (P2), el coque de pirólisis (M21) procedente de la primera etapa de proceso (P1) se gasifica, formándose gas de síntesis (M24) y se eliminan escoria y otros residuos (M91, M92, M93, M94). En una tercera etapa de proceso (P3), el gas de síntesis (M24) procedente de la segunda etapa de proceso (P2) se convierte en hidrocarburos y/u otros productos sólidos, líquidos y/o gaseosos (M60) que se descargan. Las tres etapas del proceso (P1, P2, P3) forman un ciclo cerrado. El gas excedente (M25) procedente de la tercera etapa de proceso (P3) se pasa como gas de reciclado a la primera etapa de proceso (P1) y/o a la segunda etapa de proceso (P2) y el gas de pirólisis (M22) procedente de la primera etapa de proceso (P1) se pasa a la segunda etapa de proceso (P2) y/o a la tercera etapa de proceso (P3).

Description

USO TÉRMICO Y QUÍMICO DE MATERIALES CARBONOSOS, EN PARTICULAR PARA LA GENERACIÓN DE ENERGÍA LIBRE DE EMISIONES i CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a procesos e infraestructuras para la generación de energía libre de emisiones mediante el procesamiento termoquímico y el uso de materiales carbonosos sólidos, líquidos y gaseosos y sus mezclas, en particular de residuos, : biomasa, carbón y otros materiales heterogéneos. Adicionalmente la invención se refiere a infraestructuras para la generación de energía eléctrica y mecánica, y los procesos correspondientes, así como la fabricación de hidrocarburos sintéticos y su uso en tales infraestructuras.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Es conocido desde algún tiempo que las emisiones, particularmente las emisiones de dióxido de ¡ carbono, tienen efectos muy adversos en el equilibrio climático de la Tierra y contribuyen grandemente al calentamiento climático debido al hombre. Es por lo tanto altamente deseable evitar las emisiones de dióxido de carbono, en particular en la generación de energía a partir de materiales carbonosos, tales como residuos, biomasa y combustibles fósiles.

Cuando se usan: los materiales carbonosos como combustibles en instalaciones de plantas de generación convencionales, el dióxido de carbono es un subproducto inevitable de la generación de energía. Generalmente no es posible la separación del dióxido de carbono de los gases de escape resultantes de la combustión con un gasto energético y/o económico razonable.

A escala industrial, se han ensayado sistemas en los que se captura el dióxido de carbono, por ejemplo en disolventes basados en amina y se almacena en forma comprimida. Sin embargo, tales sistemas son caros y complicados.

Las fuentes de energía sin emisiones de dióxido de carbono tales como, por ejemplo, la energía solar, la energía eólica, la energía hidráulica y la energía nuclear tienen otros problemas. Las instalaciones recientes para el uso de fuentes de energía alternativas tales como la energía eólica, energía solar y biomasa tienen capacidades insuficientes para cubrir las demandas de energía en continuo crecimiento. Además, las fuentes de energía dependientes del tiempo atmosférico frecuentemente no pueden asegurar incondicionalmente las capacidades de producción necesarias. Las instalaciones de generación de energía de una baja emisión, eficientes, flexibles y fácilmente escalables, en particular de energía eléctrica, son por lo tanto un objeto de una actividad de investigación intensiva.

De la técnica anterior, son conocidos varios tipos de procesos e instalaciones en los que se pueden producir mezclas de gases a partir de materiales carbonosos sólidos, líquidos y gaseosos, que se usan a continuación como los denominados gases sintéticos para síntesis químicas. Los gases sintéticos contienen monóxido de carbono e hidrógeno y se usan, por ejemplo, para la síntesis de metanol en fase líquida industrial o para la síntesis de Fischer-Tropsch para la producción de hidrocarburos y otros materiales orgánicos. Alternativamente, tales gases de síntesis se usan también para la generación de energía, por ejemplo como un combustible para el funcionamiento de motores térmicos.

Para la producción de gases de síntesis de monóxido de carbono - hidrógeno a partir de carbono sólido, el carbono sólido se gasifica usando oxígeno, dióxido de carbono o agua para formar el gas de síntesis: C(s) + C02 ¾ 2 CO (?? + 131 ,3 kJ/mol) (I) C(s) + H20 ¾ CO + H2 (?? + 172,5 kJ/mol) (II) 2 C(s) + 02 ¾ 2 CO (?? - 110,5 kJ/mol) (III) La relación entre monóxido de carbono e hidrógeno viene dada por lo que se denomina como la reacción de cambio del gas de agua IV: CO + H20 ¾ C02 + H2 (?? - 41 ,2 kJ/mol) (IV) La energía térmica requerida para la producción de las reacciones endotérmicas I y II se puede originar, por ejemplo, a partir de la combustión parcial del carbón sólido en la reacción III, o se puede suministrar externamente.

En un tipo de proceso conocido para la producción de gas de síntesis o combustible gaseoso correspondiente, el carbón sólido para las reacciones de gasificación está presente en la forma de coque. Éste a su vez se genera en una etapa del proceso precedente mediante pirólisis del carbón u otros materiales carbonosos. Los gases de la pirólisis formados durante la pirólisis se queman, por lo que los gases de combustión que contienen dióxido de carbono caliente sirven en primer lugar como un agente de gasificación para el coque y también como un suministrador de energía térmica externa.

En otro tipo de proceso, el coque se gasifica con la adición de aire/oxígeno, por lo que la energía térmica se genera principalmente mediante la combustión parcial del carbón del coque. El gas de la pirólisis de la etapa de pirólisis precedente se mezcla a continuación en una síntesis de gas caliente en donde se craquea y se forma una mezcla de gas combustible libre de alquitrán.

Los procesos conocidos para la producción de gas de síntesis se dirigen y optimizan hacia la producción de gas de síntesis para la industria química a partir del carbón fósil barato, por ejemplo para la producción de propulsores líquidos y otros productos finales de alto valor. En estos procesos parte de la materia prima se quema para la generación de energía y de esa forma, en la producción de productos finales de alto valor, se producen grandes cantidades de dióxido de carbono que ya no puede usarse. Debido al calentamiento climático producido por el hombre, ahora tales procesos ineficientes se están convirtiendo en cada vez menos aceptables.

Otros procesos se dirigen principalmente a la producción de combustible gaseoso más fácilmente manejable, a partir de materiales carbonosos sólidos tales como, por ejemplo, carbón fósil, biomasa o mezclas heterogéneas tales como, por ejemplo, residuos de combustible. Con este combustible, por ejemplo, se pueden hacer funcionar turbinas de gas. Tales procesos se desvelan, por ejemplo, en los documentos DE 102007041624 A1 y DE 2325204 A1. Sin embargo, también en estos procesos parte de la energía química almacenada en la materia prima sólida se consume en la conversión, tanto en la producción de coque como en la producción de gas y se descarga el dióxido de carbono correspondiente.

Una desventaja de los procesos conocidos es la generación de emisiones, la baja eficiencia y la estructura y el funcionamiento complicados, particularmente en instalaciones en las que se gasifica el coque en una corriente fluidificada o flujo de arrastre.

De la misma manera, son conocidos varios procesos con los que se pueden producir propulsores líquidos a partir de biomasa. En el artículo de G. W. Huber et ál., "Synthesis of Transportation Fuels from Biomass: Chemistry, Catalysts, and Engineeríng", Chem. Rev. 106 (2006), pág. 4044, se proporciona una revisión de diversos enfoques. En un cierto tipo básico de estos procesos, la biomasa se gasifica y a partir de la mezcla de gases resultante se sintetizan a continuación hidrocarburos gaseosos y/o líquidos y/u otros componentes carbonosos que sirven como propulsores o combustibles.

Uno de tales procesos para la producción de propulsor sintético a partir de biomasa se describe en "Process for Producing the Synthetic Biofuel SunDiesef [traducción al inglés del título alemán "Veríahren zur Herstellung des synthetischen Biokrañstoffs SunDieser], B. Hoffmann, Aufbereitungstechnik, 49(1-2) (2008), pág. 6. En este proceso, que se denomina "Carbo-V", se piroliza una biomasa desigual (material de planta fragmentado) con aire en una primera etapa a baja presión (4 bar) a 400-500 °C, en el que esta etapa se considera como una etapa de pretratamiento térmico. Esto produce gas de pirólisis y coque de pirólisis. Una instalación correspondiente se desvela por ejemplo en el documento DE 19807988 A1. El gas de pirólisis se oxida posteriormente con aire precalentado u oxígeno a elevada temperatura (1400-1500 °C) para romper las largas cadenas de hidrocarburos. Aparte de esto, el coque de pirólisis se pulveriza y sopla como polvo dentro de la corriente de gas de la segunda etapa de proceso en la que el polvo de coque se gasifica endotérmicamente para sintetizar gas en un flujo de arrastre. Un proceso correspondiente se desvela en el documento EP 1749872 A2. Después de un tratamiento, se produce un propulsor análogo al diesel a partir del gas de síntesis resultante, en una síntesis de Fischer-Tropsch de etapa múltiple. Los gases de salida resultantes que incluyen el dióxido de carbono producido en la pirólisis y la etapa de gasificación se liberan a la atmósfera.

Para aumentar la eficiencia de la relación de Fischer-Tropsch, los gases residuales y los productos gaseosos de la síntesis de Fischer-Tropsch que contienen hidrógeno y monóxido de carbono sin reaccionar y también compuestos de hidrocarburo C1-C4, se pueden pasar de nuevo a través de la etapa de Fischer-Tropsch mediante su recirculación a la etapa de gasificación (cf. H. Boerrigter, R. Zwart, "High efficiency co-production of Fischer-Tropsch (FT) transportation fuels and substitute natural gas (SNG) from biomass", centro de la investigación de la energía de Holanda ECN Report, ECN-C-04-001 , febrero de 2004). Así, por ejemplo el documento US 2005/0250862 A1 muestra un proceso para la producción de propulsores líquidos a partir de biomasa en el que los gases de bajo peso molecular y fracciones de peso molecular más alto no deseadas se vuelven a pasar a la etapa de gasificación, aguas abajo de la síntesis de Fischer-Tropsch.

Sin embargo, en todos estos procesos, los gases de escape que consisten principalmente en dióxido de carbono y también, si es aplicable, en gases inertes tales como el nitrógeno atmosférico, se liberan a la atmósfera.

Los documentos DE 2807326 y US 4092825 describen instalaciones de plantas de generación en las que se produce gas de síntesis a partir de carbón, gas de síntesis que se usa a continuación como un gas combustible para la generación de vapor. Por medio de una turbina de vapor, se produce energía eléctrica a partir del vapor. Parte del gas de síntesis se deriva y usa para la producción de metanol o hidrocarburos líquidos. Estos combustibles líquidos se almacenan temporalmente y se usan según se requiera para la generación de energía eléctrica. Los gases de escape de la combustión resultantes se liberan a la atmósfera.

La divulgación de los documentos de la técnica anterior citados en esta solicitud forma un componente integral de la descripción siguiente de la invención. OBJETIVO DE LA INVENCIÓN Es el objetivo de la invención proporcionar procesos e infraestructuras para la generación de energía libre de emisiones mediante el procesamiento termoquímico y uso de materiales carbonosos sólidos, líquidos y gaseosos y sus mezclas, en particular de residuos, biomasa, carbón y otros materiales heterogéneos, procesos e instalaciones que no tengan las desventajas anteriormente mencionadas y otras desventajas. Particularmente los procesos e infraestructuras de acuerdo con la invención deberían ser tan libres de emisiones como sea posible.

Otro objetivo de la invención es proporcionar procesos e infraestructuras por medio de los que se puedan convertir residuos, biomasa o carbón con un suministro de energía tan pequeño como sea posible y libre de emisiones, en otros productos ricos en energía, por ejemplo productos que contengan hidrocarburos sintéticos.

Uno o más objetivos de la invención es proporcionar procesos e infraestructuras por medio de los que materiales que son difíciles de usar, tales como por ejemplo pizarras bituminosas, arenas petrolíferas o lodos de combustible, se puedan convertir de una forma libre de emisiones en productos ricos en energía y más útiles o se puedan usar para la generación de energía libre de emisiones, respectivamente.

Un objetivo adicional de la invención es proporcionar procesos e infraestructuras con los que los materiales sólidos, líquidos o gaseosos se puedan convertir de modo eficiente en fuentes gaseosas o líquidas de energía.

Otro objetivo de la invención es proporcionar procesos e instalaciones por medio de los que se puedan generar combustibles y propulsores sólidos, líquidos y gaseosos libres de emisiones.

Otro objetivo más de la invención es optimizar la eficiencia energética de dichos procesos e infraestructuras, evitando las pérdidas químicas y/o energéticas debidas a emisiones y mediante la conversión de los materiales no emitidos recogidos en fuentes de energía adicionales de alto grado, tales como por ejemplo combustibles y propulsores.

Una infraestructura para la generación de energía de acuerdo con la invención debería, en particular, permitir el suministro de energía eléctrica y/o energía mecánica y/o energía térmica, de modo eficiente y de acuerdo con la demanda en una amplia banda de producción.

Ventajosamente, tal infraestructura de acuerdo con la invención para la generación de energía libre de emisiones debería ser capaz de almacenar parte de la energía generada y en el caso de un incremento en la demanda de producción debería ser capaz de liberar de nuevo esta energía almacenada como energía química y/o energía eléctrica y/o energía mecánica y/o energía térmica.

Una infraestructura para la generación de energía libre de emisiones debería ventajosamente ser capaz de usar un amplio intervalo de materiales carbonosos sólidos, líquidos y/o gaseosos y sus mezclas para la generación de energía, en particular residuos, biomasa, carbón y otros materiales heterogéneos.

Un objetivo adicional de la invención es proporcionar una infraestructura para la generación de energía libre de emisiones que sea independiente de las condiciones externas tales como la presión, temperatura, humedad u otros parámetros externos. Por ejemplo, en localizaciones relativamente elevadas, la baja presión ambiental tiene efectos adversos en la producción de energía de las instalaciones de generación convencionales. Éstos y otros objetivos se consiguen mediante procesos e infraestructuras de acuerdo con la invención como se describe en las reivindicaciones independientes. Se proporcionan realizaciones ventajosas adicionales en las reivindicaciones dependientes.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN En un proceso de acuerdo con la invención para la generación de energía libre de emisiones y/o hidrocarburos y otros productos mediante el uso de materiales carbonosos, en una primera etapa de proceso se suministran los materiales carbonosos y pirolizan, formándose coque de pirólisis y gas de pirólisis. En una segunda etapa de proceso, el coque de pirólisis de la primera etapa de proceso se gasifica, por lo que se forma gas de síntesis y se eliminan escorias y otros residuos. En una tercera etapa de proceso, el gas de síntesis de la segunda etapa de proceso se convierte en hidrocarburos y/u otros productos sólidos, líquidos y/o gaseosos, que se descargan. Las tres etapas del proceso forman un ciclo cerrado. El gas excedente de la tercera etapa de proceso se pasa como gas de reciclado a la primera etapa de proceso y/o la segunda etapa de proceso y el gas de pirólisis de la primera etapa de proceso se pasa a la segunda etapa de proceso y/o a la tercera etapa de proceso.

En una variante ventajosa de este proceso, se suministra hidrógeno, preferentemente en la tercera etapa de proceso, y/o se suministra dióxido de carbono, preferentemente en la primera etapa de proceso la segunda etapa de proceso.

El proceso se puede realizar bajo presión en todas las tres etapas del proceso. El gas de pirólisis de la primera etapa de proceso se puede pasar a la segunda etapa de proceso y/o a la tercera etapa de proceso. El gas de síntesis de la segunda etapa de proceso puede a su vez pasarse a la tercera etapa de proceso y/o la primera etapa de proceso.

Ventajosamente, la corriente de gas dentro del ciclo prosigue en una dirección definida. La corriente de gas puede por ejemplo fluir dentro del ciclo desde la primera etapa de proceso a través de la segunda etapa de proceso a la tercera etapa de proceso y de vuelta a la primera etapa de proceso o desde la primera etapa de proceso a través de la tercera etapa de proceso a la segunda etapa de proceso y de vuelta de nuevo a la primera etapa de proceso.

De modo particularmente ventajoso, hay una caída de presión a lo largo del ciclo. Esto permite a la corriente de gas ser transportada a lo largo del ciclo sin un sistema de transporte adicional, con excepción de un compresor para la generación de la caída de presión.

La primera etapa de proceso del proceso de uso se puede realizar en uno o más reactores a presión.

La energía térmica para las reacciones de pirólisis en la primera etapa de proceso se puede proporcionar en parte o completamente mediante el retorno de una parte del gas de síntesis caliente desde la segunda etapa de proceso a la primera etapa de proceso y/o mediante la oxidación parcial de la materia prima carbonosa y el coque de pirólisis resultante.

Ventajosamente, la primera etapa de proceso se realiza a una temperatura entre 300 y 800 °C, preferentemente entre 400 y 700 °C y de modo particularmente preferente entre 500 y 600 °C.

La segunda etapa de proceso de uso se puede de la misma manera realizar en uno o más segundos reactores a presión. Para la reacción de gasificación en la segunda etapa de proceso, se puede usar como agente de gasificación oxígeno y/o vapor y/o dióxido de carbono.

El coque de pirólisis se puede gasificar completamente o sólo en parte. En este último caso, el coque sin procesar se puede descargar junto con la escoria resultante.

La energía térmica requerida para la reacción de gasificación en la segunda etapa de proceso se puede suministrar en parte o completamente desde el exterior, por ejemplo mediante dispositivos de calentamiento y/o intercambiadores de calor y/o se puede generar mediante la oxidación de una parte del coque de pirólisis con un agente oxidante, en particular oxígeno.

Ventajosamente, la segunda etapa de proceso del proceso de uso de acuerdo con la invención se realiza a una temperatura entre 600 y 1600 °C, preferentemente entre 700 y 1400 °C, y de modo particularmente preferente entre 850 y 1000 °C.

En una variante preferida la temperatura en la segunda etapa de proceso es 850 °C o superior, en la que el coque de pirólisis y los gases de pirólisis permanecen en la segunda etapa de proceso durante al menos 2 segundos. De esta forma, se cumplen las disposiciones que son aplicables en muchos países para el tratamiento de materiales contaminados y residuos.

Ventajosamente, la primera etapa de proceso y/o la segunda etapa de proceso de los procesos de uso de acuerdo con la invención se realizan a una presión entre 100 y 6000 kPa, preferentemente entre 500 y 2500 kPa y de modo particularmente preferente entre 1000 y 1500 kPa.

En otra variante ventajosa del proceso de uso de acuerdo con la invención, la primera etapa de proceso y la segunda etapa de proceso se realizan en el mismo reactor a presión.

La tercera etapa de proceso del proceso de uso se realiza de modo ventajoso en uno o más reactores a presión. La conversión en la tercera etapa de proceso prosigue preferentemente usando una síntesis de Fischer-Tropsch o una síntesis de metanol en fase líquida.

En una variante particularmente ventajosa del proceso de acuerdo con la invención, se genera energía eléctrica y/o mecánica mediante la oxidación de hidrocarburos y otros productos sólidos, líquidos y/o gaseosos de la tercera etapa de proceso hasta un gas de oxidación que consiste esencialmente en dióxido de carbono y agua. Ventajosamente se usa oxígeno puro como agente oxidante. A partir de los gases de oxidación, se puede condensar y/o separar el agua.

En una variante ventajosa de dicho proceso de acuerdo con la invención, al menos una parte de los gases de oxidación del dispositivo de accionamiento se realimentan de vuelta a la primera etapa de proceso y/o a la segunda etapa de proceso y/o a la tercera etapa de proceso del proceso.

En una variante particularmente ventajosa de un proceso de acuerdo con la invención, se refrigera el gas de síntesis en un intercambiador de calor, en el que se forma vapor sobrecalentado y/u otro gas caliente, a partir del que se genera energía eléctrica y/o mecánica usando un motor térmico, preferentemente una turbina de vapor.

Una infraestructura de acuerdo con la invención para la generación de energía y/o hidrocarburos libre de emisiones y otros productos mediante el uso de materiales carbonosos comprende una instalación de uso que contiene una unidad de uso con una primera subunidad para la realización de una pirólisis de los materiales carbonosos para formar coque de pirólisis y gas de pirólisis ; una segunda subunidad para realizar una gasificación del coque de pirólisis para formar un gas de pirólisis y residuos y una tercera subunidad para la realización de una conversión del gas de síntesis en hidrocarburos y/u otros productos sólidos, líquidos y/o gaseosos. Las tres subunidades de la unidad de uso se cierran de modo estanco a la presión y forman un ciclo esencialmente cerrado. Una tubería de transporte para el gas de pirólisis conecta la primera subunidad de modo estanco a la presión a la segunda subunidad y/o la tercera subunidad. La tubería de transporte para el gas de síntesis conecta la segunda subunidad de modo estanco a la presión a la tercera subunidad y/o a la primera subunidad. Una tubería de transporte para el gas de reciclado conecta la tercera subunidad de modo estanco a la presión a la primera subunidad y/o a la segunda subunidad.

Ventajosamente, se dispone al menos un compresor a lo largo de al menos una de dichas tuberías de transporte.

Se pueden proporcionar medios que hagan que una corriente de gas fluya a lo largo de las tuberías de transporte solamente en una dirección definida, preferentemente desde la primera subunidad a través de la segunda subunidad hasta la tercera subunidad y de vuelta a la primera subunidad o desde la primera subunidad a través de la tercera subunidad a la segunda subunidad y de vuelta a la primera subunidad.

Las subunidades pueden tener cada una uno o más reactores a presión. En una variante ventajosa, la primera y/o la segunda subunidades comprenden dispositivos de calentamiento y/o intercambiadores de calor.

Se puede proporcionar una ramificación de la tubería de transporte del gas de síntesis, por medio de la que parte del gas de síntesis, desde la segunda su unidad se puede devolver al primer reactor a presión.

En otra variante ventajosa de la infraestructura de acuerdo con la invención, la primera subunidad y la segunda subunidad de la unidad de uso comprenden un reactor a presión compartido.

La tercera subunidad de la unidad de uso comprende preferentemente una instalación de síntesis de Fischer-Tropsch o una instalación de síntesis de metanol en fase líquida u otra instalación adecuada para la producción de productos líquidos.

Particularmente ventajosa es una instalación de uso que se puede poner en funcionamiento de una manera tal que hay una caída de presión desde una primera etapa de proceso en la segunda etapa de proceso hasta la tercera etapa de proceso.

En esta forma, el transporte de la masa lo largo de la corriente del gas cíclica se impulsa mediante la diferencia de presión entre los varios reactores a presión. Esta es una ventaja sustancial, dado que esto conduce a una instalación que requiere tan pocos componentes móviles como sea posible.

Una ventaja particular de la invención es que la infraestructura es independiente de las condiciones externas tales como la presión, temperatura, humedad o todos los otros parámetros externos. Dado que en las infraestructuras de acuerdo con la invención la corriente de materia avanza de manera cerrada, el proceso es sustancialmente independiente de la presión ambiente.

Una ventaja sustancial adicional de la infraestructura de acuerdo con la invención es que el sistema cerrado no requiere un tratamiento del gas. Es una ventaja adicional que la formación y separación de los productos líquidos de los gases de síntesis en la tercera etapa de proceso conduce de modo inevitable a partículas que se separan.

Una realización particularmente ventajosa de una infraestructura de acuerdo con la invención comprende una instalación de energía que se dispone para la generación de energía eléctrica y/o mecánica y/o energía térmica, usando los hidrocarburos y/u otros productos de la instalación de uso como combustibles. De modo ventajoso, se proporciona en la instalación de energía un dispositivo de accionamiento para la generación de energía eléctrica y/o mecánica a partir de los combustibles, en el que dicho dispositivo de accionamiento obtiene la energía necesaria para el funcionamiento de la oxidación de los combustibles hasta un gas de oxidación que consiste esencialmente en dióxido de carbono y agua y comprende un dispositivo para la comprensión y/o condensación del gas de oxidación.

El dispositivo de accionamiento se puede diseñar como una célula de combustible o como un motor térmico. En una variante particularmente ventajosa, el dispositivo de accionamiento se puede hacer funcionar con oxígeno puro como agente oxidante.

En una realización adicional de una infraestructura de acuerdo con la invención, se proporciona un intercambiador de calor para la refrigeración de la corriente de gas de oxidación, aguas arriba y/o aguas abajo del dispositivo para la comprensión y/o la condensación del gas de oxidación.

En una realización adicional más de una infraestructura de acuerdo con la invención, se proporciona un dispositivo para la condensación y/o la separación del agua del gas de oxidación. Esto reduce, entre otros, la cantidad de gas residual restante.

Otra variante de dicha infraestructura de acuerdo con la invención comprende un almacenamiento para la recogida del gas de oxidación o el gas residual después de la compresión y/o la condensación del gas de oxidación, respectivamente.

Para la recirculación de los gases de oxidación o gases residuales en una de las tres etapas del proceso de la instalación de uso de una infraestructura de acuerdo con la invención, se puede proporcionar una tubería de transporte.

En otra realización ventajosa de una de las infraestructuras mencionadas anteriormente de acuerdo con la invención, el dispositivo de accionamiento de la instalación de energía se diseña como un motor de combustión, con al menos una cámara de combustión para la combustión del combustible líquido o gaseoso con oxígeno, con medios para convertir la presión de gas resultante o el volumen de gas en trabajo mecánico, con un dispositivo de alimentación para la introducción del oxígeno en la cámara de combustión y con un dispositivo de aireación para la eliminación de los gases de oxidación de la cámara de combustión.

En una variante particularmente ventajosa de dicha infraestructura para la generación de energía de acuerdo con la invención, el dispositivo de accionamiento de la instalación de energía se proporciona con un dispositivo de alimentación para la introducción de agua y/o vapor de agua en la cámara de combustión y/o en la corriente de gas de oxidación después de la salida de la cámara de combustión. El dispositivo de accionamiento puede comprender, por ejemplo, un dispositivo de turbina que se acciona con la corriente de gas de oxidación.

En una variante ventajosa adicional de una infraestructura de acuerdo con la invención, la instalación de uso comprende una unidad de energía para la generación de energía eléctrica y/o mecánica, con al menos un dispositivo de accionamiento para la generación de energía eléctrica y/o mecánica a partir del vapor y/u otros gases calientes que se han generado o sobrecalentado en la unidad de uso de la instalación de uso.

En una vanante particularmente ventajosa, la unidad de energía de la instalación de uso comprende un dispositivo de accionamiento para la generación de energía eléctrica y/o mecánica a partir del vapor u otros gases calientes que se han generado o sobrecalentado en la unidad de uso. En el ciclo de la unidad de uso se proporciona al menos un intercambiador de calor para el calentamiento del vapor y/u otros gases, y/o para la generación de vapor.

Una infraestructura particularmente ventajosa adicional comprende una instalación para la producción de hidrógeno y medios para suministrar el hidrógeno a la unidad de uso.

Los hidrocarburos y otros productos sólidos, líquidos y/o gaseosos que se han producido usando un proceso de acuerdo con la invención o usando una infraestructura de acuerdo con la invención, respectivamente, se pueden diferenciar de otros productos del petróleo análogos por ejemplo por la ausencia de las típicas impurezas de azufre y fósforo. En el caso de una producción con fracciones de materia prima que sea biomasa, tales productos tienen una fracción de isótopo del C14 elevada, comparada con productos petroquímicos.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS De aquí en adelante se describirá la infraestructura de acuerdo con la invención con referencia a los dibujos. Éstos muestran solamente realizaciones de ejemplo de la materia objeto de la invención.

La Figura 1 muestra esquemáticamente una infraestructura de acuerdo con la invención para la generación libre de emisiones de energía y/o hidrocarburos y otros productos mediante el uso de materiales carbonosos.

La Figura 2 muestra esquemáticamente una realización de una infraestructura de acuerdo con la invención con una instalación de energía que se separa espacialmente de la instalación de uso.

La Figura 3 muestra esquemáticamente una realización de ejemplo general de una instalación de uso de una infraestructura de acuerdo con la invención con una unidad de energía de carga base.

La Figura 3A muestra esquemáticamente una variante posible para una unidad de energía de carga base como se muestra en la Figura 3.

La Figura 4 muestra esquemáticamente una realización de ejemplo general de una infraestructura de acuerdo con la invención, con una instalación de uso y una instalación de energía para la generación de energía de carga de pico a partir de los compuestos de combustible producidos en la instalación de uso.

La Figura 4A muestra esquemáticamente una variante posible para una instalación de energía de carga de pico como se muestra en la Figura 4.

La Figura 5 muestra esquemáticamente una realización posible de una infraestructura de acuerdo con la invención con una instalación de uso que tiene una unidad de energía de carga base y una instalación de energía de carga de pico.

La Figura 6 muestra esquemáticamente una infraestructura de acuerdo con la invención que tiene un suministro de energía química en la forma de hidrógeno.

La Figura 7 muestra esquemáticamente el perfil de potencia (a) de una instalación de planta de generación térmica convencional, (b), (c) una infraestructura de acuerdo con la invención y (d) unos perfiles de carga de pico de carga base de una infraestructura de acuerdo con la invención.

Las Figuras 8 a 12 muestran esquemáticamente varias posibles realizaciones de ejemplo de instalaciones de uso para una infraestructura de acuerdo con la invención.

Las Figuras 13 y 14 muestran esquemáticamente dos realizaciones de un dispositivo de accionamiento de la instalación de energía de carga de pico, cuyo dispositivo de accionamiento se realiza como un motor de combustión.

La Figura 15 muestra esquemáticamente un dispositivo de accionamiento de una instalación de energía de carga de pico, cuyo dispositivo de accionamiento se realiza como una turbina combinada de gas/vapor.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS REALIZACIONES DE LA INVENCIÓN Los ejemplos explicados más adelante en el presente documento se proporcionan para una ilustración mejorada de la presente invención, pero no son para limitar la invención a las características desveladas en el presente documento. Instalación y procesos para la generación de energía eléctrica y mecánica La Figura 1 muestra esquemáticamente una realización posible de una infraestructura Z de acuerdo con la invención para la generación libre de emisiones de energía y/o hidrocarburos y otros productos mediante el uso de materiales carbonosos, que tiene una instalación de uso A para el uso termoquímico de materiales carbonosos M10 para producir hidrocarburos y otros productos M60 y/o combustibles líquidos y/o gaseosos M61 (energía química) así como para la generación de energía eléctrica y/o mecánica E1.

La instalación de uso A comprende una unidad de alimentación AH, en la que la materia prima carbonosa sin tratar M10 que se debería usar se procesa en materia prima carbonosa M11. Dependiendo de la clase de materia prima M10, se puede incurrir en residuos M17, que se pueden usar adicionalmente, por ejemplo metales.

Además de la materia prima carbonosa tratada M1 1 , se pueden usar otras fuentes de energía química, por ejemplo metano y otros subproductos de la industria química o la industria del petróleo que no se pueden usar razonablemente de otra manera.

La pieza central de la instalación de uso A es la unidad de uso AB, en la que en una primera subunidad AC de una primera etapa de proceso P1 se suministran los materiales carbonosos M11 tratados y se pirolizan, formándose el coque de pirólisis M21 y el gas de pirólisis M22. En una segunda subunidad AD de una segunda etapa de proceso P2, el coque de pirólisis 21 de la primera etapa de proceso se gasifica, por lo que se forma el gas de síntesis M24, y permanecen escorias y otros residuos M90. En una tercera subunidad AE de una tercera etapa de proceso P3, el gas de síntesis M24 de la segunda etapa de proceso se convierte en productos sólidos, líquidos y/o gaseosos basados en hidrocarburos M60, M61. Las tres etapas del proceso están cerradas estancas a la presión y forman sustancialmente un ciclo cerrado.

La energía térmica que procede del proceso de uso de acuerdo con la invención se puede obtener de la primera unidad de uso AB en la forma de vapor M52 y se puede usar en una unidad de energía AF para la generación de energía eléctrica y/o mecánica E1 , por medio de un dispositivo de accionamiento adecuado, por ejemplo una turbina de vapor (no mostrada). También posible y ventajoso es el calentamiento de medios comprensibles, tales como por ejemplo el nitrógeno, para el funcionamiento del dispositivo de accionamiento. Durante el funcionamiento constante de la unidad de uso AB, se puede generar en esta forma una cierta potencia de salida base. La unidad de energía AF es un componente opcional de una instalación de acuerdo con la invención.

Se usa una unidad de descarga AG para la descarga y tratamiento de la ceniza acumulada y otros residuos sólidos M90.

La infraestructura de acuerdo con la invención puede comprender adicionalmente una instalación de energía C para la generación libre de emisiones de energía eléctrica y/o mecánica E2, o energía térmica E4, mediante el uso de productos carbonosos M61 , de la instalación de uso A, como combustibles. Los gases de oxidación resultantes M27 se llevan de vuelta a la instalación de uso A, de modo que no tienen lugar emisiones.

La instalación de energía C se puede diseñar como una instalación de calentamiento para la generación de energía térmica E4 para calefacción de edificios. Alternativamente, la instalación de energía se puede diseñar como una instalación de una planta de generación eléctrica para la generación de energía eléctrica E2.

Entre la instalación de uso A y la instalación de energía C, se inserta ventajosamente una instalación B para el transporte y almacenamiento temporal de combustibles y gases de oxidación. Dicha instalación B puede comprender también medios para el tratamiento de combustibles M61 a ser usados en la instalación de energía C.

Los combustibles que contienen hidrocarburos M61 generados por la etapa del proceso de síntesis P3 se almacenan temporalmente en tanques o almacenamientos a presión de la instalación B (no mostrados). Desde estos almacenamientos, se recogen los combustibles M61 según se requiera y se convierten en la instalación de energía C en energía eléctrica y/o mecánica E2, usando un dispositivo de accionamiento adecuado. Esto puede tener lugar por ejemplo por medio de un motor térmico o un dispositivo de células de combustible. El gas residual M26 que contiene dióxido de carbono desde la instalación de energía C se recircula de vuelta a la unidad uso AB. Si es apropiado, se puede proporcionar un almacenamiento temporal.

La instalación de energía C ofrece la ventaja de que la salida de energía producida por la infraestructura Z de acuerdo con la invención se puede adaptar en muy corto tiempo a la demanda actualmente requerida. Los combustibles químicos M61 actúan en este caso como un almacenamiento de energía temporal. Durante un pico de consumo de energía, por ejemplo un dispositivo de accionamiento diseñado adecuadamente, por ejemplo una turbina de gas y/o una turbina de vapor que funciona con los combustibles M61 , puede ponerse en funcionamiento entonces muy rápidamente y generar energía eléctrica y/o mecánica. El pico de salida de la infraestructura Z puede superar la salida base térmica de la infraestructura Z durante un corto período de tiempo, debido a la capacidad de almacenamiento de energía de los combustibles químicos M61.

Es posible usar en una instalación de energía C combustibles adicionales M14, además de los combustibles suministrados por la instalación de uso A.

La instalación de energía C se puede instalar junto con la instalación de uso A en el mismo sitio. Alternativamente, es también posible, como se muestra en la Figura 2, que en una infraestructura Z de acuerdo con la invención la instalación de energía C se disponga separada espacialmente de la instalación de uso A. Los combustibles M61 y los gases de oxidación M27 se pueden transportar por ejemplo por ferrocarril, barco o tubería, por lo que en tal caso el dispositivo de transporte (vagón cisterna, depósito de almacenamiento en el barco, tubería) actúa al mismo tiempo también como un almacenamiento temporal BA, BB El sistema global de transporte de material entre instalaciones A y C ha de ser visto en este caso como una parte de la instalación B para transporte y almacenamiento temporal de combustibles y gases de oxidación.

Dado que el transporte de energía química en la forma de combustibles M61 a través de grandes distancias es sustancialmente más eficiente que la transmisión de energía eléctrica, se puede seleccionar el emplazamiento de una instalación de energía de carga de pico C de una infraestructura Z de acuerdo con la invención para que esté donde tenga lugar la demanda correspondiente, mientras que la instalación de uso A se construye ventajosamente donde se produce la materia prima carbonosa M10.

Una instalación de acuerdo con la invención puede comprender adicionalmente una instalación D para la generación y suministro de energía química externa. Por ejemplo, se puede producir y suministrar hidrógeno M32 como fuente de energía química externa. Dicha posible realización de una infraestructura Z de acuerdo con la invención se tratará con más detalle en la explicación de la Figura 6.

Una posible realización de una instalación de uso A de una infraestructura Z de acuerdo con la invención se muestra esquemáticamente en la Figura 3. La instalación mostrada A comprende una unidad de uso AB para el uso de materia prima carbonosa M1 1 y una unidad de energía AF para la generación de una cantidad base E1 esencialmente constante de energía eléctrica y/o mecánica.

La estructura de la unidad de uso AB corresponde esencialmente a la unidad de uso de ejemplo que se explicará a continuación con referencia a la Figura 9. La unidad de energía de carga base AF sólo se representa como un bloque. Una realización posible se explicará en la Figura 3A.

En el intercambiador de calor/sobrecalentador A44, en el que al mismo tiempo el gas de síntesis caliente M24 de la segunda etapa de proceso P2 se refrigera a la temperatura de la tercera etapa de proceso de síntesis P3, se genera el vapor sobrecalentado M52 (aproximadamente a 550-600 °C/50 bar) a partir del vapor M51 más frío. Si se requiere, un intercambiador de calor adicional posterior puede refrigerar adicionalmente la corriente de gas de síntesis. El vapor sobrecalentado M52 se conduce a la unidad de energía AF, donde se usa para la generación de energía eléctrica y/o mecánica E1. El condensado del vapor restante M41 se conduce de vuelta a la unidad de uso AB, donde se convierte en la tercera etapa de proceso P3 en el vapor M51 y este vapor M51 se convierte posteriormente de nuevo, en el intercambiador de calor/sobrecalentador A44, en vapor sobrecalentado M52.

La realización de ejemplo de la unidad de energía AF en la Figura 3A comprende un dispositivo de accionamiento A61 en la forma de una turbina de vapor A62 u otro motor térmico para la generación de energía mecánica que se puede producir con el vapor sobrecalentado M52 y, en el ejemplo dado, un dispositivo generador A64, que genera energía eléctrica E1. Después de la expansión en la turbina de vapor A62, el vapor de salida M53 se condensa en el condensador/economizador A63, en donde se descarga el calor residual por medio de un ciclo de refrigeración A65 diseñado adecuadamente.

El condensador resultante M41 está preferentemente a una temperatura de 60-70 °C y de esa forma el agua en la etapa de caldera posterior A32 de la instalación de uso AB no necesita ser calentada demasiado. Al mismo tiempo, el agua no debería estar demasiado caliente para impedir la cavitación en la bomba A66. El condensado M41 se transporta mediante la bomba A66 desde un almacenamiento temporal (no mostrado) al interior del intercambiador de calor/caldera A32 de la etapa del proceso P3, en donde es a su vez vaporizado hasta el vapor M51 (aproximadamente 250-300 °C/20 bar), con refrigeración simultánea de la etapa de síntesis P3. El vapor M51 se almacena en una cúpula de vapor (que no se muestra) para en primer lugar separar el agua restante antes de entrar en el sobrecalentador A44 y en segundo lugar formar un almacenamiento desde el que se puede obtener el vapor de proceso M50 para varias finalidades en la unidad de uso AB. Las pérdidas en el ciclo y consumo de vapor de proceso M50 se compensan por agua nueva suministrada al interior del almacenamiento de condensado (no mostrado).

En una variante alternativa, en la turbina de vapor A62, aguas abajo de la etapa de alta presión, parte del vapor se puede extraer como vapor de proceso M50, que se muestra en la Figura 3A como una flecha de línea discontinua. De esta forma, una gran cantidad del vapor M52 se puede usar para la generación de energía y solo posteriormente se proporciona el vapor de proceso necesario.

El vapor de escape de los consumidores de vapor de proceso tal como por ejemplo los intercambiadores de calor A45, A17 se puede condensar M41 de la misma manera y recircular al agua de alimentación M40, dando como resultado un ciclo energético que es tan cerrado como es posible.

En lugar de hacer funcionar la unidad de energía AF con vapor caliente, es posible también calentar un medio comprensible en los intercambiadores de calor A32, A44 de la unidad del uso, tal como por ejemplo nitrógeno, para posteriormente usar este gas caliente para el accionamiento del motor térmico de la unidad de energía AF. El uso de gas inerte en lugar del más agresivo vapor caliente tiene, entre otras, la ventaja de que los daños por corrosión de los componentes de la instalación se reducen.

En correspondencia, en una instalación de uso A los ciclos de vapor se pueden conducir de modo diferente a través de los varios intercambiadores de calor, para conseguir una eficiencia de la instalación A tan elevada como sea posible.

En una infraestructura de acuerdo con la invención que solamente tiene una unidad de energía de carga base AF, como se desvela por ejemplo en la Figura 3, los productos formados en la etapa de síntesis P3 se pueden usar como combustible M61 para una instalación de energía convencional C que se hace funcionar usando combustibles fósiles, por ejemplo generadores diesel o generadores de turbina de gas, que se pueden usar para cubrir las cargas de pico. Los combustibles químicos M61 sirven en tal caso para conseguir durante un corto tiempo rendimientos de producción muy elevados, independientemente de que el sistema base AB, AF esté funcionando en un estado de equilibrio. Por ello, dentro de un corto periodo de tiempo, la potencia de salida total de una infraestructura Z de acuerdo con la invención de por ejemplo el 100 % de producción de carga base constante PC2 se puede incrementar a por ejemplo al 600 % de producción de carga pico Pe2.

Alternativamente, los productos M60 se pueden usar en otras formas, por ejemplo para producir combustibles, o como reactivos para la industria química.

Tal infraestructura de acuerdo con la invención tiene, comparada con instalaciones convencionales, entre otras, la ventaja de que debido a la corriente de material cerrada dentro del proceso en tres etapas, se puede prescindir de los filtros del gas de tiro y los dispositivos de catalizadores para la purificación de los gases de escape de la combustión en la unidad de uso AB. Esto conduce a una reducción del número de componentes de dicha instalación y de ese modo a menores costes de inversión y costes de funcionamiento.

Además, dicha unidad de uso también tiene una menor necesidad de espacio, dado que no se requieren sistemas de filtro, chimeneas, etc. y los volúmenes de corrientes de material son más bajos debido a la alta presión.

En una realización particularmente ventajosa de la infraestructura Z de acuerdo con la invención, como se desvela esquemáticamente en la Figura 4, se proporciona una instalación de energía C para cubrir cargas de pico E2 que se puede hacer funcionar con combustibles M61 desde la instalación de uso A. La instalación de energía C se diseña en tal manera que el dióxido de carbono que se acumula durante la generación de energía se conduce de vuelta al ciclo de la instalación de uso A y de esa manera no se forman emisiones.

Los combustibles M61 se obtienen ventajosamente desde un almacenamiento temporal BA de la instalación de transporte/almacenamiento B, por ejemplo un sistema de tanques o almacenamiento a presión, para salvar los picos de demanda. El dióxido de carbono que se produce, que contiene gases residuales M26 de la instalación de energía B, también puede ser recogido y almacenado en un almacenamiento temporal BB.

Una posible realización de una instalación de energía C se muestra en la Figura 4A. Un dispositivo de accionamiento C11 genera energía eléctrica y/o mecánica E2 por medio de las fuentes de energía química M61 desde la etapa de síntesis P3 de la unidad de uso AB. Dicho dispositivo de accionamiento C11 puede ser por ejemplo un motor térmico, en el que el calor que se produce durante una oxidación de los combustibles M61 hasta dióxido de carbono se convierte en trabajo mecánico, por ejemplo para el accionamiento de la instalación de generador (no mostrada) o una instalación de célula de combustible, en la que la reacción de oxidación se usa directamente para la generación de energía eléctrica E2.

Tal dispositivo de accionamiento C11 comprende un ciclo cerrado, es decir no produce emisiones dentro de la atmósfera. Los gases de oxidación 27 que se generan durante la producción del trabajo mecánico, que contienen esencialmente sólo dióxido de carbono y si es aplicable también agua, se tratan posteriormente C12, comprimen C13 y los gases residuales restantes M26 se realimentan hacia el ciclo de la instalación de uso AB.

Si la instalación de uso A y la instalación de energía de carga de pico C están situadas en el mismo sitio, el gas residual M26 se puede realimentar directamente. En una variante ventajosa, se proporciona un almacenamiento temporal BB, como se muestra en la Figura 4. Como se ha descrito ya anteriormente, la instalación de energía C de la infraestructura Z de acuerdo con la invención se pueden disponer de modo separado de la instalación de uso A.

La reacción de oxidación que genera la energía térmica o eléctrica tiene lugar en el dispositivo de accionamiento C1 1 usando oxígeno puro M31 en lugar de aire. El uso de oxígeno M31 en lugar de aire evita, en primer lugar, debido a la ausencia de nitrógeno atmosférico en la reacción termoquímica a elevadas temperaturas, la formación de óxidos de nitrógeno; especialmente, sin embargo, esencialmente sólo dióxido de carbono y vapor de agua permanecen en los gases de oxidación M27 que se producen. Dependiendo de la estequiometría de la reacción, los gases que se producen pueden contener también ciertas fracciones de monóxido de carbono y combustible sin reaccionar. Éstos pueden, de la misma manera, realimentarse sin problemas dentro del ciclo de la instalación de uso A.

Los productos de reacción M27 de la reacción de oxidación que genera energía son esencialmente gaseosos. La mezcla de gases de oxidación correspondiente se comprime entonces C13 para reducir el volumen. Usando un intercambiador de calor C12, la mezcla de gases de oxidación M27 se puede refrigerar aguas arriba y/o aguas abajo de la compresión. El agua M41 se condensa y se separa, por lo que de ese modo solamente permanece dióxido de carbono en el gas residual M26, si es aplicable teniendo fracciones de monóxido de carbono y combustible sin reaccionar. El gas residual M26 se alimenta entonces a la primera etapa de proceso P1 de la unidad de uso AB de la instalación A, y de esa forma da como resultado un ciclo cerrado de materia. Alternativamente, el gas residual M26 se puede alimentar también dentro de la segunda etapa de proceso P2 o la tercera etapa de proceso P3, lo que se indica en la Figura 4 por fechas de rayas discontinuas.

Así es posible que en una infraestructura Z de acuerdo con la invención, se generen hidrocarburos líquidos o gaseosos y derivados de hidrocarburos a partir de materiales carbonosos M11 y la mezcla M61 de combustible de alto grado resultante se convierte posteriormente en energía eléctrica E2. El dióxido de carbono producido se realimenta y se convierte de nuevo en parte o completamente en combustible M61 en la instalación de uso A. De esta forma, la descarga de dióxido de carbono efectiva de la instalación de generador de carga de pico C se puede reducir grandemente o incluso evitar completamente.

El dispositivo de accionamiento se puede hacer funcionar sin problemas en un funcionamiento combinado con hidrógeno M32 como un combustible adicional. En tal caso, la fracción de hidrógeno conduce a una reducción de la cantidad de gas residual M26 que se produce aguas abajo del intercambiador de calor/condensador y compresor, dado que sólo aparece agua en la oxidación del hidrógeno con oxígeno.

Se explicarán más adelante realizaciones posibles adicionales de dispositivos de accionamiento adecuados para la instalación de energía en las Figuras 13 a 15.

Otra realización ventajosa de una infraestructura Z de acuerdo con la invención se muestra en la Figura 5. Ésta comprende, además de la unidad de uso AB, tanto una unidad de energía de carga base AF, como una instalación de energía de carga de pico C.

En una variante ventajosa adicional del proceso de uso de acuerdo con la invención, se introduce la energía química dentro del proceso en la forma de hidrógeno molecular en cantidades relativamente grandes. Dicha realización de una infraestructura Z de acuerdo con la invención se muestra, por ejemplo, esquemáticamente en la Figura 6(a). La instalación de uso A recibe material en la forma de materia prima carbonosa M10 como ya se ha descrito anteriormente. El dióxido de carbono M33 es de la misma forma adecuado como fuente de carbón. La fuente de energía primaria usada en la realización mostrada es principalmente la energía química del hidrógeno molecular M32. Por un lado el hidrógeno sirve para la reducción de la materia prima y en segundo lugar la oxidación con oxígeno conduce al suministro de energía térmica.

El hidrógeno molecular M32 se puede producir a partir de agua mediante hidrólisis, en la que también se acumula el oxígeno molecular M31. La energía eléctrica E1 se puede convertir en esta forma en energía química. El hidrógeno molecular gaseoso, sin embargo, tiene una densidad de energía considerablemente más baja comparada con los combustibles líquidos, aunque también comparada con hidrocarburos gaseosos, como resultado no ha sido capaz todavía de establecerse por sí mismo para su uso como propulsor para vehículos.

En un proceso de uso de acuerdo con la invención, la energía química del hidrógeno se puede convertir de modo eficiente en energía química en la forma de hidrocarburos de alto valor y otros productos. Ventajosamente, el oxígeno M31 que se produce durante la electrólisis se usa también para introducir toda la energía química producida dentro del proceso o un máximo de la energía eléctrica depositada en la electrólisis, respectivamente.

En el ejemplo mostrado, una instalación D proporciona hidrógeno M32 y oxígeno M31 moleculares. La energía eléctrica E3 para la reacción de electrólisis se origina preferentemente a partir de las fuentes de energía renovables (energía eólica, energía solar, energía hidráulica, etc.). Esto tiene la gran ventaja de que se puede superar una desventaja inherente de las instalaciones de energía eólica DA e instalaciones de energía solar DB, concretamente la generación de energía cíclica debido a la dependencia de factores externos no siempre garantizados. Esto conduce a conseguir precios en el mercado correspondientemente bajos para la energía eléctrica generada. Mediante la conversión en energía química (hidrógeno M32 y oxígeno M31 moleculares) por e| contrario, la producción de energía generada se puede almacenar temporalmente. El hidrógeno y, si es posible, también el oxígeno, se usan a continuación en un proceso de acuerdo con la invención, para producir por ejemplo más combustibles líquidos fácilmente manejables que tienen una densidad de energía más alta u otros productos de alto valor.

La energía de las unidades de generación de energía DA, DB de la instalación D se transportan en forma de corriente eléctrica a la unidad de electrólisis DC, que se sitúa en el lugar de la instalación de uso A y en la que se generan localmente a continuación el hidrógeno M32 y oxígeno M31. Parte del oxígeno no se necesita y se puede usar en otras formas, por ejemplo en una instalación de energía C de la infraestructura Z de acuerdo con la invención. Los almacenamientos temporales DE, DF, por ejemplo en la forma de tanques a presión, sirven como almacenes intermedios para la compensación de la generación de energía fluctuante de las unidades de generación de energía DA, DB.

Como ya se ha explicado anteriormente, la instalación de uso A produce hidrocarburos de alto valor y otros productos de síntesis M60 y, como puede ser el caso, energía E1. Los residuos M90 se eliminan de modo continuo del sistema. De la misma manera, el agua se puede retirar fácilmente del sistema, por ejemplo mediante condensación M41. En la realización de ejemplo mostrada, el agua sirve principalmente como agente oxidante y agente de gasificación, si no hay oxígeno disponible. El agua M41 eliminada del sistema, sin embargo, también sirve como un sumidero de oxígeno. Esto es relevante principalmente cuando el sistema acepta grandes cantidades de dióxido de carbono M33 como fuente de carbono.

En una combinación como se muestra en la Figura 6(a), un proceso de uso de acuerdo con la invención puede producir también productos de alto valor y ricos en hidrocarburos M60 a partir de fuentes de carbono comparativamente de baja energía. En un caso extremo, el proceso puede en principio incluso realizarse exclusivamente usando dióxido de carbono puro como fuente de carbono. Dado que la energía eléctrica suministrada se origina directamente o indirectamente (energía eólica, energía hidráulica) a partir del sol, entonces da como resultado— visto desde un punto de vista general— una fotosíntesis artificial, concretamente la generación de compuestos de carbono a partir de dióxido de carbono, agua y luz solar.

La combinación de la instalación de uso A con una instalación de energía C es facultativa.

En el caso de que la localización de la energía renovable esté demasiado lejana, puede ser más eficiente transportar el hidrógeno producido localmente M32 a la instalación de uso, en lugar de la corriente eléctrica. Tal variante se muestra por ejemplo en la Figura 6(b). La energía E3 se genera en las unidades de generación de energía DA, DB que están lejanas, a partir de las que a continuación se produce hidrógeno molecular M32 en una unidad de electrólisis DC. Este hidrógeno molecular se almacena en un almacenamiento temporal DE, y se lleva en medios de transporte DG adecuados a la instalación de uso A. El hidrógeno producido es un subproducto que en la industria química puede servir como una fuente adicional de hidrógeno molecular M32.

La diferencia en el espectro de potencia de una infraestructura Z de acuerdo con la invención comparada con una estación de generación convencional que usa combustibles carbonosos se explica más precisamente en las Figuras 7(a) a (d).

La Figura 7(a) muestra esquemáticamente el perfil de potencia de una estación de generación térmica convencional. El eje vertical muestra la potencia P y el eje horizontal el tiempo t. La estación de generación tiene un contenido de calor añadido Pa, es decir la energía térmica o potencia contenida en el combustible como energía química y una potencia térmica efectiva Pb, es decir la energía térmica que es efectivamente convertible en energía eléctrica o mecánica por unidad de tiempo. La demanda de potencia eléctrica Pe en una red eléctrica convencional varía no solamente durante el día sino también durante la semana. Para ser capaz de cubrir con la estación de generación también las cargas de pico, además de la carga base Pc, la salida nominal completa de tal instalación de planta de generación se debe dirigir hacia la carga pico. Esto significa que debido al requisito de producciones de pico el dimensionamiento de la instalación es mayor que el que sería realmente necesario en base a la potencia total promedio.

En una infraestructura de acuerdo con la invención para la generación de energía, por el contrario, esto no es necesario. Dicha infraestructura Z, como se muestra por ejemplo en la Figura 1 , convierte en la instalación de uso A una parte constante de la energía química suministrada en la forma de materiales carbonosos M10, M1 1 en energía térmica en la forma de vapor, que a continuación se convierte por ejemplo usando una turbina de vapor en la unidad de energía de carga base AF en energía eléctrica Pf. Una fracción adicional de la energía química suministrada en forma de materiales carbonosos M10, M1 1 se convierte en la etapa de síntesis P3 de la unidad de uso AB, con una potencia de producción constante Pg, en energía química en la forma de combustibles carbonosos M61 de alto valor, por ejemplo productos similares al diesel o productos gaseosos tal como propano. Estos combustibles se pueden almacenar en AB en cualquier cantidad deseada y/o, como se muestra en la Figura 2, transportarse a través de distancias cortas o más largas.

La Figura 7(d) muestra esquemáticamente el perfil de la potencia total Pe de una infraestructura de acuerdo con la invención en el transcurso de una semana. Durante la demanda de carga de pico en los días laborables la instalación de energía de carga de pico C genera energía eléctrica a partir de los combustibles químicos M61 , que puede entonces suministrarse a un precio correspondientemente alto a la red eléctrica. La demanda de combustibles químicos 61 excede en este caso la potencia de producción Pg de la instalación de uso A sustancialmente, lo que se marca por (-). Este consumo superior a la media se retira del almacenamiento de combustible BA. Durante la noche y el fin de semana la demanda se reduce grandemente y la potencia de producción Pg excede a la demanda Pe, lo que se marca por (+). Como consecuencia, el almacenamiento de combustible BA se rellena de nuevo.

Durante los períodos de carga base, la instalación de energía C se puede reducir hasta un nivel de potencia mínimo, como se muestra en la Figura 7(d) o la instalación de energía C se para completamente y de ese modo la carga base Pc se cubre completamente por la unidad de energía de carga base AF.

Una infraestructura de acuerdo con la invención por lo tanto tiene una ventaja sustancial en que sólo una parte Pf de la potencia efectiva constante Pd se produce en la forma de potencia térmica que, como en una estación de generación convencional, se debe convertir inmediatamente en energía eléctrica y/o mecánica. Esta parte Pf se puede usar para suministrar la potencia para la mínima carga base Pc. Otra parte Pg de la potencia efectiva Pd, por otro lado, se almacena temporalmente en la forma de combustibles M61 en el almacenamiento BA. La demanda (Pe - Pf) que excede a la potencia térmica de la unidad de energía de carga base AF se puede cubrir por la instalación de energía de carga de pico C a partir del almacenamiento de combustible BA. Esto permite a una infraestructura de acuerdo con la invención ser diseñada de modo que la potencia efectiva Pd compuesta por la potencia térmica Pf de la unidad de energía de carga base AF y la potencia de producción de la etapa de síntesis P3 de la unidad de uso AB corresponda a la demanda promedio como se muestra en la Figura 7(b). Como resultado, en una infraestructura de acuerdo con la invención que tenga la misma potencia térmica efectiva Pd que la potencia térmica Pb de una instalación de una planta de generación convencional, se consigue una potencia de carga base Pci comparativamente más alta y una potencia de carga de pico más alta, en la que durante un corto período la potencia de pico puede exceder considerablemente la potencia térmica efectiva Pd.

Considerado desde el punto de vista contrario una infraestructura Z de acuerdo con la invención, para que sea capaz de cubrir un perfil de demanda definido, se puede diseñar teniendo una potencia térmica instalada considerablemente más pequeña, por ejemplo con el 75 % al 50 % de la potencia térmica de una estación de generación convencional comparable. Esto conduce a unos costes de capital considerablemente más bajos.

Una infraestructura de acuerdo con la invención se puede diseñar y optimizar de tal manera que la potencia Pf generada directamente a partir de la energía térmica se reduce en favor de la potencia Pg generada a partir de los combustibles M61. Tal variante se muestra en la Figura 7(c). Tal infraestructura de acuerdo con la invención puede, mientras cubre un mínimo de la carga base reducido PC2, almacenar una cantidad de energía significativamente más elevada. La energía almacenada correspondiente puede usarse finalmente para la generación de la potencia de la carga de pico Pe2, que se puede vender a continuación a un precio más alto.

Dependiendo de las circunstancias, es posible optimizar una infraestructura de acuerdo con la invención en relación a la generación flexible de energía de carga de pico hasta un grado en el que la potencia de la carga base de la energía AF es mínima y opcionalmente puede ser sólo suficiente para cubrir la demanda de energía interna de la infraestructura.

Procesos de uso e instalaciones de uso Una primera variante posible de una configuración de una instalación AF para el uso termoquímico de sólidos carbonosos usando un proceso de acuerdo con la invención y una infraestructura de acuerdo con la invención, respectivamente, se muestra esquemáticamente en la Figura 8. La instalación de uso A de la infraestructura Z de acuerdo con la invención comprende una unidad de uso AB con tres subunidades AC, AD, AE para realizar las tres etapas del proceso P1 , P2 y P3 del proceso de acuerdo con la invención, que se conectan para formar un ciclo cerrado de tal manera que permiten una corriente de gas cerrada, cíclica. De la unidad de tratamiento AH, solamente se muestra el silo A91 para la provisión de material carbonoso M11 tratado para el proceso. De la unidad de descarga AG, por otro lado, solamente se representa el depósito de escoria A92. La instalación de uso A puede comprender una unidad de energía (no mostrada) o no. Esto no es relevante para la funcionalidad del proceso de uso.

Las tres subunidades AC, AD, AE de la unidad de uso AB se conectan en un ciclo cerrado de tal manera que permiten una corriente de gas cerrada, cíclica. En la primera etapa de proceso P1 (etapa de pirólisis), y la primera subunidad AC, respectivamente, la materia prima carbonosa M11 se piroliza bajo presión, formando de ese modo un coque de pirólisis M21 y gases de pirólisis M22. En la segunda etapa de proceso P2 (etapa de gasificación), y en la segunda subunidad AD, respectivamente, el coque de pirólisis M21 se gasifica para formar gas de síntesis M24, que reacciona finalmente en una tercera etapa de proceso P3 (etapa de síntesis) y en la tercera subunidad AE, respectivamente, para formar hidrocarburos y/o productos sólidos, líquidos o gaseosos M60.

La materia prima carbonosa M11 que se ha de procesar, se suministra dentro del ciclo continuamente desde una infraestructura de alimentación AH, P6 a través de la primera etapa de proceso P1. Simultáneamente, los productos M60, AM61 generados a partir del gas de síntesis M24 se extraen continuamente de la tercera etapa de proceso P3. Los varios residuos M91 , M92, M93 se retiran continuamente del ciclo.

Una multiplicidad de materiales carbonosos se puede usar como materia prima M1 1 para el proceso de uso de acuerdo con la invención, en particular residuos, biomasa, carbón u otros materiales heterogéneos tales como por ejemplo tierra contaminada, pero también residuos previamente depositados, por ejemplo de vertederos. Esto permite una eliminación saludable con el medio ambiente y eficiente en coste de vertederos abiertos. También materiales sólidos-líquidos que contienen petróleo que sean difíciles de usar, tales como pizarras bituminosas, arenas petrolíferas o lodos de combustible, se pueden usar en un proceso de acuerdo con la invención. Los subproductos carbonosos gaseosos de la industria química o de la industria del petróleo, que de otro modo no se pueden usar o incluso han de ser quemados, se pueden usar también como aditivos M12.

El poder calorífico de la materia prima, el contenido en carbono, el contenido de agua y el contenido de residuos no combustibles tales como metales, vidrio y cerámica, pueden variar en gran medida. Para esa finalidad la materia prima se puede fragmentar hasta un tamaño de piezas adecuado para una cierta instalación de uso, en el que el tamaño de pieza preferido es el resultado de la consistencia del material y del diseño específico del primer reactor a presión y del sistema de transporte interno del reactor, respectivamente. Para un procesamiento usando una rejilla móvil, por ejemplo, es muy adecuado un tamaño de piezas de aproximadamente 5-10 cm.

La primera etapa de proceso P1 comprende en el ejemplo mostrado un primer reactor a presión A13, en el que bajo presión tiene lugar una pirólisis de la materia prima carbonosa 1 1. La materia prima M11 se transporta al interior del reactor de pirólisis presurizado A13 por medio de un cierre a presión adecuado A11. En la realización mostrada, el reactor de pirólisis A13 consiste en un cuerpo de presión horizontal A14 en el que el transporte horizontal del material desigual prosigue a lo largo del reactor durante la pirólisis por medio de una rejilla móvil A15 mostrada esquemáticamente, con placas de rejilla que se mueven adelante y atrás. En otro dispositivo de transporte adecuado para el avance continuo de la materia prima que se ha de procesar se puede usar de la misma manera, por ejemplo rodillos enrejillados, cadena transportadora, tornillos de transporte, etc. Se puede usar también un horno de tostar rotativo.

En el reactor de pirólisis A13 el material se transporta continuamente a través del reactor a presión A13 a una temperatura de aproximadamente 300-800 °C y la presión de 100-6000 kPa y en el transcurso de ésta se piroliza en ausencia de oxígeno. La temperatura se selecciona, entre otras, de tal manera que además de mantener la reacción de pirólisis, se mantenga la presión de funcionamiento deseada, en primer lugar, debido a la presión de los gases debida a la temperatura y en segundo lugar debido a la nueva producción de gases de pirólisis. Una temperatura mínima de 450 °C asegura una reacción completa continua de compuestos libres de oxígeno durante la pirólisis. Una temperatura de funcionamiento de 500-600 °C y una presión de funcionamiento entre 500 y 2500 kPa están particularmente bien adecuadas.

La energía térmica necesaria para las reacciones de pirólisis se origina en primer lugar de la corriente de gas de realimentación caliente M24b del segundo reactor A21, que se considerará adicionalmente en el presente documento a continuación. Además, el vapor de proceso M50 sirve para mantener la temperatura de funcionamiento del primer reactor. Un suministro de calor externo tal como, por ejemplo, un intercambiador de calor o un calentador externo puede estar presente de la misma manera. Este último es también ventajoso durante el arranque de la instalación de uso A a partir de un estado frío.

El gas de reciclado M25 desde la tercera etapa de proceso (etapa de síntesis) P3 se alimenta al primer reactor a presión A13 después del paso a través del compresor A42. En gas de reciclado M25 contiene principalmente dióxido de carbono y también vapor de agua, y monóxido de carbono e hidrógeno que puedan no haber reaccionado en la etapa de síntesis y también contenidos residuales de hidrocarburos de bajo peso molecular. Para tener capacidad de controlar el proceso, se puede introducir carbón adicional que tenga un valor calorífico elevado dentro del reactor A13, por ejemplo en la forma de carbón o aceite pesado. Estos aditivos M12 se pueden añadir ya por adelantado a la materia prima M11 o ser introducidos por separado dentro del reactor A13. La mezcla de aditivos viscosos M12 con materia prima sólida M11 facilita el transporte de material viscoso dentro del reactor. Los aditivos líquidos M12 incrementan además la cantidad de gas de pirólisis y de ese modo la presión de funcionamiento.

En la pirólisis en la primera etapa de proceso P1 , se forma el coque de pirólisis M21 , que esencialmente consiste en carbón sólido y residuos inorgánicos. El coque de pirólisis M21 se descarga al final del reactor a presión A13. Los gases de pirólisis M22 que se forman durante la pirólisis no sólo contienen materiales gaseosos, sino también materiales que son sólidos y líquidos a temperatura ambiente. La composición de los gases de pirólisis M22 depende naturalmente en gran medida de la materia prima y también contienen contaminantes.

El coque de pirólisis M21 se transporta bajo presión dentro del reactor a presión A21 de la segunda etapa de proceso P2. Un tornillo de transporte cerrado, por ejemplo, es de nuevo adecuado. Se puede proporcionar también un cierre a presión. Los gases de pirólisis M22 se transforman de la misma manera por medio de una tubería de transporte separada al interior del segundo reactor a presión A21. Un compresor A41 dispuesto en la tubería de transporte impulsa los gases de pirólisis al interior del segundo reactor a presión A21 , que está a una presión de funcionamiento superior.

En la segunda etapa de proceso P2, la temperatura de funcionamiento está entre 600 y 1600 °C. En esta segunda etapa de proceso el carbón sólido en el coque de pirólisis M21 se gasifica a continuación usando dióxido de carbono y, si es apropiado, oxígeno y/o vapor como agente gasificante, para formar monóxido de carbono e hidrógeno, de acuerdo con las reacciones I, II y III.

El dióxido de carbono se origina principalmente a partir del gas de reciclado M25. Se puede suministrar dióxido de carbono adicional M33 al interior del ciclo. El vapor de agua se compone principalmente de la humedad residual de la materia prima M11. El vapor de proceso M50 se puede alimentar también al interior.

La energía térmica necesaria para el transcurso de estas reacciones de pirólisis endotérmicas se origina, por ejemplo, a partir de la oxidación parcial del carbono sólido (reacción III) con oxígeno M31 pasado al interior del segundo reactor a presión A21. La reacción IV de cambio del gas de agua exotérmica puede contribuir también a la misma.

Para el arranque de la instalación de uso A y para el control del proceso, puede ser necesario suministrar combustibles adicionales M13 al segundo reactor A21 , tal como, por ejemplo, coque, ; aceite o gas de petróleo, y/o aumentar el suministro de oxígeno para incrementar temporalmente la generación de calor.

La reacción entre el monóxido de carbono y el hidrógeno, que es de importancia para la síntesis posterior en la tercera etapa de proceso P3, viene dada por la reacción IV de cambio del gas de agua y puede estar influenciada en la dirección hacia el lado derecho por la adición de vapor de proceso M50. Sin embargo, es ventajoso mantener la cantidad total de agua del sistema tan baja como sea posible e introducir hidrógeno adicional M32 directamente en la tercera etapa de proceso en su lugar.

En el ejemplo mostrado de una unidad de uso AB, la segunda etapa de proceso comprende de la misma manera un cuerpo de presión A22, en el que el coque de pirólisis se transporta dentro del reactor A21 mediante una rejilla móvil A23. De nuevo, son posibles también otros sistemas de transporte, como ya se han explicado para el primer reactor a presión A13. Esto tiene la ventaja de que el coque de pirólisis se puede procesar sin preparación adicional en la segunda etapa de proceso.

En principio, el segundo reactor puede diseñarse alternativamente de modo diferente. Por ejemplo, el coque de pirólisis se podría fraccionar o moler por adelantado, lo que permite entonces una gasificación del coque en una corriente fluidificada o corriente de arrastre. Sin embargo, esta variante tiene la desventaja de que las partículas tienen un tiempo de retención más corto en el reactor, lo que requiere un suministro y preparación del material más homogéneo. Además, tales instalaciones requieran un control más rápido y más preciso de la velocidad de la corriente de gas y de otros parámetros del proceso.

La superficie reactiva del coque de : pirólisis no homogéneo es comparativamente pequeña comparada con una reacción posible de la misma manera en la corriente fluidificada, que, sin embargo, se compensa por el tiempo de permanencia comparativamente más largo en el reactor A21 debido a la elevada capacidad en masa del reactor a presión. Una ventaja adicional es la escalabilidad más simple. Por medio de un simple alargamiento del reactor a presión o un incremento de la sección transversal, la capacidad y por lo tanto la tasa de conversión se puede incrementar sin necesidad de cambiar los parámetros del proceso relevantes tales como la presión o la temperatura. Los reactores que tengan una corriente de arrastre o corriente fluidificada, por el contrario, no se pueden escalar de tal manera simple y libre de problemas.

El oxígeno M31 necesario para la oxidación parcial y, si es apropiado, el vapor de proceso M50 se soplan dentro del lecho de combustión formado por el coque de pirólisis, mediante lo que se genera la energía térmica necesaria y el reactor A21 se mantiene a temperatura de funcionamiento. En lugar de oxígeno puro, se podría usar también aire, en el que, sin embargo, el nitrógeno atmosférico se expande en la corriente de material gaseoso que circula dentro de la instalación de uso y es difícil de eliminar de nuevo. Esto reduce considerablemente la eficiencia de la instalación y por ello es preferido el oxígeno puro en este caso. Además, la ausencia de nitrógeno en el sistema también impide la formación de óxidos de nitrógeno.

En la realización de ejemplo de una instalación de uso A mostrada en la Figura 8, los gases de pirólisis 22 se soplan dentro de la fase gaseosa por encima del lecho de combustión en el reactor a presión A21 , en donde a las temperaturas elevadas que prevalecen las moléculas poliatómicas contenidas en los gases de pirólisis M22 se craquean muy rápidamente y se fraccionan. El gas de síntesis M24 formado en la segunda etapa de proceso por lo tanto no contiene ya esencialmente moléculas orgánicas y se puede usar para la síntesis de Fischer-Tropsch en la tercera etapa de proceso. También, se descomponen contaminantes tales como la dioxina, por ejemplo.

El suministro de oxígeno M31 dentro del lecho de combustión y el punto de entrada de los gases de pirólisis M22 dentro del reactor a presión se eligen ventajosamente de tal manera que no se puedan formar dioxinas, lo que se puede conseguir mediante una separación espacial adecuada. De la misma manera, en los gases de síntesis de salida, no debe haber oxígeno presente.

Con materias primas no problemáticas tales como, por ejemplo, virutas de madera o paja u otras biomasas sin contaminantes, es posible también quemar los gases de pirólisis M22 por adelantado con oxígeno en un quemador separado y pasar los gases de escape calientes de la misma manera dentro del lecho de combustión, con la finalidad de suministrar energía térmica o soplarlos directamente sin quemar dentro del lecho de combustión donde también se oxidan.

Al final del reactor a presión A21 , los residuos permanecen en la forma de cenizas y residuos inertes y puede darse el caso de carbono sin procesar. Si se desea la conversión en escorias, se pueden añadir aditivos que disminuyen el punto de fusión de las cenizas. Para esta finalidad, por ejemplo se puede añadir polvo de tiza a la materia prima M11. La escoria se descarga desde el segundo reactor a presión A21 por medio de un cierre a presión adecuado A28 desde el área de presión de la instalación de uso AB.

La segunda etapa de proceso se puede diseñar alternativamente de tal manera que el coque de pirólisis sin reaccionar al final del reactor a presión se transporte de nuevo al comienzo y de ese modo puede pasar a través del reactor una segunda vez. Esto permite un diseño más corto del reactor a presión.

La corriente del gas de síntesis M24 se descarga desde el segundo reactor a presión A21 y una parte principal M24a se pasa a través del intercambiador de calor adecuado A44, en el que la corriente de gas se refrigera hasta la temperatura que es adecuada para la síntesis de Fischer-Tropsch en la tercera etapa de proceso P3, a la vez que se genera por ejemplo vapor de proceso M50 para finalidades de proceso internas y/o vapor M52 para la generación de energía en una unidad de energía AF (no mostrada). Debido a las temperaturas más bajas, la presión cae y el equilibrio de las reacciones I, II y IV se desplaza, como resultado de lo cual la fracción de dióxido de carbono en el gas de síntesis se incrementa de nuevo. De la misma manera, el carbono sólido M94 se puede separar de la corriente de gas en forma de grafito. El carbono M94 se puede pasar como materia prima M11 , M12 de vuelta al ciclo, ser usado como material valioso en otras formas, o eliminado del sistema como materia residual.

Posteriormente la corriente de gas de síntesis M24a se pasa al separador ciclónico A47, en donde el polvo M92, que consiste principalmente en coque residual y cenizas, se separa. El polvo residual M92 se puede pasar de vuelta al primer reactor a presión A13 o al segundo reactor a presión A21 o ser tratado y/o descargado. En lugar del separador ciclónico, también se pueden usar otros dispositivos de purificación de la corriente de gas adecuados.

Si el carbono M94 no está separado, llega junto con la corriente de gas de síntesis en el reactor de Fischer-Tropsch A31 , donde puede ser separado o filtrado junto con el carbono formado como subproducto en la reacción de Fischer-Tropsch.

Dependiendo de la materia prima, se puede proporcionar adicionalmente un tratamiento de corriente de gas, para eliminar los materiales que interfieren en el gas de síntesis. En particular, pueden ser ventajosamente eliminados residuos que sean inconvenientes para la etapa de síntesis posterior. Por ejemplo, los compuestos de azufre pueden actuar como empobrecedores de la catálisis en la síntesis de Fischer-Tropsch.

El gas de síntesis M24 se suministra a través del regulador de presión A48 a un tercer reactor a presión A31 de la tercera etapa de proceso P3, en el que se realiza la síntesis de Fischer-Tropsch. El regulador de presión A48 reduce la presión al valor deseado para la tercera etapa de proceso. Para el ajuste de la relación deseada de monóxido de carbono/hidrógeno, se puede pasar un hidrógeno adicional M32 al interior del reactor de Fischer-Tropsch A31. De la misma manera, se suministran los catalizadores sólidos M37 necesarios.

En la síntesis de Fischer-Tropsch de la tercera etapa de proceso, el monóxido de carbono y el hidrógeno reaccionan de modo altamente exotérmico (aproximadamente 158 kJ/mol por elemento de la cadena de hidrocarburo a 250 °C) en presencia de catalizador heterogéneo (por ejemplo catalizador de hierro, cobalto, rutenio, níquel) para formar aléanos, olefinas, alcoholes, aldehidos y otros compuestos de hidrocarburo y derivados. Los subproductos son metano y carbono sólido, que se forman de la misma manera en reacciones altamente exotérmicas. Los parámetros exactos de la síntesis de Fischer-Tropsch, en particular la presión y la temperatura, dependen principalmente de los productos que hay que producir y no directamente en relación al principio funcional de una infraestructura de acuerdo con la invención o al proceso de acuerdo con la invención. Temperaturas de proceso más altas tienen una tendencia a producir longitudes de cadena más cortas y una deposición de carbono incrementada, mientras que presiones más altas tienden a longitudes de cadena más largas. Además, especialmente las presiones parciales presentes de monóxido de carbono, hidrógeno y agua tienen una gran influencia en los productos de síntesis.

Adecuados para la etapa del proceso de síntesis son, por ejemplo, procesos de Fischer-Tropsch de baja temperatura que se hacen funcionar, por ejemplo, a 210 a 250 °C, y principalmente producen productos similares al diesel y fracciones de cadena larga en la forma de ceras. Estas últimas se pueden usar adicionalmente, por ejemplo mediante hidrocraqueo.

Los procesos a alta temperatura que tienen temperaturas entre 320 350 °C producen a su vez fracciones considerables de metano, alcanos y alquenos de cadena corta y también fracciones relativamente altas de gasolina ligera. Para procesos a baja temperatura, son adecuados por ejemplo reactores de haz tubular, en los que el gas de síntesis fluye desde la parte superior a la inferior a través de los tubos refrigerados cargados de catalizador. El gas de reciclado y los productos salen del tubo en la parte inferior.

Reactores particularmente adecuados son los reactores de suspensión (mostrados esquemáticamente en la Figura 8), en los que el catalizador sólido flota finalmente distribuido en el producto líquido (denominado así el proceso de Fischer-Tropsch de fango de Sasol). Los productos de reacción se separan de la fase líquida, mientras que los productos gaseosos salen del reactor como parte del gas de reciclado M25. El calor se elimina mediante los tubos de refrigeración suspendidos A32, generando de ese modo vapor M52, M50.

Los reactores de suspensión tienen una forma más simple de construcción de los reactores de haz de tubos y son por lo tanto menos costosos. Los catalizadores se pueden usar más eficientemente y son intercambiables durante la ejecución de la operación, lo que es ventajoso en el proceso cíclico de acuerdo con la invención.

Además, tal proceso tiene la ventaja de que el catalizador heterogéneo se puede regenerar continuamente mediante exposición mecánica de superficies nuevas sin usar de las partículas de catalizador durante la circulación. Esta manera el empobrecimiento por azufre del catalizador se puede compensar continuamente. Como consecuencia del mismo, si es apropiado, se puede prescindir de la eliminación del azufre de la corriente de gas de síntesis.

El vapor M51 , M50 obtenido mediante un dispositivo de refrigeración A32 contiene una energía térmica considerable, pero ésta no es aún suficiente para un uso eficiente, por ejemplo en una turbina de vapor de una unidad de energía AF. Es por lo tanto ventajosamente usado para la producción de vapor caliente M52, por ejemplo en el intercambiador de calor A44 para incrementar la eficiencia energética general de la instalación. La interacción entre la unidad de uso AB y una subunidad de generación de energía AF adicional de una instalación de uso A ya se ha considerado en las Figuras 3 a 5.

La corriente de gas M25 que sale del reactor de Fischer-Tropsch A31 , además de monóxido de carbono y gas hidrógeno sin reaccionar, contiene adicionalmente vapor de agua, dióxido de carbono y productos de reacción gaseosos M60. Una fracción de hidrocarburos altamente volátiles M60 se puede condensar a partir de la misma, por ejemplo usando una columna de refrigeración (no mostrada). De la misma manera, se puede condensar el agua M41 , y por ello eliminarse del gas de reciclado de ese modo de la corriente de material. De la corriente de gas de reciclado restante, una parte M25b se puede separar como producto del proceso. La corriente de gas de reciclado restante M25a se comprime en un compresor A42 y se recircula al primer reactor A13.

El transporte cíclico de la corriente de gas dentro de la instalación de uso A prosigue principalmente debido a las diferencias de presión que permanecen a lo largo del ciclo. Esta se genera principalmente por los dos compresores A41 , A42.

Dependiendo del diseño de la instalación, se puede prescindir de uno de los dos compresores, lo que disminuye los costes totales de la instalación. Si la instalación contiene solamente un compresor (tal como, por ejemplo, en la segunda realización de ejemplo de una instalación de uso en la Figura 9 descrita en el presente documento a continuación), la disposición aguas arriba del primer reactor A13 tiene la ventaja de que el compresor correspondiente A42 necesita comprimir un volumen de gas inferior que un compresor A41 entre la primera y la segunda etapas del proceso, en la que además la acumulación de los gases de pirólisis y el volumen total es mayor debido a la mayor temperatura o incluso entre la segunda y la tercera etapa de proceso.

Si se prescinde del compresor A41 , hay sólo una pequeña caída de presión entre los dos reactores A13, A21 , de modo que la primera y la segunda etapas de proceso prosiguen esencialmente a la misma presión. La corriente de gas circula entonces desde el compresor A42 a través del primer reactor A13, segundo reactor A21 y tercer reactor A31 de vuelta al compresor A42. Si, por el contrario, se prescinde del compresor A42, la presión es esencialmente idéntica dentro del tercer reactor A31 y el primer reactor A13. Se puede disponer también un compresor entre la segunda y la tercera etapas de proceso. Por razones de entropía, al menos un compresor u otro medio de transporte debe estar presente para transportar la corriente de gas y para mantener el funcionamiento del proceso.

Para la compensación de fluctuaciones temporales en la producción de gas debido a una materia prima heterogénea, se pueden proporcionar almacenamientos de presión (no mostrados) a lo largo del ciclo del gas M22, M24, M25. De modo similar, es posible también proporcionar un almacenamiento temporal para el coque de pirólisis M21.

Si la unidad de uso Ai de la Figura 8 se dimensiona comparablemente pequeña, y en correspondencia el caudal volumétrico M22 entre el primer reactor a presión A13 y el segundo reactor a presión A21 es comparativamente pequeño, el compresor A41 puede generar una diferencia de presión de varios kPa con un gasto energético razonable. La primera etapa de proceso puede funcionar entonces a una presión sustancialmente más baja que la segunda etapa de proceso. La primera etapa de proceso puede realizarse incluso a presión atmosférica o incluso a presión reducida.

Comienzo del funcionamiento de una instalación de uso A continuación en el presente documento se describirá ahora un procedimiento posible para el comienzo del funcionamiento de una instalación de uso A como se muestra en la Figura 8. Para el arranque de la instalación de uso A, el ciclo y las tres etapas del proceso se purgan y se rellenan con gas libre de oxígeno, ventajosamente con dióxido de carbono y/o monóxido de carbono y/o gas hidrógeno o mezclas de los mismos, es decir gas de síntesis. Posteriormente el segundo reactor A21 , relleno por adelantado con coque, se calienta, por ejemplo usando quemadores de gas. Para esta finalidad el segundo reactor se separa del ciclo, mediante el cierre de las conexiones correspondientes. Durante el calentamiento hasta la temperatura de funcionamiento deseada, el transporte A23 del coque dentro del reactor a presión A21 no está aún activado. Si es apropiado, se puede proporcionar una derivación temporal (no mostrada) en el ciclo, entre el intercambiador de calor A44 y el reactor a presión A21 , para poder circular el gas calentado en el sistema y para calentar de modo uniforme la sección de la instalación completa. La presión se incrementa de la misma forma hasta el valor planificado.

En paralelo al mismo, el primer reactor a presión A13, que también se ha rellenado con coque por adelantado, se separa del ciclo y se calienta hasta la temperatura de funcionamiento indicada de la primera etapa de proceso. La presión se lleva de la misma forma al valor deseado para la primera etapa de proceso. El transporte del material A15 en el primer reactor permanece aún desconectado. Sin embargo, el calentamiento debería tener lugar preferentemente sin materia prima, dado que la pirólisis de la materia prima por debajo de una temperatura de funcionamiento de seguridad mínima de 450 °C puede conducir a la formación de mezclas explosivas. El coque, por el contrario, ya está pirolizado, y sólo sirve para la alimentación del coque dentro de la segunda etapa de proceso, cuando se arranque posteriormente el ciclo.

De la misma manera el reactor de Fischer-Tropsch A31 se eleva hasta las condiciones de funcionamiento mientras que está separado del ciclo. Después de que se hayan alcanzado las condiciones de funcionamiento en las varias etapas del proceso de la instalación de uso, se arrancan lentamente los varios sistemas de transporte A15, A23, el ciclo se abre y los compresores A41 , A42 se activan, de modo que finalmente da como resultado un estado de equilibrio de la instalación de uso AB en los parámetros de funcionamiento deseados.

Una realización adicional de una unidad de uso AB de una infraestructura Z de acuerdo con la invención se muestra en la Figura 9. Por razones de claridad, los límites de la unidad de uso AB no se muestran.

A diferencia de la unidad de uso AB en la Figura 8, no se dispone ningún compresor entre el primer reactor a presión A13 y el segundo reactor a presión A21 , sino solamente una válvula antirretorno A53, de la que, sin embargo, se puede prescindir. La corriente de gas se transporta a través de la instalación por la caída de presión generada por el compresor A42. Dado que esta variante ventajosa sólo necesita un único compresor A42 que, además, puede tener un volumen de producción más bajo, los costos globales de la instalación AB se reducen.

En la variante mostrada, la corriente de gas de síntesis derivada M24b no se pasa directamente de vuelta al primer reactor A13, sino que en su lugar se dirige a través de un dispositivo de calentamiento A16 del reactor a presión A13 y se combina entonces de nuevo con el gas de síntesis M24a. Alternativa o adicionalmente, se puede proporcionar un dispositivo de calentamiento adicional A17, que se hace funcionar con el vapor de proceso M50.

Se dispone un intercambiador de calor A45 en la corriente de gas de reciclado M25a y sirve para el calentamiento de la corriente de gas de reciclado M25a por el vapor de proceso M50. La corriente de gas de reciclado por tanto en esta realización sirve también como el suministro de calor al primer reactor a presión A13, En el ejemplo mostrado, no se proporciona ninguna reducción de presión aguas arriba del reactor a presión A31. La presión en la tercera etapa de proceso se controla en este caso directamente por el control de presión en la segunda etapa de proceso y por la caída de presión posterior debida a la refrigeración de la corriente de gas de síntesis M24 en el ¡ntercambiador de calor A44 y por el compresor A42.

En una variante posible adicional del proceso de acuerdo con la invención, el reactor de Fischer-Tropsch de baja temperatura en la tercera etapa de proceso se sustituye por un reactor de Fischer-Tropsch de alta temperatura, en el que el catalizador está presente como polvo circulante en torbellino. Los hidrocarburos de cadena corta gaseosos que se forman preferencialmente en la síntesis de Fischer-Tropsch a alta temperatura y que después en una etapa de condensación permanecen en el reciclado, se separan mediante filtros de gas de perneado de las moléculas más pequeñas del gas de reciclado tales como el dióxido de carbono, monóxido de carbono, hidrógeno. Tales sistemas son conocidos, por ejemplo, de la industria petroquímica para la purificación de gas de petróleo. En el caso presente sirven para la generación de una primera fase de gas rica en hidrocarburos y la segunda fase de gas de bajo contenido de hidrocarburos. La fase de gas rica en hidrocarburos se usa adicionalmente como combustible para una segunda etapa del generador para la generación de energía eléctrica o se procesa hasta gas líquido y gas de petróleo. La segunda fase del gas baja en hidrocarburos y rica en dióxido de carbono se carga de vuelta al ciclo como gas de reciclado.

En otra variante más de una instalación de uso de una infraestructura de acuerdo con la invención, la tercera etapa de proceso P3, en lugar de un reactor de Fischer-Tropsch, contiene un reactor de síntesis de metanol en fase líquida. La síntesis de metanol en fase líquida conocida de la técnica anterior es particularmente adecuada para la producción de metanol con un alto rendimiento a partir de la síntesis de gas que tenga una fracción relativamente alta de dióxido de carbono. La síntesis tiene lugar en un "reactor de columna de burbujas de lechada" en la que el gas de síntesis se sopla dentro de una lechada de catalizador polvoriento en un aceite mineral inerte. La relación es altamente exotérmica y por ello es necesario un dispositivo de refrigeración. El metanol gaseoso producido sale del reactor a presión junto con el gas de síntesis sin reaccionar. Después de que se separen el aceite mineral arrastrado y el catalizador, se condensa el metanol.

El metanol es un producto base valioso para la industria química y se puede usar también como propulsor. El metanol puede, además, actuar como un aditivo para la gasolina, en la que, por ejemplo en Alemania, se permite una fracción de hasta el 3 % de metanol en la gasolina. El metanol puede en particular usarse también combustible M60 para una segunda etapa del generador.

Control y optimización de los parámetros de funcionamiento de una instalación de uso Los procesos de acuerdo con la invención mostrados en las Figuras 8 y 9 se basan en un flujo de materia cíclico a través de tres etapas del proceso P1 , P2, P3 de la unidad de uso AB, en la que el materia prima carbonosa M11 se suministra dentro del ciclo como fuente de carbono y fuente de energía y los productos de la etapa de síntesis se ramifican como productos de alto grado M60 o como combustibles M61 para la instalación de energía C de la infraestructura Z de acuerdo con la invención. La escoria M91 y otros materiales residuales M92, M93, M94 así como el vapor de agua en el gas de reciclado M25b, se eliminan continuamente del ciclo. El vapor producido en los intercambiadores de calor se usa por un lado como vapor de proceso M50 para el funcionamiento de la instalación, incrementando de ese modo la eficiencia y efectividad de la instalación. Por otro lado, el vapor sobrecalentado M51 , M52 se puede usar para generación de energía en una unidad de energía AF.

Esencialmente, en un proceso de uso de acuerdo con la invención, a partir de una materia prima M11 sólida heterogénea pero rica en energía que es difícil de usar, se produce un producto de nuevo rico en energía M60, M61 , concretamente las diferentes fracciones de la etapa de Fischer-Tropsch. Éstas posteriormente se pueden usar adicionalmente, por ejemplo como propulsores líquidos o como reactivos para la industria química. La energía necesaria para el funcionamiento de la instalación de uso AB se origina a partir de la reacción de oxidación parcial en la segunda etapa de proceso, en la que el exceso de energía química generada (en la forma de gas de síntesis) se convierte posteriormente de nuevo en la reacción de Fischer-Tropsch exotérmica de la tercera etapa de proceso en energía térmica en la forma de vapor M50, M51.

En una variante particularmente ventajosa de un proceso de generación de energía de acuerdo con la invención, o una infraestructura Z de acuerdo con la invención, respectivamente, se genera el vapor sobrecalentado M52 a partir de la materia prima 1 1 , para un funcionamiento a largo plazo de la unidad de energía de carga base AF y también combustible M61 para una operación flexible de una unidad de energía de carga de pico C.

Debido a la corriente de materia cerrada, circulante en el proceso, está presente un equilibrio dinámico durante el funcionamiento de la instalación de uso A. Los valores necesarios de los varios parámetros (presión, temperatura, composiciones químicas, velocidades de transporte, etc.) en las partes individuales de la instalación se determinan, entre otros, por la naturaleza de la materia prima usada. Para mantener un estado de funcionamiento constante, independiente de la materia prima heterogénea, se pueden controlar varios parámetros de funcionamiento.

Para la producción de hidrocarburos y otros productos en la tercera etapa de Fischer-Tropsch P3, la presión y la temperatura en el tercer reactor A31 son parámetros decisivos. La presión se puede controlar a corto plazo usando el compresor A42 mediante el incremento o disminución del rendimiento. La temperatura a su vez se puede controlar por medio del rendimiento de la refrigeración en el intercambiador de calor A32. A largo plazo la presión se puede controlar a través de la presión en la corriente de gas de síntesis M24, por un lado mediante el cambio de la presión de funcionamiento y la temperatura en la segunda etapa de proceso y por otro lado mediante el control del rendimiento de la refrigeración del intercambiador de calor A44 y de ese modo por la temperatura y la caída de presión en la corriente de gas de síntesis M24.

El control de la instalación de uso A es comparativamente simple, dado que la instalación funciona en un equilibrio con realimentación y para el control de unos pocos parámetros relevantes se puede modificar una multiplicidad de parámetros, los parámetros de funcionamiento individuales de los varios componentes de la instalación, que pueden influenciar el equilibrio lenta o rápidamente.

El proceso de uso de acuerdo con la invención se realiza preferentemente con una fracción de dióxido de carbono elevada. Esto, entre otras cosas, desplaza el equilibrio de la reacción IV al lado izquierdo (más monóxido de carbono). La elevada presión de funcionamiento de la instalación de uso entre 000 y 6000 kPa permite tal contenido de dióxido de carbono elevado, simultáneamente a una cantidad absoluta en cualquier caso tan alta como sea posible de monóxido de carbono y por ello de rendimiento del procesamiento. Son posibles de la misma manera presiones más altas o más bajas, pero menos eficientes.

La instalación de uso se puede optimizar con respecto a varios aspectos. Por ejemplo, si se han de producir principalmente materiales valiosos tales como, por ejemplo, hidrocarburos similares al diesel y similares al petróleo y ceras, etc., en la tercera etapa de proceso a partir de la biomasa neutra en dióxido de carbono tal como, por ejemplo, virutas de madera, el proceso se dirige hacia una relación tan favorable como sea posible entre los costes de la biomasa y el mantenimiento del funcionamiento y el valor de los materiales de alto valor generados. Por el contrario, se necesita tener menos en cuenta la emisión de dióxido de carbono, dado que en este caso es biomasa neutra en dióxido de carbono. Para mejorar el equilibrio ecológico adicionalmente, el suministro de energía externa (energía eléctrica, etc.) se puede reducir, con un consumo de biomasa simultáneamente elevado.

Si, por el contrario, el enfoque descansa en unos desechos saludables para el medio ambiente de los materiales contaminados con la mínima producción de dióxido de carbono, la instalación se hace funcionar de tal manera que se necesite eliminar del ciclo y liberarse al ambiente tan poco dióxido de carbono como sea posible. Esto entonces, como puede ser el caso, puede conducir a una demanda elevada de energía externa.

De la misma manera, la instalación de uso se puede optimizar hacia el máximo rendimiento de la materia prima, y así puede darse el caso de que coque de pirólisis sin procesar puede salir de la tercera etapa de proceso junto con la escoria. El coque de pirólisis, que es medioambientalmente poco problemático, se puede verter junto con la escoria. Tal variante es ventajosa por ejemplo cuando se necesita convertir grandes cantidades de material contaminado sin riesgo en una forma neutra en dióxido de carbono.

La temperatura de funcionamiento de la segunda etapa de proceso P2 se puede optimizar de la , misma forma. Así, por ejemplo, la temperatura de funcionamiento de la segunda etapa de proceso P1 de la unidad de uso AB se puede disminuir, para elevar el rendimiento cuantitativo en el segundo reactor A21. Esto entonces posiblemente conduce a que ciertos materiales volátiles en el gas de pirólisis M22 no sean ya craqueados y pasen junto con el gas de síntesis M24 al interior del reactor de Fischer-Tropsch A31. Por ello, por ejemplo, el benceno puede pasar desde la materia prima, por ejemplo desde aceite pesado, en cantidades relativamente pequeñas a los productos de la síntesis de Fischer-Tropsch. Estos materiales permanecen allí como parte del combustible líquido M61 , pero, si es necesario, se pueden también separar.

La Figura 10 muestra esquemáticamente una realización más ventajosa de una unidad de uso AB. Entre la primera etapa de proceso P1 y la segunda etapa de proceso P2, se dispone un intercambiador de calor A46, que sirve para el calentamiento de los gases de pirólisis M22 con vapor de proceso a la temperatura de funcionamiento de la segunda etapa de proceso, antes de la entrada dentro del segundo reactor a presión A21. Es posible también proporcionar al intercambiador de calor A46 gas de síntesis caliente M24.

El compresor A43 se dispone en la tubería de transporte del gas de síntesis M24, aguas abajo de un intercambiador de calor A44. Aunque el flujo en masa en este punto de la instalación es el más grande, debido a la temperatura ampliamente disminuida aguas abajo del intercambiador de calor A44, el volumen de gas que debe manejar el compresor A43 es más pequeño y la temperatura de funcionamiento es favorable para el compresor, dado que es más baja.

En la unidad de uso mostrada AB, no se proporciona ningún separador ciclónico para la separación de componentes sólidos M92 en la corriente de gas de síntesis. El polvo residual M92, M94 entra sin ser afectado dentro de la tercera etapa de proceso P3 donde se enlaza en la fase líquida del reactor de síntesis A31. Dado que el polvo residual no es soluble en hidrocarburos, se puede filtrar sin gran esfuerzo. Prescindir del separador ciclónico reduce los costes de la instalación de uso AB.

Una realización ventajosa adicional de una unidad de uso AB de una infraestructura Z de acuerdo con la invención se muestra en la Figura 1 1 , que es particularmente adecuada para la producción de combustibles líquidos M61 a partir de biomasa sin contaminar tal como, por ejemplo, virutas de madera. En esta variante, los gases de pirólisis M22 no se pasan al interior de la segunda etapa de proceso P2, sino a la tercera etapa de proceso P3, el gas de síntesis M24 no se pasa al interior de la tercera etapa de proceso P3 sino a la primera etapa de proceso P1 y el gas de reciclado M25 no se pasa al interior de la primera etapa de proceso P1 , sino a la segunda etapa de proceso P2.

En la primera etapa de proceso P1 , la corriente de gas de síntesis M24 calienta el material de pirólisis y mantiene la temperatura de funcionamiento. La corriente de gas de pirólisis M22 que sale de la primera etapa de proceso, además de los gases de pirólisis reales, contiene entonces la fracción del gas de síntesis de la segunda etapa de proceso, que realiza de ese modo aquí un bucle a través de la primera etapa de proceso.

En la segunda etapa de proceso P2, la fracción del gas de síntesis en los gases de pirólisis M22 reaccionan, mientras que las fracciones del gas de pirólisis M23 que no se han condensado ya en el intercambiador de calor A45 se disuelven en la fase líquida del reactor de síntesis A31. Dado que en el caso de uso directo de los productos M60 de la tercera etapa de proceso como propulsores o como combustibles para el segundo dispositivo de accionamiento C1 1 los requisitos de pureza no son particularmente altos, se puede prescindir del craqueado de los gases de pirólisis. El propulsor o combustible M61 se purifica posteriormente, para eliminar los residuos no adecuados tales como, por ejemplo, ácidos orgánicos, etc. Las fracciones condensadas M23 del gas de pirólisis, que tienen un punto de fusión y un punto de ebullición bajo y contienen una porción considerable de alquitrán, pueden ventajosamente ser suministradas al interior de la segunda etapa de proceso como aditivo sólido o líquido M23.

La corriente de gas de reciclado M25 se comprime posteriormente A42, calienta A46 y se pasa al interior de la segunda etapa de proceso P2 y así de nuevo se forma un ciclo. Dado que el craqueado de los gases que se introducen en el reactor a presión A21 no es necesario, la segunda etapa de proceso se puede ejecutar a una temperatura de funcionamiento inferior.

La Figura 12 muestra una realización de una unidad de uso B, en la que la primera etapa de proceso y la segunda etapa de proceso P1 , P2 se realizan en un reactor a presión compartido A24. La pirólisis tiene lugar en una primera cámara A25 del reactor A24 y la gasificación en una segunda cámara A26. Las dos cámaras A25, A26 se forman mediante una pared de división A27 dispuesta en e| reactor a presión A24, que tiene un taladro pasante a través del que el sistema de transporte compartido transporta el coque de pirólisis M21 y a través del que circula el gas de pirólisis M22. La pared de división A27 sirve principalmente para aislar térmicamente las dos cámaras A27, A26 de modo que se pueden implementar diferentes temperaturas de funcionamiento en las dos etapas del proceso. Es posible también equipar dicho reactor a presión compartido con más de una cámara;.

Instalación de energía para la generación de la energía del pico de carga Si un dispositivo de accionamiento C1 1 de una instalación de energía C de una infraestructura de acuerdo con la invención se configura como un motor de combustión, en una variante ventajosa de dicho dispositivo de accionamiento se puede usar el agua M40 como un medio de expansión adicional. Para esa finalidad, después de la ignición del proceso de combustión, por ejemplo después de un autoencendido de la mezcla de combustible-aire comprimido en un motor diesel, se inyecta una cierta cantidad de agua dentro del cilindro. Esta agua, que preferentemente se dispersa finamente, se vaporiza posteriormente por la energía calorífica de la reacción de oxidación exotérmica. De modo que el aumento en la presión de gas resultante del volumen de gas debido al vapor de agua se añade a la generación de energía cinética, en la que, sin embargo, al mismo tiempo la temperatura de la mezcla global de los gases de combustión y vapor de agua se reduce. Esto, sin embargo, no es problemático, o incluso es deseable, dado que debido a la densidad de energía más alta de una reacción con oxígeno puro, ésta tiene lugar a temperaturas de reacción considerablemente más altas, lo que aumenta la eficiencia termodinámica, pero también los esfuerzos de los componentes del dispositivo de accionamiento C11.

Alternativamente, se puede proporcionar el agua también como vapor de agua M50. Una cierta cantidad de agua líquida se puede proporcionar también mezclada con el combustible líquido. A elevadas temperaturas de reacción, el vapor sobrecalentado actúa adicionalmente como agente de oxidación adicional, además del oxígeno.

En adelante en el presente documento, en la Figura 13, se describirá y explicará con más detalle el modo de funcionamiento de dicho dispositivo de accionamiento C11 posible para una instalación de energía de carga de pico C para una infraestructura Z de acuerdo con la invención, con referencia al ejemplo de un motor de combustión en la forma de un motor de pistones con un cilindro. Análogamente, los dispositivos de accionamiento C11 que se diseñan como motores de combustión se pueden diseñar también como turbinas o motores Wankel, etc. Los gases de combustión caliente se usan de acuerdo con el principio funcional del tipo respectivo de motor de combustión para la realización de trabajo mecánico, por ejemplo para el funcionamiento de una instalación de generador, y en el transcurso de la que se expanden parcialmente. Posteriormente el gas de oxidación M27 sale de la cámara de combustión. Por ello, por ejemplo en un motor de combustión diseñado como un motor de pistones de cuatro tiempos, en el tercer tiempo la mezcla de gas de combustión M27 se expulsa del cilindro, y se comprime posteriormente y refrigera.

De la misma manera, es posible implementar un dispositivo de accionamiento C1 1 como un motor térmico con combustión externa, por ejemplo como un motor de vapor o una turbina de vapor.

El motor de combustión C1 1 mostrado en la Figura 13 comprende un cilindro C22 y un pistón C23 dispuesto de modo móvil en su interior, que juntos forman una cámara de combustión cerrada C21. Con un dispositivo de alimentación C27 que sólo se muestra esquemáticamente, que en un primer tiempo introduce oxígeno M31 en la cámara de combustión C21 en expansión. Posteriormente, en un segundo tiempo, el oxígeno M31 se comprime y al final del segundo tiempo, se introduce el combustible M61 en la cámara de combustión C21 mediante el dispositivo de alimentación C29 y se quema. En el tercer tiempo posterior, los gases de combustión que se expanden M27 realizan el trabajo mecánico y durante un cuarto tiempo los gases de combustión M27 parcialmente expandidos se descargan desde la cámara de combustión C21 mediante un dispositivo de ventilación C24, que no se muestra con más detalle.

Los gases de oxidación calientes M27, que esencialmente consisten solamente en dióxido de carbono y vapor de agua, se refrigeran posteriormente en un intercambiador de calor C12 aguas abajo. Se reduce de ese modo el volumen de estos gases de oxidación M27. Como resultado de la refrigeración la mayor parte del agua M41 se condensa y se separa. El gas residual remanente M26, que esencialmente consiste solamente en dióxido de carbono y posiblemente fracciones residuales de monóxido de carbono y combustibles sin reaccionar, se comprime en un compresor C13 dispuesto en serie y se recoge en el almacenamiento a presión BB. La etapa de condensación C12 aguas arriba de la compresión disminuye en este proceso la formación no deseada de gotas de agua de condensación en el compresor C13.

El motor de combustión C1 1 representado no comprende ninguna emisión. Dado que el dispositivo no se hace funcionar con aire o mezclas de gas similares como agente oxidante, no se pueden formar tampoco contaminantes específicos del aire tales como, por ejemplo, óxidos de nitrógeno. El agua formada en la combustión no es un problema y puede ser separada. El dióxido de carbono se conduce como gas residual M26 al interior del ciclo de la instalación de uso AB. Las fracciones sin quemar del combustible se condensan o bien junto con el agua o bien separadas del mismo o se comprime junto con el dióxido de carbono. Los gases de oxidación M27 del dispositivo de accionamiento C1 1 también se pueden pasar sin refrigeración directamente a la primera o a la segunda etapa de proceso.

Si la instalación de energía de carga de pico C está espacialmente separada de la instalación de uso A y no es practicable una línea de retorno directa para los gases residuales M26, éstos pueden ser también comprimidos de modo elevado y transportados de vuelta a alta presión en almacenamientos a presión BB desde la instalación de energía C a la instalación de uso A.

Una realización posible adicional de un dispositivo de accionamiento C11 diseñado como un motor de combustión se muestra esquemáticamente en la Figura 14. En esta variante se introduce agua M400 en el interior de la cámara de combustión C21 por medio de un dispositivo de alimentación C28 sólo mostrado esquemáticamente. Este prosigue preferentemente de manera tal que durante o después de la reacción de combustión se inyecta una cantidad definida de agua en estado líquido o gaseoso dentro de la cámara de combustión C21 y se distribuye finamente. Esta agua se calienta mediante el calor de combustión, con lo que se incrementa el volumen de gas completo en la cámara de combustión C21 y de ese modo también la presión del gas o el volumen de gas disponible para la realización de trabajo mecánico. En correspondencia, se puede disminuir la cantidad de combustible, sin cambio en la potencia.

Alternativa o adicionalmente, el agua M40 se puede introducir también dentro de la corriente de gas de oxidación M27 cuando sale de la cámara de combustión C21. Tal vanante tiene la ventaja de que la reacción de combustión en la cámara de combustión puede proseguir eficientemente a temperaturas tan altas como es posible y simultáneamente la temperatura resultante de la corriente de gas de oxidación es tan baja que los equipamientos posteriores C12, C13 están menos sometidos a esfuerzos.

La cantidad de agua y el tiempo de inyección se ajustan a la alimentación de combustible M61 y el oxígeno M31 de tal manera que la reacción de combustión puede tener lugar de modo eficiente. Ventajosamente, la temperatura resultante durante la reacción de oxidación es esencialmente tal que se consigue una eficiencia termodinámica del motor térmico tan alta como es posible. Cuanto mayor sea la cantidad de agua usada, menor es además la fracción relativa de dióxido de carbono en los gases de reacción, lo que reduce la cantidad de gas residual M26 remanente después de la condensación del agua M41.

En la realización mostrada en la Figura 14, los gases de oxidación M27 se comprimen primero; en un compresor C13 antes de que sean refrigerados posteriormente en el intercambiador de calor C12. Esta variante se puede combinar también con el motor de combustión C11 sin inyección de agua de la Figura 13, y viceversa y se puede usar en general para un dispositivo de accionamiento C11.

La energía necesaria para el funcionamiento del compresor de un dispositivo de accionamiento C11 la genera ventajosamente el dispositivo de accionamiento en sí. Como una consecuencia de ello, la eficiencia que se puede conseguir del dispositivo de accionamiento disminuye, pero al mismo tiempo la liberación de emisiones desde dicho dispositivo se consigue de ese modo. Además, la potencia que puede conseguirse con las mismas dimensiones de motor es mayor, lo que de nuevo compensa la pérdida de potencia. El compresor puede, por ejemplo, ser accionado a través de un engranaje adecuado directamente por el cigüeñal de un motor de combustión de pistones.

Si el dispositivo de accionamiento C1 1 comprende una turbina, el compresor se puede fijar directamente en el mismo eje. Directamente, posteriormente al proceso de expansión, los gases de oxidación se pueden condensar a continuación y la corriente residual remanente ser comprimida.

En otra variante de un dispositivo de accionamiento, diseñado como un motor de pistones, después de la combustión los gases de combustión están ya precomprimidos dentro de la cámara de combustión en el tercer tiempo y solamente se descargan mediante el dispositivo de ventilación C24. Si es apropiado, el compresor aguas abajo C13 también se puede omitir.

Tal realización es posible también en una variante de dos tiempos, debido a que en un dispositivo de accionamiento la nueva carga de la cámara de combustión con mezcla de reacción (combustible M61 , oxígeno M31 , agua 40) puede proseguir muy rápidamente. En un segundo tiempo hacia arriba, los gases de combustión están precomprimidos y hacia el final del recorrido se liberan de la cámara de combustión. El oxígeno gaseoso se puede soplar dentro la cámara de combustión a alta presión al final del recorrido hacia arriba, dado que para una reacción de combustión completa se requiere comparativamente poco oxígeno y el agua se presenta como agente de expansión adicional. El combustible líquido M61 y el agua M40 como agente de expansión pueden en cualquier caso ser inyectados dentro de la cámara de combustión C21 muy rápidamente a una alta presión.

El consumo de energía del compresor C13 se puede optimizar mediante una combinación adecuada con uno o más intercambiadores de calor o elementos de refrigeración, en los que el volumen de gas se puede reducir mediante la disposición de la energía térmica de los gases de reacción en un sumidero de calor interno o externo.

Por medio del intercambiador de calor/condensador C12, se puede generar vapor, que puede o bien servir para incrementar la eficiencia de una unidad de energía AF de la instalación de uso o para obtener vapor de proceso M50 para el funcionamiento de la unidad de uso AB de la instalación de uso.

La Figura 15 muestra una variante de realización particularmente ventajosa de una instalación de energía de carga de pico C, que tiene un dispositivo de accionamiento C1 1 que se construye como una turbina combinada de gas/vapor. En una cámara de combustión aguas arriba C21 , se quema el combustible M61 con oxígeno M31 en un quemador C25, formando una cámara de combustión muy caliente. El agua se introduce en la cámara de combustión C21 , preferentemente como agua líquida sobrecalentada teniendo una temperatura de, por ejemplo 250 °C y una presión de 5000 kPa. El vapor resultante se mezcla con los gases de escape de la combustión de tal manera que se forma un gas de oxidación M27a caliente (por ejemplo 60 °C) con una elevada fracción de vapor sobrecalentado, que sale de la cámara de combustión C21 y se convierte, en un dispositivo de turbina C30 aguas abajo, en trabajo mecánico con el que, a su vez, se acciona un dispositivo generador C31. Dependiendo del diseño, la mezcla de gas en la cámara de combustión se comporta isocóricamente, de tal manera que aumenta la presión del gas, o isobáricamente, de tal manera que aumenta el volumen de gas en consecuencia o aumentan tanto el volumen como la presión. Por ello el siguiente dispositivo de turbina C30 se debe también diseñar de modo correspondiente. Las turbinas adecuadas C30 son conocidas de la técnica anterior y en general tienen múltiples etapas de proceso. En una variante alternativa, el vapor de proceso M50 parcialmente expandido se puede extraer aguas abajo de una etapa de alta presión del dispositivo de turbina C30 y se pueden usar en otras formas.

El gas de oxidación expandido M27b se pasa al interior del condensador/economizador C12 en donde se condensa el agua M41 y se separa. El gas residual restante M26 que contiene esencialmente dióxido de carbono, se comprime en un compresor M13 y se transporta al interior de la primera etapa de proceso P1 y la instalación de uso AB. El compresor C13 se acciona ventajosamente directamente por medio de la turbina C30.

En lugar de en la cámara de combustión C21 , el agua M40 se puede mezclar también con la corriente de gas de oxidación M27a aguas abajo de la cámara de combustión C21 , por ejemplo por medio de una tobera Venturi.

En el dispositivo de accionamiento C1 1 , la cantidad de agua M40 y la cantidad de mezcla de combustión M61 , M31 y los parámetros que se pueden elegir adicionalmente, se ajustan ventajosamente entre sí de tal manera que la turbina aguas abajo consigue un uso de la energía tan elevada como es posible. Al mismo tiempo, la fracción de agua en la mezcla de gas de oxidación M27b debe ser tan alta como sea posible. Por un lado, de esta forma se consigue a través del condensador C12 una caída de presión tan elevada como es posible de la mezcla de gas, lo que incrementa la diferencia de presión total a través de la turbina C30 y de ese modo su eficiencia. Por otro lado, queda menos gas residual M26 que se deba comprimir C13.

Una ventaja adicional de introducir vapor dentro de la cámara de combustión es el efecto de refrigeración del vapor M50. La oxidación exotérmica de la mezcla de combustible M60, M31 puede conducir a temperaturas muy altas de hasta 1000 °C o incluso 2000 °C. Tales temperaturas crearían muchas tensiones en las estructuras de la cámara de combustión C21 y del dispositivo de turbina C30 aguas abajo. El vapor de agua comparativamente frío se introduce preferentemente dentro de la cámara de tal manera que aisle las paredes de la cámara de combustión C21 de la llama C21 muy caliente. El vapor finalmente enfría la mezcla de gas completa a 600 °C a 800 °C, lo que disminuye la carga térmica de las aletas de la turbina, y en correspondencia incrementa su vida útil.

Además de los aspectos anteriormente mencionados, el dispositivo de accionamiento mostrado difiere por ejemplo de una turbina de gas convencional también en que no se conecta ningún compresor aguas arriba de la cámara de combustión. Esto permite un diseño significativamente más simple que la cámara de combustión C21 que en una turbina de gas. Dado que los combustibles M61 se queman con oxígeno puro M31 , la densidad de energía que puede conseguirse es mayor que con el uso de aire con su reducida fracción de oxígeno. Para incrementar la cantidad de oxígeno que se puede introducir por Unidad de tiempo dentro de la cámara de combustión C21 , se puede presurizar el oxígeno por adelantado. El dispositivo de turbina C30 se puede diseñar como una turbina de vapor, dado que los intervalos de temperatura y de presión del gas de oxidación M27a son esencialmente los mismos.

En funcionamiento normal, el dispositivo de accionamiento C1 1 de la instalación de energía C permanece en un funcionamiento sin carga. Una pequeña cantidad de vapor mantiene la turbina C30 en movimiento, mientras que el dispositivo generador no produce energía eléctrica. Si ahora se incrementa la demanda de potencia eléctrica, en un periodo de tiempo corto, la mezcla de combustible 31 , M60 se inyecta dentro de la cámara de combustión C21 y se enciende con el dispositivo de ignición (no mostrado). Al mismo tiempo, la cantidad de agua inyectada M40, M50 se incrementa. La turbina C30 se acelera ahora y el generador C31 comienza funcionar.

El dispositivo de accionamiento C11 puede estar también permanentemente un funcionamiento, por ejemplo en el 10 % al 50 % de la potencia de la instalación del generador de carga base AF. Cuando se incrementa la demanda de potencia eléctrica, la instalación C puede ser llevada a su potencia máxima en un tiempo muy corto, por ejemplo al 500 % de la potencia de la instalación de generador de carga base AF. Una infraestructura Z de acuerdo con la invención puede de ese modo adaptar la potencia total muy dinámicamente a través de un amplio intervalo. La instalación de energía de carga de pico C puede tener también una pluralidad de cámaras de combustión C21 y/o dispositivos de turbina C30.

Construcción modular de la instalación En una realización particularmente ventajosa de una infraestructura de acuerdo con la invención, los componentes de instalación individuales se dimensionan y construyen de tal manera que se pueden desmontar de modo eficiente en módulos individuales, que se pueden transportar en camión y pueden posteriormente ser vueltos a montar. Particularmente ventajoso es un dimensionamiento máximo de los módulos que permita un transporte sin medios de transporte especiales.

Dicha infraestructura modular de acuerdo con la invención tiene la ventaja de que se puede establecer sólo temporalmente, por ejemplo para un tiempo de funcionamiento de sólo algunos años o incluso sólo meses. Tan pronto como ya no exista la demanda, se puede desmontar y reconstruir en una nueva localización. Tal infraestructura es particularmente útil, por ejemplo, en la industria de minería, cuando en áreas de minería remotas se debe construir en un tiempo corto una infraestructura de energía relativamente grande, que ya no se requerirá al final de la actividad de minería. Por ejemplo, se puede usar una instalación de uso de una infraestructura de acuerdo con la invención, por ejemplo, para la producción de combustible diesel a partir de biomasa que crece localmente y materiales de residuo carbonosos, para vehículos y generadores de potencia eléctrica de una minería a cielo abierto remota y/o la energía eléctrica para funcionamiento de la infraestructura.

Las instalaciones de acuerdo con la invención son particularmente adecuadas para una arquitectura modular. En particular, los reactores de la primera y segunda etapas del proceso se pueden construir como reactores horizontales, que tienen una sección transversal comparativamente pequeña sin reducir el rendimiento. El reactor se alarga simplemente en la dirección longitudinal. El reactor se puede montar en la dirección longitudinal con una pluralidad de módulos embridados juntos. El reactor de síntesis se puede escalar mediante el uso de una pluralidad de reactores en paralelo.

Se han mostrado y descrito anteriormente varias realizaciones. Sin embargo, es obvio para un experto en la materia que se pueden realizar varias alteraciones y modificaciones sin separarse del principio de la invención.

LISTA DE SIGNOS DE REFERENCIA Z Infraestructura para la generación libre de emisiones de energía e hidrocarburos y otros productos mediante el uso de materiales carbonosos A Instalación de uso AB Unidad de uso AC, AD, AE · Subunidades de la primera, segunda y tercera etapas de proceso de la unidad del ciclo A11 Cierre a presión A13 Reactor de pirólisis, primer reactor a presión A14 , Cuerpo a presión A15 Rejilla móvil A16. A17 Dispositivo de calentamiento A21 : Reactor de gasificación, segundo reactor a presión A22 Cuerpo a presión A23 Rejilla móvil A24 Reactor a presión compartido de la primera y segunda etapas del proceso A25 Primera cámara A26 Segunda cámara A27 Pared de división A28 Cierre a presión A31 Reactor de Fischer-Tropsch, reactor de síntesis A32 Refrigeración de la etapa de síntesis, caldera en el ciclo de vapor de la unidad de energía AF A41 , A42, A43 Compresor A44, A45, A46 Intercambiador de calor, sobrecalentador del ciclo de vapor de la unidad de energía AF A47 Separador ciclónico A48 Reductor de presión A49, A50, A51 , A52 Válvula de corte A53 Válvula antirretorno AF Unidad de energía de la instalación de uso, componente de la instalación para la generación libre de emisiones de la energía de carga base A61 Dispositivo de accionamiento A62 Turbina de vapor A63 , Condensador, economizador A64 ·. Dispositivo generador A65 , Ciclo de refrigeración externo A66 . Bomba AG Unidad de descarga, componente de la instalación para la descarga y tratamiento de cenizas y materiales : residuales A91 Silo, contenedor de almacenamiento AH Unidad de tratamiento, componente de la instalación para el tratamiento y suministro de materiales carbonosos A92 ' Depósito de escoria B Instalación para el transporte y almacenamiento temporal de combustibles y gases de oxidación entre la instalación de uso y la instalación de energía BA , Unidad de almacenamiento de combustible BB Unidad de almacenamiento de gas de oxidación BC Barco, tren, tubería, medios de transporte C Instalación de energía, componente de la instalación para la generación libre de misiones de energía de carga de pico mediante el uso de combustibles carbonosos desde la instalación de uso C1 Dispositivo de accionamiento C12 Condensador/economizado C13 Compresor C14 Ciclo de refrigeración externo C21 Cámara de combustión C22 Cilindro C23 Pistón C24 Dispositivo de ventilación C25 Quemador ¡ C26 Llama C27 Dispositivo de alimentación para oxígeno C28 Dispositivo de alimentación para agua C29 Dispositivo de alimentación para combustible C30 Turbina C31 Dispositivo generador D Instalación para la generación y suministro de energía química externa, componente de la instalación para la producción de hidrógeno DA Unidad de energía eólica DB Unidad de energía solar DC Unidad electrólisis DD Industria de producción de hidrógeno DE Unidad de almacenamiento temporal DF Unidad de almacenamiento temporal DG Barco, tren, tubería, medios de transporte E1 Energía eléctrica/mecánica (carga base) E2 Energía eléctrica/mecánica (carga de pico) E3 Energía eléctrica suministrada E4 Energía térmica P1 Primera etapa de proceso P2 Segunda etapa de proceso P3 Tercera etapa de proceso P6 Entrada de materiales carbonosos P7 Descarga de los residuos , M10 Materia prima carbonosa sin tratar M11 , M12 Materia prima carbonosa , M13 Combustibles adicionales M14 Combustible adicional M17 Materiales residuales clasificados, material de reciclado M21 Coque de pirólisis M22 Gas de pirólisis M23 Fracciones de baja volatibilidad del gas de pirólisis M24, M24a, M24b Gas de síntesis M25, M254a, M25b Gas de reciclado M26 Gas residual M24, M24a, M24b Gases de oxidación M31 Oxígeno, agente oxidante M32 Gas hidrógeno M33 Dióxido de carbono M37 Catalizador M40 Agua, agua de proceso, agua de alimentación M41 Condensado, agua condensada M50 Vapor de proceso M51 , M52, M53 Vapor en el ciclo de turbina M60 Productos de la etapa de síntesis M61 Productos de la etapa de síntesis, combustible M90 Residuos M91 Escoria, ceniza, residuos M92 Polvo residual M93 Residuos M94 Grafito, carbón activado, residuos carbonosos t Tiempo P Potencia Pa Contenido calorífico Pb Potencia térmica de una estación de generación convencional Pe, Pd , Pc2 Potencia de carga base Pd Potencia térmica efectiva de una infraestructura de acuerdo con la invención Pe, Peí , Pe2 Potencia total Pf Potencia de carga base de la unidad de energía de carga base Pg Potencia de producción de combustible de la instalación de uso

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un proceso para la generación de energía (E1 , E2, E4) y/o hidrocarburos y otros productos (M60, M61) libre de emisiones mediante el uso de materiales carbonosos (M10, M1 1), caracterizado porque en una primera etapa de proceso (P1 ) se suministran los materiales carbonosos (M10, M1 1) y se pirolizan, formándose coque de pirólisis (M21 ) y gas de pirólisis (M22); en una segunda etapa de proceso (P2), el coque de pirólisis (M21) de la primera etapa de proceso (P1 ) se gasifica, formándose el gas de síntesis (M24) y se eliminan la escoria y otros residuos (M91 , M92); y en una tercera etapa de proceso (P3), el gas de síntesis (M24) de la segunda etapa de proceso (P2) se convierte en hidrocarburos y/u otros productos sólidos, líquidos y/o gaseosos (M60, M61), que se descargan; en el que las tres etapas del proceso (P1 ,P2, P3) forman un ciclo cerrado, el gas excedente (M25) de la tercera etapa de proceso (P3) se pasa como gas de reciclado a la primera etapa de proceso (P1) y/o a la segunda etapa de proceso (P2), y el gas de pirólisis (M22) de la primera etapa de proceso (P1) se pasa a la segunda etapa de proceso (P2) y/o a la tercera etapa de proceso (P3).

2. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado porque se suministra hidrógeno (M32), preferentemente en la tercera etapa de proceso (P3).

3. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque se suministra dióxido de carbono (M33), preferentemente en la primera etapa de proceso (P1 ) o la segunda etapa de proceso (P2).

4. El proceso de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque hay una caída de presión a lo largo del ciclo.

5. El proceso de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la energía calorífica para las reacciones de pirólisis en la primera etapa de proceso (P1) se proporciona en parte o completamente mediante el retorno de una parte (M24b) del gas de síntesis caliente procedente de la segunda 5 etapa de proceso (P2) a la primera etapa de proceso (P1) y/o mediante la oxidación parcial de la materia prima carbonosa (M11) y el coque de pirólisis resultante (M21).

6. El proceso de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la primera etapa de proceso (P1) se realiza a una temperatura 10 entre 300 y 800 °C, preferentemente entre 450 y 700 °C y de modo particularmente preferente entre 500 y 600 °C.

7. El proceso de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, i caracterizado porque para la reacción de gasificación en la segunda etapa de 15 proceso (P2) se usa oxígeno (M31 ) y/o vapor (M50) y/o dióxido de carbono (M33) como agente de gasificación.

8. El proceso de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque, en la segunda etapa de proceso (P2), la energía térmica 20 requerida para la reacción de gasificación se suministra en parte o completamente desde el exterior, por ejemplo mediante dispositivos de calentamiento y/o intercambiadores de calor; y/o se genera mediante la oxidación de una parte del coque de pirólisis (M21) con un agente oxidante, en particular oxígeno ( 31). 25

9. El proceso de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la segunda etapa de proceso (P2) se realiza a una temperatura entre 600 y 1600 °C, preferentemente entre 700 y 1400 °C y de modo particularmente preferente entre 850 y 1000 °C.

10. El proceso de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la primera etapa de proceso (P1) y/o la segunda etapa de proceso (P2) se realiza a una presión de entre 100 y 6000 kPa, preferentemente entre 500 y 2500 kPa y de modo particularmente preferente entre 1000 y 1500 kPa.

1 1. El proceso de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la primera etapa de proceso (P1) y la segunda etapa de proceso (P2) se realizan en el mismo reactor a presión (A24).

12. El proceso de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la conversión en la tercera etapa de proceso (P3) se realiza usando una síntesis de Fischer-Tropsch o una síntesis de metanol en fase líquida.

13. El proceso de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la energía eléctrica y/o mecánica (E2) se genera (C11 , C31) mediante oxidación de los hidrocarburos y otros productos sólidos, líquidos y/o gaseosos (M61) de la tercera etapa de proceso (P3) para dar un gas de oxidación (M27) que consiste esencialmente en dióxido de carbono y agua.

14. El proceso de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado porque se usa oxígeno puro (M31) como agente oxidante.

15. El proceso de acuerdo con la reivindicación 13 ó 14, caracterizado porque se condensa agua y se separa de los gases de oxidación (M27).

16. El proceso de acuerdo con una de las reivindicaciones 13 a 15, caracterizado porque al menos una parte de los gases de oxidación (M27) se realimentan a la primera etapa de proceso (P1 ) y/o a la segunda etapa de proceso (P2) y/o a la tercera etapa de proceso (P3) del proceso de uso.

17. El proceso de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado porque la energía eléctrica y/o mecánica (E1) se genera mediante la refrigeración del gas de síntesis (M24) en un intercambiador de calor (A44, A46), formándose el vapor sobrecalentado (M50, M50, M51 , M52) y/u otro gas caliente, a partir del que se genera la energía eléctrica y/o mecánica (E1) usando un motor térmico (A62), preferentemente una turbina de vapor.

18. Una infraestructura (Z) para la generación de energía (E1 , E2, E4) y/o hidrocarburos y/u otros productos (M60, M61 ) libre de emisiones mediante el uso de materiales carbonosos (M10, M1 1 ) con una instalación de uso (A) que comprende una unidad de uso (AB) con una primera subunidad (AC, P1 ) para realizar una pirólisis de los materiales carbonosos (M10) para formar un coque de pirólisis (M21) y un gas de pirólisis (M22); una segunda subunidad (AD, P2) para la realización de una gasificación del coque de pirólisis (M21 ) para formar gas de síntesis (M24) y residuos (M91 , M92, M93, M94); y una tercera subunidad (AE, P3) para la realización de una conversión del gas de síntesis (M24) en hidrocarburos y/u otros productos sólidos, líquidos y/o gaseosos (M60, M61), caracterizada porque las tres subunidades (AC, AD, AE) de la unidad de uso (AB) están cerradas estancas a la presión y forman un ciclo esencialmente cerrado; una tubería de transporte para el gas de pirólisis (M22) conecta la primera subunidad (AC, P1) de modo estanco a la presión con la segunda subunidad (AD, P2) y/o con la tercera subunidad (AE, P3); una tubería de transporte para el gas de síntesis (M24) conecta la segunda subunidad (AD, P2) de modo estanco a la presión con la tercera subunidad (AE, P3) y/o con la primera subunidad (AC, P1 ); y una tubería de transporte para el gas de reciclado (M25) conecta la tercera subunidad (AE, P3) de modo estanco a la presión con la primera subunidad (AC, P1) y/o con la segunda subunidad (AD, P2).

19. La infraestructura de acuerdo con la reivindicación 18, caracterizada porque se dispone al menos un compresor (A41 , A42, A43) a lo largo de al menos una de dichas tuberías de transporte de la unidad de uso (AB).

20. La infraestructura de acuerdo con la reivindicación 18 ó 19, caracterizada porque cada una de las subunidades (AC, AD, AE) de la unidad de uso (AB) comprende uno o más reactores a presión (A14, A22, A224).

21. La infraestructura de acuerdo con una de las reivindicaciones 18 a 20, caracterizada porque la primera subunidad (AC) y la segunda subunidad (AD) de la unidad de uso (AB) comprenden un reactor a presión compartido (A24).

22. La infraestructura de acuerdo con una de las reivindicaciones 18 a 21 , caracterizada porque la tercera subunidad (P3, AE) de la unidad de uso (AB) comprende una etapa de síntesis de Fischer-Tropsch, y/o una etapa de síntesis de metanol en fase líquida.

23. La infraestructura de acuerdo con una de las reivindicaciones 18 a 24, caracterizada por una instalación de energía (C) que se dispone para la generación de energía eléctrica y/o mecánica (E2) y/o energía térmica mediante el uso de hidrocarburos y/u otros productos procedentes de la instalación de uso (A) como combustibles (M61).

24. La infraestructura de acuerdo con la reivindicación 23, caracterizada porque la instalación de energía (C) está prevista con un dispositivo de accionamiento (C1 1) para la generación (C31) de energía eléctrica y/o mecánica (E2) a partir de los combustibles (M61), en el que dicho dispositivo de accionamiento (C1 1 ) obtiene la energía necesaria para el funcionamiento a partir de la oxidación de los combustibles (M61 ) para dar un gas de oxidación (M27) que consiste esencialmente en dióxido de carbono y agua y comprende un dispositivo para la compresión (C13) y/o la condensación (C12) del gas de oxidación (M27).

25. La infraestructura de acúerdo con la reivindicación 24, caracterizada porque el dispositivo de accionamiento (C11 ) de la instalación de energía (C) se puede hacer funcionar con oxígeno puro (M31 ) como agente oxidante.

26. La infraestructura de acuerdo^ con la reivindicación 24 ó 25, caracterizada porque el dispositivo de accionamiento (C11) de la instalación de energía (C) comprende un intercambiador de calor (C12) para la refrigeración de la corriente de gas de oxidación (M27), aguas arriba y/o aguas abajo del dispositivo (C13) para la compresión y/o la condensación del gas de oxidación (M27).

27. La infraestructura de acuerdo con una de las reivindicaciones 24 a 26, caracterizada porque el dispositivo de accionamiento (C1 1 ) de la instalación de energía (C) comprende un dispositivo para la condensación y/o la separación del agua (M41) del gas de oxidación (M27).

28. La infraestructura de acuerdo con una de las reivindicaciones 24 a 27, caracterizada porque el dispositivo de accionamiento (C1 1 ) de la instalación de energía (C) está provisto de un almacenamiento (BB) para la recogida del gas de oxidación (M27) o el gas residual (M26) después de la compresión y/o la condensación del gas de oxidación (M27), respectivamente.

29. La infraestructura de acuerdo con una de las reivindicaciones 24 a 28, caracterizada porque el dispositivo de accionamiento (C11) de la instalación de energía (C) es un motor de combustión, con al menos una cámara de combustión (C21 ) para la combustión de combustible líquido o gaseoso (M61) con oxígeno (M31), con medios (C21 , C30) para convertir la presión de gas o el volumen de gas resultante en trabajo mecánico, con un dispositivo de alimentación (C27) para la introducción de oxígeno (M31) en la cámara de combustión (C21) y con un dispositivo de ventilación (C24) para eliminar los gases de oxidación (M27) de la cámara de combustión (C21).

30. La infraestructura de acuerdo con la reivindicación 29, caracterizada porque el dispositivo de accionamiento (C1 1) de la instalación de energía (C) está provisto de un dispositivo de alimentación (C28) para la introducción de agua (M40) y/o vapor (M50) en la cámara de combustión (C21) y/o en la corriente de gas de oxidación ( 27) después de la salida de la cámara de combustión (C21).

31. La infraestructura de acuerdo con una de las reivindicaciones 18 a 30, caracterizada porque la instalación de uso (A) comprende una unidad de energía (AF) para la generación de energía eléctrica y/o mecánica (E1 ), con al menos un dispositivo de accionamiento (A61 ) para la generación (A64) de energía eléctrica y/o mecánica (E1) a partir del vapor (M50, M50, M51 , M52) y/u otros gases calientes que se han generado o sobrecalentado en la unidad de uso (AB).

32. La infraestructura de acuerdo con la reivindicación 31 , caracterizada porque la unidad de energía (AF) de la instalación de uso (A) comprende un dispositivo de accionamiento (A61 ) para la generación (A64) de energía eléctrica y/o mecánica (E1 ) a partir del vapor (M50, M50, M51 , M52) y/u otros gases calientes que se han generado o sobrecalentado en la unidad de uso (AB); y porque en el ciclo de la unidad de uso (AB) al menos se proporciona un intercambiador de calor (A44, A45, A32) para calentamiento del vapor (M51 , M52) y/u otros gases, y/o para la generación de vapor (M50).

33. La infraestructura de acuerdo con una de las reivindicaciones 18 a 32, caracterizada por una instalación (D) para la producción de hidrógeno (M32) y medios para suministrar el hidrógeno a la unidad de uso (AB).