MXPA98003328A

MXPA98003328A - Metodo para producir producto oxidado y generarenergia utilizando una membrana de electrolito solido integrada con una turbina de gas

Info

Publication number: MXPA98003328A
Application number: MXPA/A/1998/003328A
Authority: MX
Inventors: Friedrich Gottzmann Christian; Francis Drnevich Raymond
Original assignee: Praxair Technology Inc
Priority date: 1997-04-29
Filing date: 1998-04-28
Publication date: 1999-05-31

Abstract

Un proceso para producir un producto oxidado junto con una turbina para generar energía. Este proceso comprende poner en contacto una corriente de gas que contiene oxígeno comprimido y calentado con por lo menos una membrana de transporte de ión de oxígeno de electrolito sólido en un reactor de membrana. Se pasa un reactivo dentro del reactor para generar un producto oxidado a partir de los mismos. Se agrega la corriente de retenido carente de oxígeno del reactor a una cámara de combustión de turbina de gas y se expande en una turbina de gas para generar energía.

Description

MÉTODO PARA PRODUCIR PRODUCTO OXIDADO Y GENERAR ENERGÍA UTILIZANDO UNA MEMBRANA DE ELECTROLITO SÓLIDO INTEGRADA CON UNA TURBINA DE GAS CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere a métodos para producir productos oxidados y generar energía utilizando una membrana iónica de electrolito sólido o de conductor mixto. En particular, esta invención está dirigida a métodos para producir gas de síntesis y generar energía utilizando una membrana ¡ónica de electrolito sólido o de conductor mixtointegrada con una turbina de gas.

REFERENCIA CRUZADA La Solicitud de Patente de los Estados Unidos de No. de Serie (No. de Caso del Apoderado 20288) titulada "Method of Producing Hydrogen Using Solid Electrolyte Membrane", presentada concurrentemente con la presente, está incorporada en la presente mediante la referencia.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En los sistemas de turbina de gas para generar energía, el aire alimentado es comprimido y quemado con un reactivo para elevar su temperatura y subsecuentemente se expande a través de una turbina para producir energía El equipo de producción de oxígeno se ha combinado con algunos de esos sistemas de turbina de gas para producir oxígeno a un costo incrementado Los sistemas de energía de turbina de gas se han combinado también con sistemas de generación de energía de vapor para generar energía adicional, donde el gas caliente expandido puede usarse para generar vapor Un tipo de equipo de producción de oxigeno utiliza una membrana de transporte de ion de electrolito solido El sistema de transporte de ion opera a una temperatura significativamente mas alta, en la escala desde aproximadamente 500°C hasta aproximadamente 1200°C, que la descarga de compresor de un sistema de turbina de gas, cuya temperatura de operación rara vez alcanza 375°C Ahora existen dos tipos de membranas de transporte de ion de electrolito solido en desarrollo Estas incluyen conductores iónicos que conducen solamente iones a través de la membrana y conductores mixtos que conducen tanto iones como electrones a través de la membrana Una membrana de transporte de ion que exhibe características de conducción mixtapuede transportar oxigeno cuando se somete a una relación de presiones parciales de oxigeno a través de la membrana sin la necesidad de un campo eléctrico aplicado o electrodos externos que serían necesarios con los conductores sólo de iones. Como se usa en la presente "sistema de transporte de ion de electrolito sólido" o, simlemente "electrolito sólido" o "membrana de transporte de ¡ón" se usa para designar ya sea un sistema que usa un sistema de tipo iónico (impulsado eléctricamente) o un sistema de tipo conductor mixto (impulsado a presión) a menos que se especifique de otra manera Los conductores mixtos son materiales que, a temperaturas elevadas, contienen huecos de ion de oxígeno móviles que proporcionan sitios de conducción para transporte selectivo de iones de oxígeno a través del material El transporte es impulsado por la relación de las actividades del oxígeno, es decir, las presiones parciales del oxígeno (p02) a través de la membrana , como iones de oxígeno que fluyen desde el lado con presiones parciales superiores de oxígeno superiores a aquellas con presión parcial inferior de oxígeno La ionización de las moléculas de oxigeno a iones de oxígeno tiene lugar en el lado del cátodo (o la zona del retenido) de la membrana Los iones de oxígeno se recombinan sobre la zona infiltrada entregando electrones Para los materiales que exhiben solamente conductividad iónica, los electrodos externos son colocados sobre las superficies del electrolito y los electrones son devueltos al cátodo en un circuito externo En los materiales de conducción mixta, los electrones son transportados al cátodo internamente, completando asi el circuito y obviando la necesidad de electrones externos. Se considera que la reacción del oxígeno infiltrado con el combustible tiene lugar sobre la superficie o en las capas de límite en lugar de la fase de volumen sobre el lado del ánodo (o la zona infiltrada). Las reacciones de oxidación parcial (Pox) que involucarn suministros carbonaceos son métodos comunes para producir gas de síntesis. La oxidación parcial se usa también para producir óxido de etileno, acrilonitrilo y otros productos químicos. El gas de síntesis, comprendido de monóxido de carbono e hidrógeno, es un gas industrial valioso y presusor importante para la elaboración de productos químicos que incluyen amoníaco, alcoholes (incluyenmdo metanol y alcolohes de carbono superiores), combustibles de síntesis, aldehidos, éteres y otros. Los suministros que incluyen gas natural, carbón, nafta y aceites combustibles se usan comunmente para producir gas de síntesis mediante reacciones de oxidación parcial o de reformación de vapor. Las reacciones de oxidación parcial pueden representarse como sigue: CmHn + m/2 02 = m CO + n/2 H2 , en donde CmHn es un suministro de hidrocarburo. Hasta un grado menor, la reformación de vapor puede tener lugar también, como se representa a continuación- CmHn + m H20 = m CO + (m + n/2) H2 . donde CmHn es un suministro de hidrocarburo Los procesos POx convencionales usan frecuentemente las moléculas de oxígeno producidas por los procesos de separación de gas tradicionales (por ejemplo, adsorción de giro de presión, destilación criogénica) que operan típicamente a una temperatura por debajo de 100°C. Ya que la POx misma requiere típicamente una alta temperatura de operación de más de 800°C, la integración entre la reacción de oxidación parcial y la separación de oxígeno tradicional no se efectúa mediante el proceso convencional. Como un resultado, la oxidación parcial convencional ha estado caracterizada frecuentemente por baja conversión del suministro, baja relación de hidrógeno a monóxido de carbono y bajas selectividades de hidrógeno y monóxido de carbono. Adicionalmente, el suministro de oxígeno externo requerido típcamente en una reacción de oxidación parcial se agrega de manera significativamente a los costos de capital y de operación, los cuales pueden sumar tanto como el 40% del costo de producción total de gas de síntesis. Debe observarse que el uso de una membrana de electrolito sólida para POx en un reactor electroquímico se ha descrito en las Patentes de los Estados Unidos 5,160,713 y 5,306,411 ambas de Mazanec et al., aunque ninguna de esas patentes describe procesos para hacer un producto oxidado junto con un uso sinergístico de un sistema de turbina de gas. Dos de las características más atractivas del sistema de membrana de transporte de ion son la infinita selectividad de la membrana para el transporte de oxígeno y su habilidad para transportar oxígeno desde una corriente de baja presión hasta una corriente de alta presión en tanto que existe una relación de presión parcial de oxígeno de más de 1, como es el caso cuando el oxígeno infiltrado reacciona con un gas combustible. Para el propósito de esta invención, los materiales de membrana de transporte de ¡ón wque transportan iones de oxígeno son considerados útiles para la separación de oxígeno desde las mezclas de gas que contienen oxígeno. Los tipos de materiales de membrana eficientes en el transporte de iones de oxígeno se describen en la Solicitud de Patente de los Estados No. de Serie 08/490,362, cedida en forma común, titulada "Method for Producing Oxygen and Generating Power Using a Solid Electrolyte Membrana Integrated with a Gas Turbine", presentada el 4 de Junio de 1995 y la solicitud presentada concurrentemente de No. De Serie , titulada "Method of Producing Hydrogen Using Solid Electrolyte Membrane", que están incorporadas a la presente mediante referencia. La Solicitud de Patente de los Estados Unidos No. De Serie 08/490,362 describe métodos para utilizar las altas temperaturas de cámara de combustión alcanzzadas por un sistema de generación de energía para impulsar un sistema de producción de oxígeno a temperaturas de operación aceptables para ambos sistemas. Esa solicitud describe también un método que produce de manera eficiente oxígeno y energía como los productos. Las Patentes de los Estados Unidos Nos. 5,516,359, 5,562,754. 5,565.017 y la- Publicación de Patente Europea No. 0 658 366 producen oxígeno en procesos que están integrados con una turbina de gas. No se considera que se haya hecho uso eficiente con anterioridad de los sistemas de transporte de ion para elaborar otros productos de gas químicos junto con las capacidades de generación de energía de turbina de gas. Aunque se conoice el concepto de integrar una unidad de separación de gas con los sistemas de turbina de gas no se ha considerado que se haya hecho uso sinergístico de la integración de energía entre la unidad de separación de aire en donde los productos oxidados se elaboran junto con los sistemas de turbina de gas con los que está integrada la membrana de separación de oxígeno de transporte de ¡ón.

OBJETOS DE LA INVENCIÓN Es por lo tanto un objeto de la invención proporcionar un proceso mejorado para hacer uso eficiente de un reactor de membrans de transporte de ion para elaborar productos oxidados, tales com gas de síntesis, en el que el reactor está integrado con un sistema de generación de energía para producir tanto energía como el producto oxidado Es otro objeto de la invención proporcionar un uso sinergístico de la descarga de gas a alta temperatura desde el sistema de transporte de ion para alimentar una cámara de combustión de turbina de gas de una manera sinergística, en donde se genera un producto oxidado tal como un gas de síntesis usando una membrana de electrolito sólido. Es otro objeto de la invención proporcionar un proceso que usa eficientemente el gas de retenido carente de oxígeno que surge desde un reactor de membrana de transporte de ion alimentándolo dentro de un sistema de generación de energía. Es otro objeto de la invención proporcionar un proceso que usa eficientemente la combinación de gas de oxígeno-infiltrado y reactivo (y, opcionalmente un moderador) para elaborar productos oxidados, tales como gas de síntesis, en un reactor de membrana de transporte de ion. Es un objeto adicional de esta invención proporcionar los sistemas de proceso que usan las altas temperaturas de combustión alcanzadas por un sistema de generación de energía para generar energía y para facilitar el tranmsporte de ¡ón en un reactor de membrana de transporte de ion.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Esta invención comprende un proceso para producir productos oxidados, tal como un gas de síntesis, junto con un sistema de turbina de gas para generarenergía. Este proceso incluye poner en contacto una corriente de gas que contiene oxígeno comprimida y calentada, típicamente aire, con por lo menos una membrana de transporte de ion de oxígeno de electrolito sólido en un reactor. El reactor tiene una zona de retenido y una zona infiltrada separadas por la membrana, en donde por lo menos una porción de oxígeno es transportada a través de la zona de retenido hacia la zona infiltrada para generar una corriente infiltrada y una corriente de retenido carente de oxígeno. Un reactivo tal como un hidrocarburo es pasado dentro de la zona infiltrada para reaccionar con el oxígeno transportado para generar el producto oxidado. La corriente de retenido carente de oxígeno se agrega a una cámara de combustión de turbina de gas donde es calentada mediante reacciones de combustión con un combustible y forma una corriente de gas carente de oxígeno quemada, la cual es recuperada desde la cámara de combustión de turbina de gas y expandida en un expansor de turbina para generar energía. En una modalidad alternativa, el gas de síntesis substancialmente libre de azufre es producida junto con una turbina para generar energía. Una corriente de gas que contiene oxígeno calentada y comprimida se pone en contacto con por lo menos una membrana de transporte de ion selectiva de oxígeno de electrolito sólido en un reactor de membrana. Este reactor tiene una zona de aliemntación y una zona infiltrada separadas por la membrana, en donde por lo menos una porción del oxigeno es transportada a través de la membrana desde la zona de aliemntación hacia la zona infiltrada para generar una corriente infiltrada y una corriente de retenido carente de oxígeno La corriente y el combustible son pasados dentro de la zona infiltrada para reaccionar con el oxígeno transportado para generar el gas de síntesis. El gas de síntesis es pasado dentro de un removedor de gas ácido para recuerar el azufre para formar un gas de síntesis substancialmente libre de ácido. La corriente de retenido carente de oxígeno es alimentada a una cámara de combustión de turbina de gas y la corriente de gas carente de oxígeno quemada recuperada desde la cámara de combustión de turbina de gas se expande en un expansor de turbina para generar energía. En una modalidad preferida, la corrienet de gas que contiene oxígeno comprimida es extraída desde el compresor de aire de la turbina de gas. El proceso comprende además obtener una corriente de gas carente de oxígeno, expandida desde la turbina y recuperar el calor desde la corriente de gas carente de oxígeno expandida. Se garega un moderador a la corriente de gas que contiene reactivo antes de hacer contacto con la membrana.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Otros objetos, características y ventajas serán ideadas por aquellos con experiencia en la técnica a partir de la siguiente descripción de las modalidades preferidas y los dibujos anexos, en los cuales: La figura 1 es una representación esquemática de los componentes principales de un sistema par elaborar un producto oxidado y generar energia de conformidad con esta invención; La figura 2 es una representación esquemática de un sistema para producir gas de síntesis y generar energía de conformidad con esta invención en el que el calor es recuperado desde el producto infiltrado y/o el escape de la turbina de gas para formar vapor para uso subsecuente, en donde además solamente una porción del gas que contiene oxígeno es dirigida hacia la membrana de transporte de La Figura 3 es una representación esquemática de un sistema similar al de la Fig 2 en donde solamente una porción del gas que contiene oxígeno es dirigida hacia la membrana de transporte de ion en una dirección a contracorriente del flujo contra el reactivo y ei moderardor y, el vapor generado desde el esacpe de la turbina de gas no es recuperado para uso en la membrana de transporte de ion como el moderador, La Figura 4 es una representación esquemática de otro sistema de confomidad con con la presente invención en donde el producto infiltrado entra a una unidad de gas ácido para purificar el gas de síntesis resultante del azufre y otras impurezas, el esacpe de ia unidad de ciclo combinado de gasificación pasa hacia la cámara de combustión de turbina de gas y, se usan el gas que contiene oxigeno complementario y las unidades de compresion/interenfpamiento de aire complementarias, La Figura 5 es una representación esquemática de un sistema de conformidad con esta invención en donde el gas que contiene oxigeno es dirigido hacia la membrana de transporte de ion en una dirección a contracorriente de flujo contra el reactivo y el moderador y una porción del gas que contiene oxígeno se usa para enfriar el gas de producto y se usa el gas que contiene oxígeno complementario; La Fig. 6 es una representación esquemática de otro sistema en donde el gas de retenido carente de oxígeno es enfriado parcialmente mediante el intercambio de calor antes de alimentarlo al ciclo de gas y en donde se usa el gas que contiene oxígeno complementario; y Las Figuras 7a y 7b son representaciones esquemáticas de un sistema comparativo para producir gas de síntesis y un ciclo de gas independiente para generar energía respectivamente.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La invención pude llevarse a cabo usando el calor generado por las reacciones de oxidación parcial para proporcionar por lo menos una parte de la energía necesaria para generar energía desde una turbina de gas. El aire improductivo (gas de retenido carente de oxígeno) es calentado por la energía térmica, conducida a través de la membrana de transporte de ¡ón, a partir de las reacciones de oxidación parcial. El aire improductivo calentado es introducido entonces dentro del sistema de turbina de gas para convertir el calor de las reacciones químicas en energía mecánica en tanto que se genera el producto oxidado en la zona infiltrada de la membrana de transporte de ion. La presente invención integra la combinación de sistemas (seprador) de reactor de oxidación parcial de membrana de transporte de ion con turbinas de gas. La oxidación parcial es la reacción principal en el reactor y es altamente exotérmica. La reacción de reformación de vapor, una reacción endotérmica, puede tener lugar, aunque preferiblemente, en una menor cantidad. Esta invención está dirigida a la producción de un producto oxidado tal como un gas de síntesis, así como a la producción de otros numerosos productos químicos, incluyendo aunque sin limitarse a metanol, amoníaco y urea, o para la producción de hidrógeno y/o monóxido de carbono para uso en las industrias química, petroquímica y de refinación. Como se usa en la presente, el término "zona de retenido" está definida como el área dentro del reatcor de membrana de transporte de ion confinada por las paredes del reactor, la entrada/salidas de gas y la membrana de transporte de ¡ón, en la que el gas que contiene oxígeno, generalmente aire alimentado, atraviesa y desde la cual el oxígeno fue transportado hacia un área separada a través de la membrana. La corriente de gas resultante en la zona de retenido es por lo menos parcialmente carente de oxígeno Como se usa en la presente, el término "zona infiltrada" se refiere al área dentro del reactor de membrana de transporte de ion en ia que se ha transportado el oxígeno desde la zona de retenido a través de la membrana de transporte de ion. Debido a la naturaleza infinitamente selectiva de oxígeno de la membrana de transporte de ion, el gas resultante que emerge desde la membrana en la zona infiltrada es gas de oxígeno puro. Como se usa en la presente, "producto oxidado" se refiere a productos que han sido parcial o completamente oxidados dentro de la zona infiltrada del reactor. Debe observarse que varias modalidades de esta invenciónn están dirigidas a sistemas de retroajuste que tienen ciertos componentes ya existentes o la incorporación dentro de diseños de turbina de gas existentes. El gas que contiene oxígeno complementario y los compresores de gas complementarios y/o unidades de interenfriamiento se usan para proporcionar el oxígeno necesario para la producción de productos oxidados tales como gas de síntesis y/o para combustión de pre-turbina. Los métodos de esta invención pueden usarse con una variedad de modificaciones al sistema descrito en la presente. La Fig. 1 describe una modalidad general de la misma. Como se muestra en el Sistema 100, Fig. 1, la corriente de gas que contiene oxígeno 105 pasa a través de la zona de retenido 101 del reactor de gas 115, que comprende por lo menos una membrana de transporte de ion de electrolito sólido. El reactor 115 está integrado con un sistema de turbina de gas 150, el cual comprende un compresor de gas 130. una cámara de combustión de turbina de gas 140 y una turbina de gas 120. Una porción de retenido de la corriente de gas que contiene oxígeno 105 que pasa a través del reactor 115 emerge como la corriente de gas de retenido carente de oxígeno 112, la cual es dirigida hacia la cámara de combustión de la turbina de gas 140. La corriente reactiva 110 se combina con el gas infiltrado de oxígeno que ha transportado a través de la membrana de transporte de ¡ón de electrolito sólido 103 dentro de la zona infiltrada 102, emerge como la corriente de producto de oxidación parcial 125 desde la misma. En una modalidad, el calentador 111 es un intercambiador de calor y la corriente de producto de oxidación parcial 125 (125a) y opcionalmente la corriente 112, son pasadas a través del intercambiador de calor 111. La corriente de producto de oxidación parcial 125 pasa a través del ¡ntercambiador de calor 111 para emerger como la corriente de producto de oxidación parcial enfriadora 127 En una modalidad preferida, la corriente de producto de oxidación parcial 125 es derivada desde la corriente de gas que contiene oxígeno 128 que pasa a través del compresor 130 ara emerger como la corriente de gas que contiene oxígeno comprimida 135. Una primera porción 134 de la corriente 135 atraviesa por el calentador 111 formando la corriente de gas que contiene oxígeno comprimida, calentada 105 antes de entrar al reactor 115 y opcionalmente la segunda porción 136 de la corriente 135 es dirigida hacia la cámara de combustión de la turbina de gas 140 La porción 136 de la corriente de gas que contiene oxígeno comprimida 135 entra a la cámara de combustión de la turbina de gas 140, como lo hace la corriente de gas carente de oxígeno. La corriente comprimida 137 que contiene productos de la combustión y el gas carente de oxígeno es dirigida dentro de la turbina 120 para generar energía 145, así como para activar el compresor 130 mediante la flecha 142. Surgiendo desde la turbina de gas 120 está el escape de turbina 139, el cual puede ser pasado opcionalmente como desecho, o para un ciclo de vapor, o para otros usos conocidos por los expertos en la técnica. Es importante (en el estado actual de la tecnología material) limitar la elevación de temperatura de los elementos de membrana en el reactor hasta aproximadamente 1250°C, preferiblemente 1100°C, para evitar la degradación significativa del material de membrana por la pérdida de oxígeno desde el material hacia el lado de reducción (ánodo). Esto puede lograrse balanceando el calor exotérmico de la reacción de oxidación parcial con la reacción de reformación de vapor endotérmica y el calor sensible desde la elevación de temperatura de los gases alimentados hacia el reactor de transporte de ¡ón. Esta consideración puede favorecer el aumento al máximo del flujo de masa del gas que contiene oxígeno a través del sistema. Se da especial consideración al diseño de transferencia de calor interna del reactor para evitarla reducción excesiva de la temperatura del elemento de membrana (debe ser mayor de 700°C hasta 800°C) El diseño debe proporcionar altos coeficientes de transferencia de calor donde la diferencia de temperatura entre el elemento de reactor y el gas que contiene oxígeno es pequeña y coeficientes pequeños donde la diferencia de temperatura es grande. Típicamente, las temperaturas de entrada de corriente de fluido deben estar entre 300°C y 700°C. En el sistema 220, Fig. 2, un reactor que contiene membrana de transporte de ion 205 está integrado con una turbina de gas para producción de gas de síntesis y generación de energía de conformidad con esta invención. Una corriente de gas comprimida es calentada mediante el paso a través de un intercambiador de calor en flujo de contracorriente contra el escape desde la etapa de membrana de transporte de ion. Una fuente de agua desde un generador de energía Rankine es calentada mediante intercambio indirecto de calor contra el gas de síntesis para formar vapor del mismo, en donde la corriente es reciclada hacia ei generador de energía Rankine para adición de calor adicional y energización subsecuente de la turbina de vapor en el generador de energía Rankine. En esta modalidad, la corriente de gas que contiene oxígeno 201 es comprimida por el compresor 202, formando una corriente de gas que contiene oxígeno comprimida 209. Una porción 206 de la corriente de aire 209 es alimentada directamente dentro de la cámara de combustión 208. Generalmente, un volumen significativo de gas comprimido es necesario para operar un sistema de turbina de gas. Como se usa en la presente, la cantidad de gas que contiene oxígeno comprimido que es alimentada para operar una turbina varía hasta aproximadamente 95% del total de gas que contiene oxígeno comprimido. Para mantener suficiente gas que contiene oxígeno para soportar la producción del gas de síntesis en el reactor 205 de manera que el sistema de turbina de gas opere a su salida o eficiencia máxima, se usa el gas que contiene oxígeno complementario. El gas que contiene oxígeno complementario 203 es alimentado a través del compresor formando el gas que contiene oxígeno complementario comprimido 524. Una porción 212 de la corriente de gas que contiene oxígeno comprimida 206 es combinada con la corriente de gas que contiene oxígeno complementario comprimida 254 formando la corriente de gas que contiene oxígeno comprimida 251. Debe observarse que el gas que contiene oxígeno complementario se usa generalmente con diseños de turbina de gas existentes. Esto se debe a que los diseños de turbina pre-existentes pueden no contener fuentes suficientes de gas que contiene oxígeno para soportar las reacciones dentro del reactor 205 Para turbinas de gas diseñadas para el proceso de esta invención, tendría que haberse proporcionado suficiente gas que contiene oxígeno y no sería necesario el gas que contiene oxígeno complementario La corriente de gas 251 es calentada en el intercambiador de calor 211 contra el flujo de producto calienta desde el reactor 205 Después de emerger del intercambiador de calor 211, la corriente de gas comprimida calentada 270 tiene una temperatura en la escala de aproximadamente 300 hasta aproximadamente 800°C, preferiblemente desde 400 hasta aproximadamente 650°C. El calentamiento adicional de la corriente de gas que contiene oxígeno comprimida 270 puede requerirse para la operación de lata temperatura requerida en el reactor 205. Esto es especialmente cierto si se alimentan cantidades significativas de corriente hacia el reactor para aumentar al máximo la reacción de reformación de vapor y lograr la alta relación de hidrógeno:monóxido de carbono para el gas de síntesis. La corriente de gas que contiene oxígeno comprimida, calentada 208 entra entonces a la cámara de combustión 229 formando la corriente de gas comprimida quemada 250, la cual emerge desde la cámara de combustión y entra a la zona de retenido 298 del reactor 205. La corriente de gas comprimida quemada que emerge desde la cámara de combustión está entonces suficientemente caliente para efectuar el transporte de ion conforme entra a la zona de retenido 298 del reactor 205. En la zona de retenido 298, el oxígeno es removido típicamente de la corriente de gas 250 dentro de la escala de aproximadamente 2% hasta 50% del oxígeno contenido en la corriente 250. El flujo alimentado al reactor 205 debe estar dentro de aquella relación de porcentaje de la alimentación que fluye hacia la turbina de gas antes referida. El oxígeno resultante separado a través de la membrana de ion 297 se hace reaccionar con reactivo 225 y vapor 231 dentro de la zona infiltrada 298 del reactor 205.

El reactivo 225 es calentado en el intercambiador de calor 221 antes de la alimentación dentro del reactor 205. El reactivo 225 puede ser cualquier reactivo de hidrocarburo capaz de combinarse con gas de oxígeno para producir gas de síntesis. Preferiblemente, el reactivo es una gas de hidrocarburo saturado de cadena inferior similar a metano, etano o propano. El vapor 231 sirve como el moderador para optimizar la temperatura y la condición de reacción para generar el gas de síntesis utilizando el gas de oxígeno y un reactivo a través de la reacción de desviación de agua-gas. El vapor 231 es precalentado a través del intercambiador de calor 211 antes de la alimentación en el reactor 205 El oxígeno es removido desde la corriente de gas comprimido 250 a través de la membrana de transporte de ion 297 en el reactor 205. El oxígeno permeado se hace reaccionar con el reactivo 225 y el vapor 231 en la zona infiltrada 299 del reactor 205 El reactivo 225 y el vapor 231 son preparados y precalentados antes de reaccionar en la zona infiltrada 299. El producto de gas de síntesis 213 es producido mediante ia reacción del oxígeno infiltrado con el reactivo 225 y el vapor 231 El producto de gas de síntesis 213 es producido por la reacción del gas de oxígeno infiltrado en la zona infiltrada 299 del reactor 205 con el reactivo 225 y el vapor 231, el cual entra a la zona infiltrada 299 del reactor 205 El producto resultante que emerge desde el reactor 205 es el gas de síntesis caliente 213, generalmente entre la escala de temperatura de operación de la membrana desde aproximadamente 500°C hasta aproximadamente 1200°C, con la escala de temperatura desde aproximadamente 900°C hasta aproximadamente 1100°C siendo la de mayor preferencia. La temperatura de la membrana se mantiene entre aproximadamente 500°C y 1200°C balanceando los calores integrales de reacción y el calor sensible derivado desde la elevación de temperatura de las corrientes de gas internas al reactor Véase la solicitud de patente de los Estados Unidos No de Serie titulada "Integrated Solid Electrolyte lonic Conductor Separator Cooler" (Caso del Apoderado No D-20356), y la solicitud de patente de los Estados Unidos No de Sene titulada "Solid Electrolyte lonic conductor Reactor Design" (Caso del Apoderado No D-20352), ambas presentadas con la presente y ambas incorporadas a esta mediante referencia El producto de gas de síntesis 213 emerge desde el reactor 205 a una alta temperatura Un número de dispositivos pueden usarse para transferir la energía calorífica desde el producto de gas de síntesis 223 hacia otros componentes del recipiente de calor en el sistema 210 La temperatura de la corriente del gas de síntesis 213 puede ser reducida inicialmente de manera opcional mediante el uso de un atenuador 265 para formar la corriente de gas de síntesis 218 con una temperatura ordinariamente manejable para transferir calor en dispositivos convencionales El atenuador es preferiblemente agua, aunque puede ser cualquier refrigerante conocido por aquellos con experiencia en la técnica. La corriente de gas de síntesis 218 es pasada entonces a través del dispositivo quemador 216 contra la corriente de agua 241, de manera que la corriente de agua 241 es convertida al vapor 242 y forma la corriente del gas de síntesis 219. El gas de síntesis 219 retiene suficiente calor de manera que la corriente del gas de síntesis 219 transfiere el calor contra la corriente de gas que contiene oxígeno comprimida 251, el reactivo 225 y una porción de la corriente 211 que emerge como corriente de gas moderador 231. La temperatura resultante de la corriente dei gas de síntesis 220 es lo suficientemente alta para transferir la energía al agua 261 en otro dispositivo de transferencia de calor 217, formando de esta manera el producto crudo de gas de síntesis final 227 y la conversión del agua refrigerante 261 a agua caliente 241. La corriente de gas de escape de retenido comprimida carente de oxígeno 222 emerge desde la zona de retenido 298 del reactor 205 y se agrega a la cámara de combustión de turbina 208, que desacopla la temperatura de operación del reactor 205 de aquella de la turbina 293. La corriente de gas comprimida carente de oxígeno calentada 247 emerge desde la cámara de combustión 208 y entra a la turbina de expansión 215 para producir la energía total 230. La energía de flecha puede usarse para producir electricidad a través de un generador o energizar otro dispositivo tal como un compresor.

Opcionalmente, la corriente de gas carente de oxigeno expandida 214 opera un ciclo de generación de energía Rankine. La corriente de gas caliente 214 entra a una pluralidad de intercambiadores de calor 234, 236 y 245 para producir la corriente de gas en ebullición 235, corriente de gas caliente 244 y corriente de desecho 224, respectivamente La bomba 221 impulsa el agua 240, que comprende el agua acumulada 239 y el agua 238 desde el condensador 223, secuencialmente a través de los intercambiadores de calor 245, 236 y 234 contra la corriente de gas carente de oxígeno expandida 214 que emerge desde la turbina de gas 293 En esta modalidad, el agua impulsada por el motor 240 pasa a través de una pluralidad de intercambiadores de calor 245, 236 y 234, que emergen como las comentes 255, 256 y 258 respectivamente La turbina de vapor de alimentación 260 con el vapor 258 genera la energía total 259 para impulsar un generador eléctrico u otros dispositivos que necesiten energía tal como un compresor, así como la bomba de agua 221 El condensador 223 convierte el vapor 237 en agua 238 Una porción de agua 240, antes de entrar al intercambiador de calor 245, es desviada formando la corriente de agua 261 y calentada a través del intercambiador de calor 217 contra la comente de gas de síntesis caliente 220 para emerger a través del intercambiador de calor 217 como comente de agua 241 El calentamiento adicional de la corriente de agua 241 en el intercambiador de calor 216 contra la comente de gas de síntesis 213 emerge como vapor 242 El vapor 242 es calentado adicionalmente en el intercambiador de calor contra la comente de gas de síntesis 219, que emerge como vapor sobrecalentado 231, que es el moderador para la reacción con el oxígeno infiltrado y el reactivo 225 en la zona infiltrada 299 del reactor 205. Una porción de la corriente de gas que contiene oxígeno 206 preferiblemente es alimentada dentro de la cámara de combustión 208 para proporcionar más gas que contiene oxígeno hacia la cámara de combustión. En una modalidad alternativa de la Fig. 2, como se muestra en sombreado y mediante líneas punteadas, se proporcionan el interenfriador 233 y el compresor 207. La corriente de gas 251 entra al interenfriador 233 para enfriar el gas antes de que entre al compresor 207 para reducir la energía del compresor. El compresor 207 se usa para elevar la presión de la corriente de gas combinado 251. El interenfriador es opcional. El gas que emerge desde el compresor de gas 207 entra al intercambiador de calor 211. El vapor desde el ciclo Rankine puede ser reciclado Una porción del vapor 242, antes de entrar al intercambiador de calor 211, es separado en el vapor 267. El vapor 267 es desviado para reciclado y combinación con la corriente 256 en el ciclo Rankine En esta modalidad, una porción del vapor 261 generado por el agua desde el ciclo Rankine y el calor contra las corrientes del producto de gas de síntesis 218 y 22o, es reciclado para generar la energía 259 a través de la turbina de vapor 260 El sistema 310, Fig. 3, presenta una modalidad preferida para una membrana de transporte de iones que contiene el reactor que está integrado con una turbina de gas para la producción del gas de síntesis y la generación de energía de conformidad con la invención. En esta modalidad, el gas que contiene oxígeno para uso en el reactor de intercambio de ion es alimentado dentro del reactor en una dirección a contracorriente del flujo de aquel del reactivo y el vapor. El calor generado en la zona infiltrada de oxígeno del reactor es suficiente para mantener la membrana de transporte de ion a una temperatura adecuadamente alta de manera que es posible el transporte continuo de oxígeno a través de la membrana de transporte de ion sin elevar el gas que contiene oxígeno hasta una temperatura antes de entrar en el reactor. La temperatura de entrada requerida depende del balance de calor y la transferencia de calor interna al reactor, y el requerimiento de que la temperatura de membrana tiene que mantenerse aproximadamente a 1250°C. Como resultado, el gas que contiene oxígeno alimentado dentro del reactor no requiere el gas que contiene oxígeno comprimido para elevarse a la escala de temperatura de aproximadamente 600°C hasta 900°C, como es el caso cuando el gas es calentado por una cámara de combustión; en vez de eso, el gas que contiene oxígeno comprimido para ser alimentado dentro del reactor requiere solamente que la corriente de gas esté a una temperatura por arriba de aproximadamente 200°C hasta 400°C, como las de un intercambiador de calor convencional de recuperación conocido por los expertos en la técnica. Alternativamente, la transferencia de calor necesaria puede agregarse de manera interna al reactor. Debe observarse que en la fase de arranque de un proceso que emplea la membrana de transporte, puede requerirse una alimentación de gas que tiene una temperatura suficientemente alta efectiva para iniciar la reacción de infiltración de oxígeno a través de la capacidad de la membrana. Una vez que se ha iniciado la reacción entre el oxígeno infiltrado con el reactivo y el moderador, el calor resultante de la misma genera una temperatura suficiente para sostener la reacción continuada por el uso de un gas que contiene oxígeno comprimido y otros materiales de menor temperatura de manera que no se requeriría el gas calentado que tiene alta temperatura desde una fuente de combustión. En detalle, esta modalidad usa solamente una porción de la corriente de gas que contiene oxígeno 301, para alimentarlo a través de la membrana de transporte de ion 397. Como se usa en la presente, la cantidad de corriente de gas que contiene oxígeno dirigida hacia la membrana de transporte de ion es generalmente una limitación de la maquinaria en el estado actual de la técnica. Actualmente, los compresores de turbina de gas disponibles para uso en la presente limitan el aire que puede ser extraído desde los compresores hasta aproximadamente 25% La porción remanente del gas es dirigida hacia la cámara de combustión 308 La porción restante del gas es dirigida hacia la cámara de combustión 308 Como resultado, la corriente de gas comprimida 348 es dividida de manera que una porción 345 es dirigida hacia el reactor 305, y otra porción es dirigida hacia ia cámara de combustión 308 para impulsar la turbina de gas 315 La corriente de gas que contiene oxígeno 345 es dirigida hacia el interenfriador 333 y el compresor elevador 307 que forma la corriente de gas que contiene oxígeno 355, la cual es calentada subsecuentemente con el reactivo 302 y el moderador 331, preferiblemente vapor, calentados todos contra la corriente del gas de síntesis 326 en el calentador 311. La corriente de gas que contiene oxígeno resultante 323 es alimentada después dentro de la zona de retenido 398 del reactor 305 en una dirección a contracorriente del flujo del reactivo 325 y el moderador 331. Una porción de la corriente de gas que contiene oxígeno 32 es transportada a través de la membrana de transporte de ion 397 resultando en un gas de oxígeno infiltrado, el cual reacciona con el reactivo 325 y el moderador 331 introducidos dentro de la zona infiltrada 399 del reactor 305. Una reacción de oxidación parcial (y de reformación de vapor) tiene lugar dentro de la zona infiltrada 399 del reactor 305 entre el gas que contiene oxígeno infiltrado, el reactivo 325 y el moderador 331 hacia el producto de gas de síntesis producido 313 que emerge desde el reactor 305. El producto de gas de síntesis 313 está a una alta temperatura como resultado de las reacciones exotérmicas en la zona infiltrada 399 de la membrana 397 del reactor 305. La temperatura debe mantenerse por debajo de los 1250°C para evitar que exceda el limite de tolerancia de temperatura del material de membrana mediante el adecuado balance de calor y los medios de transferencia de calor dentro del reactor. La temperatura del producto de gas de síntesis 313 puede ser reducida opcionalmente mediante el atenuador 339, preferiblemente agua, que resulta en la corriente del gas de síntesis 328. El producto de gas de síntesis caliente 328 pasa a través de una pluralidad de intercambiadores de calor 316, 311 y 317, emergiendo desde cada intercambiador de calor como las corrientes de gas refrigerante 326, 303 y 327 respectivamente. La corriente de gas de retenido carente de oxígeno 351 que emerge desde la zona de retenido 398 del reactor 305 se combina con el combustible 343 hacia la cámara de combustión 308 El combustible puede ser cualquier combustible conveniente, incluyendo hidrocarburos tales como gas natural, un aceite combustibles o gas combustible generado a partir de carbón. La porción del gas que contiene oxígeno comprimido 348 que no es dirigida hacia el reactor 305 es la corriente de gas 346, la cual es alimentada a la cámara de combustión 308, proporcionando la mayoría del oxígeno para la combustión y formando la combinación con las corrientes 343 y 346, que resulta en una comente de gas que contiene oxígeno 347 La corriente de gas carente de oxígeno expandida 314 se usa para operar un ciclo de generación de energía Rankine La corriente de gas caliente 314 es sometida a una pluralidad de dispositivos intercambiadores de calor para descender la temperatura de la comente de gas a través de cada intercambiador de calor La comente de gas caliente 314 emerge desde la turbina de gas 315 y pasa después a través de una pluralidad de intercambiadores de calor 319, 321 y 326 para producir sucesivamente corrientes de agua refrigerantes 320, 322 y 324 respectivamente. La corriente de agua 352 se separa parcialmente en la corriente 332 para uso con un moderador en el reactor 305 y la corriente 349 para impulsar la turbina de vapor 329. La corriente de agua 349 es calentada contra el flujo de corriente de gas a través de los intercambiadores de calor 326, 321 y 319 para producir sucesivamente corrientes más calientes 353, 354 y 336. La turbina de vapor 329 opera para producir la energía total 330 a partir del vapor 336. El vapor 334 es condensado en agua por el condensador 335 emergiendo como agua condensada 357, que combina con el agua acumulada 358. Una bomba 338 extrae el agua condensada 357 y el agua acumulada 358 formando juntas el agua 352 para reciclado Además de proporcionar agua, como una fuente de vapor para la turbina de vapor 329, el vapor 352 se desvía en la corriente 332 que es calentada a través de una pluralidad de intercambiadores de calor 317, 316 y 311, como se describió antes, para producir la comente 331 como el moderador para la reacción en el reactor 305 Como una modalidad alternativa, la comente de agua 332 desde el ciclo Rankine no es proporcionada como un moderador para la producción del gas de síntesis en el reactor 305 En ves de ello, la corriente de agua 332 es derivada desde una fuente independiente del ciclo Rankine Se proporciona también como una modalidad alternativa la válvula de control 360 para regular el flujo de la corriente de gas de retenido carente de oxígeno 351 que emerge desde el reactor 305 para alimentar a la cámara de combustión 308. La fig. 4 proporciona el Sistema 410, el cual está dirigido a un reactor que contiene una membrana de transporte de ion integrado con una turbina de gas para producir un producto oxidado y la generación de energía y combinado además con un aparato de gasificación. Esta modalidad ilustra un uso más eficiente de la membrana de transporte de ion en combinación con un aparato de generación de energía. En esta modalidad, como en el Sistema 310, Fig. 3, la corriente de gas que contiene oxígeno comprimido para uso en el reactor de intercambio de ion es alimentada dentro del reactor de transporte de ion en una dirección de flujo a contracorriente del flujo del reactivo y el vapor. El calor generado en la zona infiltrada de oxígeno del reactor es suficientemente alta para mantener las temperaturas que aseguran el transporte continuo de oxígeno a través de la membrana de transporte de ion sin elevar el gas que contiene oxígeno hasta una alta temperatura antes de hacer entrar el gas dentro del reactor. En general será suficiente la generación de calor interno debida a la reacción de oxidación parcial en el reactor 405 para que el gas que contiene oxígeno 425 no tenga que estar por arriba de los 650°C. Esto elimina la necesidad de una cámara de combustión adicional en la corriente 423 El gas que contiene oxígeno 401 es alimentado dentro del compresor de aire 404, emergiendo como el gas que contiene oxígeno comprimido 448, el cual es dividido en la corriente de gas 446 para alimentación a la cámara de combustión 408 y la corriente de gas 445 para alimentación al reactor de membrana de transporte de ion 405. La corriente de gas que contiene oxígeno comprimido 445 es enfriada en el intercambiador de calor 459 contra la corriente de agua 461, emergiendo como una corriente de gas 462. La corriente de gas que contiene oxígeno complementaria 463 pasa a través de una pluralidad etapas de compresor 495 e ¡nterenfpadores 496, para producir la corriente de gas que contiene oxígeno comprimido e interenfriado 464. Las corrientes de gas 462 y 464 se combinan para formar corriente de gas que contiene oxígeno comprimido e interenfriado 465, la cual pasa a través del interenfriador 433, el compresor 407 y el intercambiador de calor 411 (contra la corriente del producto oxidado 406) para emerger como corriente de gas que contiene oxígeno comprimido, quemado 423 para alimentar al reactor 405. La corriente de gas que contiene oxígeno comprimido, quemado 423 es pasada dentro de la zona de retenido 498 del reactor 405 para que el oxígeno sea transportado a través de la membrana de transporte de ¡ón 497 hacia la zona infiltrada 499 del reactor 405 El reactivo 402 pasa a través del intercambiador de calor 411 contra la corriente 406, emergiendo como el reactivo 425 junto con el moderador 431 (vapor), emergiendo también desde el intercambiador de calor 411 contra la corriente 406, son alimentados dentro de la zona infiltrada 499 del reactor 405 sobre el lado opuesto y la dirección de flujo desde la corriente de gas que contiene oxígeno comprimido 423. El reactivo 425 y el moderador 431 reaccionan con el oxígeno infiltrado mediante una reacción de oxidación parcial y ei gas de síntesis 413 emerge desde el reactor 405 a partir de la misma. La temperatura de la corriente de producto oxidado 413 puede reducirse opcionalmente mediante la combinación con un atenuador 439, preferiblemente agua, resultando en la corriente de síntesis 428. La corriente de producto oxidado 428 puede pasar después a través de una pluralidad de intercambiadores de calor 416, 411 y 417 para producir sucesivamente las corrientes de gas de síntesis refrigerante 406, 423 y 427. La corriente de producto oxidado 427 pasa a través del enfriador 440. Emergiendo como el producto oxidado 470. El aparato de remoción de gas ácido 471 remueve una corriente de gas 472 que contiene azufre y otras impurezas desde la corriente de producto oxidado 470 para tratamiento adicional, es decir, recuperación de azufre El gas de síntesis libre de azufre 473 emerge desde el aparato de remoción de gas ácido 471 y se usa como combustible y se combina con la corriente de gas carente de oxígeno 451 y la corriente de gas que contiene oxigeno 446 en la cámara de combustión 408 para impulsar la turbina de expansión 415. El gas 447 que emerge desde la cámara de combustión 408 pasa a través de la turbina 415 para generar la energía 418 y para impulsar el compresor 404 mediante la flecha 412 La corriente de gas 414 emerge desde la turbina de gas 415 y entra dentro de un ciclo de generación de energía Rankine. La corriente de gas 414 pasa a través de una pluralidad de intercambiadores de calor 480, 482 y 484 en el ciclo Rankine para producir sucesivamente las corrientes de gas de desecho refrigerantes 481, 483 y 424 Una porción 491 de agua 490 es alimentada dentro los intercambiadores de calor 484, 482 y 480 contra el flujo de corrientes de gas 414, 481 y 483 para producir sucesivamente las comentes más calientes 485, 486 y 436 El vapor sobrecalentado resultante 436 es alimentado dentro de la turbina de vapor 429 para generar la energía 430 El condensador 435 condensa el vapor de agua 434 a agua 457 La bomba 489 extrae el agua 457 para formar el agua 490 para ser recicladas para uso en la turbina de vapor 429, o de manera alternativa, para ser usada como agua 432 para la eventual conversión en el moderador de vapor 431 Una porción de la corriente de agua 432 puede dividirse también para formar la comente de agua 461, la cual pasa entonces a través del intercambiador de calor 459 para emerger como la corriente de agua caliente 475 La comente de agua caliente 475 puede ser reciclada y combinada con la corriente de agua caliente 485 antes de pasar a través del intercambiador de calor 482 para emerger como vapor 436 para alimentar a la turbina de vapor 429. El Sistema 510 en la Fig. 5 proporciona una modalidad en donde el gas que contiene oxígeno es alimentado dentro de un reactor de membrana de ion en la misma dirección del flujo como el reactivo y el vapor. El producto de gas de síntesis saliente se mantiene a una temperatura inferior mediante el disipador térmico provisto por el aire. Este gas que contiene oxígeno alimentado se usa para enfriar la corriente de producto cuando se usa el dióxido de carbono como un moderador opcional. El gas que contiene oxígeno 501 es alimentado dentro del compresor 504 emergiendo como la comente de gas que contiene oxígeno comprimido 548, la cual se divide en la corriente de gas 540 para alimentación a la cámara de combustión 508 y como la corriente de gas 549 dirigida hacia el interenfpador 533 El gas que contiene oxígeno complementario 577 pasa a través del compresor 506 para emerger como la comente de gas que contiene oxígeno comprimido, complementario 554 La corriente de gas 554 se combina con la corriente de gas 549, formando la corriente de gas que contiene oxígeno comprimido, comprimido 551, la cual pasa sucesivamente a través del mterenfpador 533, el compresor 507 y el intercambiador de calor 511 para emerger como la comente de gas que contiene oxígeno comprimido 555 La comente 555 es mayor que la necesaria para proporcionar el oxidante en el reactor 505 Por lo tanto, una porción de esta corriente de gas puede desviarse hacia la cámara de combustión de la turbina de gas. El combustible 552 es agregado a la cámara de combustión 529 en donde el gas que contiene oxígeno comprimido precalentado 555 es quemado, emergiendo como el gas que contiene oxígeno quemado 550 para alimentación dentro de la zona de retenido 598 del reactor 505. La dirección del flujo del gas que contiene oxígeno quemado comprimido 550 está en una dirección a contracorriente del flujo con el reactivo 525 y el moderador 531, el cual es alimentado dentro de la zona infiltrada 599 del reactor 505. El oxígeno desde la corriente de gas que contiene oxígeno quemado comprimido 550 es transportado a través de la membrana de transporte de ion 597, resultando en el oxígeno transportado en la zona infiltrada 599. El oxígeno transportado reacciona entonces mediante oxidación parcial con el reactivo 252 y el moderador 531 para emerger desde la zona infiltrada 599 del reactor 505 como el gas de síntesis 513. Opcionalmente, el atenuador 539, preferiblemente agua, puede agregarse al gas de síntesis 513, resultando en la corriente de gas de síntesis 527, para reducir la temperatura del mismo antes de emerger como el gas de síntesis 527. El gas de síntesis atenuado pasa a través del intercambiador de calor 511, y emerge del mis¡rrfo como ia comente de gas de síntesis 503. Se usa aire para reducir la temperatura de la corriente de gas de síntesis 503. El dispositivo de intercambio de calor 517 puede usarse para reducir la temperatura de la corriente del producto de síntesis 503, para emerger como el producto de gas de síntesis crudo 527. El reactivo 502 es pasado a través del intercambiador de calor 511 emergiendo como el reactivo calentado 525. La corriente de agua 542 desde un ciclo de generación de energía Rankine se usa como el moderador y se calienta también en* el intercambiador de calor 511, emergiendo como la corriente de agua 531. Como se anotó antes, tanto el reactivo 525 como el moderador 531 entran a través de la zona infiltrada 599 del reactor 505. Emergiendo desde la zona de retenido 598 del reactor 505 está la corriente de gas de retenido carente de oxígeno comprimido 522, la cual junto con la corriente de gas que contiene oxígeno comprimido 555 y el combustible 543 son pasadas hacia la cámara de combustión de la turbina de gas 508 como se anotó antes. Emergiendo desde la misma está una corriente de gas quemado para impulsar la turbina de gas 590 La turbina de expansión 515 está enlazada al compresor 504 mediante la flecha 512, que impulsa el compresor 504 y genera la energía 518 La corriente de gas que contiene oxígeno quemado 547 emerge desde la cámara de combustión 508 y alimenta la turbina de expansión 515, para emerger como la corriente de gas 514 Se emplea un ciclo de generación de energía Rankine para usar la comente de gas caliente 514 La comente de gas 514 es alimentada dentro de una pluralidad de intercambiadores de calor 580, 582 y 584 en el ciclo Rankine para emerger sucesivamente como las corrientes de gas de desecho refrigerantes 581, 583 y 524. El agua 590 es alimentada dentro de los intercambiadores de calor 584, 582 y 580 contra el flujo de las comentes de gas calentadas 583, 581 y 514 para producir sucesivamente las corrientes más calientes 585, 586 y la corriente de vapor 558, la cual es alimentada dentro de la turbina de vapor 529. La operación de la turbina de vapor 529 genera la energía 530 y resulta en la corriente 537. El condensador 555 puede usarse para condensar el vapor de agua en la comente 537 a agua 557 La bomba 589 facilita que el agua acumulada 558 se combine con el agua 557, formando el agua 559 Como medio opcional para calentar el agua 559 para uso en la turbina de vapor 529 se logra desviando una porción 591 de la misma a través del intercambiador de calor 517 contra la comente de gas de síntesis 503 antes de combinar el agua calentada 559 con la comente de agua 585 que emerge desde el intercambiador de calor 584 Una porción del vapor saturado 586 que emerge desde el intercambiador de calor 582 se divide en la comente 542 para uso como el moderador para el reactor 505 Como se anotó antes, la corriente 542 es calentada en el intercambiador de calor 511, emergiendo como vapor sobrecalentado 531 antes de entrar al reactor 505 El sistema 610, como se presenta esquemáticamente en la Fig 6, proporciona una modalidad alternativa al Sistema 210 de la Fig 2 En esta modalidad, el gas de retenido carente de oxígeno desde el reactor es enfriado parcialmente antes de entrar a un ciclo de gas El gas que contiene oxígeno 601 pasa a través del compresor 603, resultando en el gas que contiene oxígeno comprimido 606. El gas que contiene oxígeno complementario 607 es pasado a través del compresor 618, emergiendo como el gas que contiene oxígeno comprimido complementario 654. Una porción de la comente de gas que contiene oxígeno comprimido 606 se combina con la corriente de gas que contiene oxígeno comprimido 654 formando la corriente de gas que contiene oxígeno comprimido 651 La corriente de gas que contiene oxígeno comprimido es tratada sucesivamente en el interenfpador 633, el compresor 607 y el intercambiador de calor 611 antes de pasar a través de la cámara de combustión 629, emergiendo como el gas que contiene oxígeno quemado comprimido 650 Un combustible de cámara de combustión 652, tal como cualquier combustible adecuado, incluyendo hidrocarburos como gas natural aceites combustibles o gas combustible generado a partir del carbón pueden usarse para alimentar a la cámara de combustión 629 La temperatura del reactivo 602 es elevada por el intercambiador de calor 611, formando el reactivo 625 La corriente 644 es tratada también en el intercambiador de calor 611, formando el vapor 631 La corriente de gas que contiene oxigeno quemado comprimido 650 es alimentada dentro de la zona de retenido 698 del reactor 605 resultando en el oxigeno infiltrado a través de la membrana de transporte de ion 697 dentro de la zona infiltrada 699. La introducción del reactivo 25 y el moderador 631 dentro de la zona infiltrada 699 del reactor 605 promueve la oxidación parcial en la zona infiltrada 699 del reactor 605, emergiendo como la corriente de gas de síntesis 613 desde la misma. La temperatura del gas de síntesis 613 puede reducirse opcionalmente mediante la adición del atenuador 639, tal como agua, en donde el gas de síntesis 628 emerge desde la misma. La temperatura del gas de síntesis es reducida pasándolo sucesivamente a través de los intercambiadores de calor 616, 611 y 617, emergiendo desde los mismos en orden secuencia! las corrientes de gas de síntesis refrigerantes 626, 620 y 627 como el producto de gas de síntesis crudo. La corriente de gas carente de oxígeno 622 emerge desde la zona de retenido 698 del reactor 605 y pasa a través del ¡ntercambiador de calor 611 y emerge como la corriente de gas de retenido de oxígeno refrigerante 651. El gas de síntesis 629 transfiere calor hacia la corriente de agua para uso en el reactor 605 y también para reciclado en el ciclo de generación de energía Rankine. El agua 661 que emerge desde el ciclo Rankine pasa a través de los intercambiadores de calor 617 y 616, emergiendo de los mismos en forma sucesiva como las comentes de agua más calientes 641 y de vapor 642. El vapor 642 se divide en el vapor 644 y 645 El vapor 644 se calienta adicionalmente en el intercambiador de calor 611 emergiendo como el vapor sobrecalentado 631. De manera alternativa, el vapor 645 es reciclado dentro del ciclo Rankine para combinarse con el vapor 686. La corriente de gas 622 que ha sido alimentado a través del calentador 611 emerge como la corriente de gas refrigerante 651. El combustible 643, que puede ser cualquier combustible conveniente, incluyendo hidrocarburos, tales como gas natural, aceites combustibles o gas generado a partir de carbón y, la corriente de gas 651 y una porción 691 de la corriente 606 se usan para generar calor en la cámara de combustión 608. La corriente de gas 647 pasa a través de la turbina de expansión 615 para impulsar el compresor de aire 603 mediante la flecha 612 y para generar la energía 630 Emergiendo desde la turbina de gas 615 está el gas que contiene oxígeno expandido 614. Un ciclo de generación de energía Rankine usa la corriente de gas 614 desde la turbina de gas 615 La corriente de gas 614 se alimenta a través de una pluralidad de intercambiadores de calor 680, 682 y 684, emerge sucesivamente desde los mismos como corrientes de desecho refrigerantes 681, 683 y 624 Una porción del agua 661 es alimentada dentro de los dispositivos de intercambio de calor del ciclo Rankine 681, 683 y 624 en los intercambiadores de calor 684, 682 y 680, emergiendo sucesivamente desde los mismos como la comente de agua más caliente 685 y vapor 686 y vapor sobrecalentado 658, respectivamente Como se menciono antes el vapor 645 reciclado desde el ciclo Rankine y calentado indirectamente por el gas de síntesis 628 y 620 se combina con el vapor 686 El vapor 658 que emerge desde el intercambiador de calor 680 impulsa la turbina de vapor 665, resultando en la energía 666 y la corriente 637 Condensador 667 condensa el vapor de agua 637 dentro del agua 668, que se combina con el agua acumulada 669 para formar el agua 661 La bomba 670 presuriza las corrientes de agua 668 y 669 dentro de la corriente de agua 670 dentro del ciclo Rankine Una modalidad alternativa es la fuente independientemente de moderador 644 Aquí, la corriente de agua 642 no esta dividida En vez de ello, las corrientes de agua 642 y 645 son la misma corriente y son recicladas en el ciclo Rankine El moderador 644, que puede ser agua, dióxido de carbono, argón u otro tipo de moderador conocido por el experto en la técnica, viene de una fuente diferente de aquella del Sistema 610 y es pasada a través del intercambiador de calor 611 antes de entrar a la zona infiltrada 699 del reactor 605 Una comparación de dos sistemas operativos que demuestra algunas de las ventajas de esta invención se proporciona mediante la modalidad de las Fig 3 (en su modalidad alternativa) y 7 La modalidad del sistema 710 Figs 7a y 7b se compara con aquella de la modalidad alternativa del sistema 310 fig 3 El Sistema 710 proporciona un ejemplo en donde el calor resulta del reactor de membrana de transporte de ion que no esta integrado con turbina de gas y dispositivos de generación de energía Consecuentemente, la Fig. 7a proporciona una representación esquemática del proceso del reactor de membrana de transporte de ion y la Fig. 7b proporciona una representación esquemática de un ciclo de gas y un ciclo de vapor, independientes ambos del reactor de membrana de transporte de ion. El sistema incluye una turbina de gas, el ciclo Brayton 793 y el ciclo Rankine 794 incluye una turbina de corriente. Las ventajas de la presente invención, en donde el reactor de membrana de transporte de ion está integrado con ciclo de gas y generación de energía de ciclo de vapor, será evidente mediante la comparación de la reducción en el requerimiento de energía y el costo de capital asociado con la presente invención. En el sistema 710, el gas que contiene oxígeno para uso en el reactor de intercambio de ion 705 es alimentado en una dirección a contracorriente del flujo del reactivo 725 y el moderador 731. El calor generado en la zona infiltrada 799 del reactor 705 está a una temperatura suficientemente alta para que esté disponible el transporte continuo de oxígeno a través de la membrana de transporte de ion 797 sin quemar el gas que contiene oxígeno antes de someter el gas dentro del reactor 705. En la Fig. 7a, la corriente de gas que contiene oxígeno 701 está dirigida a la membrana de transporte de ion 798 La corriente de gas 701 pasa a través del compresor 704 y el intercambiador de calor 711 para emerger como el gas que contiene oxígeno calentado, comprimido 723, el cual es alimentado dentro de la zona de retenido 799 del reactor 705 en una dirección a contracorriente del flujo desde la corriente de reactivo 725 y la corriente de moderador (vapor) 731. Tanto la corriente de reactivo 725 como la de vapor 731 son alimentadas dentro de la zona infiltrada 799 del reactor 705. El oxígeno permeado a través de la membrana de transporte de ¡ón 797 en la zona infiltrada 799 del reactor 705 se hace reaccionar con el reactivo 725 y el vapor 731. La reacción de oxidación parcial se presenta y da como resultado el gas de síntesis 713, que emerge desde la zona infiltrada 799 del reactor 705. La temperatura del gas de síntesis 713 puede reducirse opcionalmente mediante un atenuador 739, preferiblemente agua, formando de esta manera la corriente de gas de síntesis 728. La comente de gas de síntesis resultante 728 pasa a través de una pluralidad de intercambiadores de calor 716, 711 y 717 para producir sucesivamente las corrientes de gas de síntesis refrigerantes 726, 703 y el producto de gas de síntesis crudo 727 El agua 728 pasa a través de una pluralidad de intercambiadores de calor 717, 716 y 711 para producir sucesivamente el agua más caliente 741 y el vapor 742 y el vapor sobrecalentado 731 La comente de gas reactivo 702 es calentada en el intercambiador de calor 711 emergiendo como el reactivo calentado 725 La corriente de gas de retenido carente de oxigeno 751 que emerge desde la zona de retenido 798 del reactor 705 puede enfriarse opcionalmente mediante el atenuador 780, preferiblemente una corriente de agua, antes de pasar a través del expansor 781, produciendo de esta manera la corriente 782 y la energía 783. De manera separada, en la fig. 7b, el gas que contiene oxígeno 760 es comprimido en el compresor 761. El gas que contiene oxígeno comprimido 762 emerge desde el mismo y pasa a través de la cámara de combustión 764. El combustible 763 es quemado en la cámara de combustión 764 y emerge el gas que contiene oxígeno quemado, comprimido 765 desde la misma. La corriente de gas 765 pasa dentro de la turbina de expansión 766, produciendo la energía 767 e impulsa el compresor de aire 761 por medio de la flecha 768. La corriente de gas 769 que emerge desde la turbina de gas 766 se usa para operar un ciclo de generación de energía Rankine. La corriente de gas caliente 769 es sometida a una pluralidad de intercambiadores de calor 719, 721 y 759 para producir sucesivamente las corrientes de desecho refrigerantes 720, 722 y 724, que emergen desde los intercambiadores de calor, respectivamente. La corriente de agua 749 es alimentada dentro de la pluralidad de ¡ntercambiadores de calor 759, 721 y 719 en el ciclo de generación de energía Rankine, de manera que emergen sucesivamente el agua caliente 753 y el vapor 754 y el vapor sobrecalentado 736 desde los intercambiadores de calor respectivamente. El vapor 736 se usa para impulsar la turbina de vapor 729, generar la energía 730 y ei vapor de agua 734. El condensador 735 condensa el vapor de agua 734 en agua 752 para reciclado a través de la pluralidad de intercambiadores de calor por medios motorizados 738. El Cuadro 1 proporciona un resumen de la generación de energía mediante la producción de gas de síntesis utilizando la membrana de transporte de ion. Este Cuadro proporciona una comparación del ciclo de energía integrado y no integrado y la oxidación parcial a través de un reactor de membrana de transporte de ion.

Cuadro 1 Comparación de ciclo de energía integrado y no integrado y oxidación parcial través del reactor de membrana de transporte de ion Caso Base: Presente Invención: Sin integración de generación de Integración de ciclo de energía y energía mediante gas de síntesis en reformación de vapor a través de un base a gas por oxidación parcial reactor de membrana de transporte de lón Planta de energía Combust?ble(gas natural en Ib-mol/h) Combust?ble(gas natural en Ib-mol/h) 473 9 505 66 Total utb/h en combustible 191,095,135 Total utb/h en combustible 203,902,017 Combustible (POx) en lb-moi/h) 1000 Simulación GT, hp 54,384 Total utb/h en combustible 403,239,365 Energía GT (xO 98), kw 39,759 Simulación GT, hp 57, 833 Comp GT, hp 26,645 Energía GT (xO 98), kw 42 ,281 Comp GT, kW 19,877 Comp GT, hp 29, 776 Bomba de agua, hp 55 Comp GT, kW 22 ,213 Bomba de agua, kW 41 Fomentador comp hp 325 ST a 85% efic 10,021 Fomentador comp kW 242 Energía total desde ST 7139 Bomba de agua hp 57 Energía total desde el ciclo de energía, Bomba de agua kW 43 kW 27,021 Membrana de Transporte de lón/POx ST a 85% efic 10, ,532 Combust?ble(gas natural en Ib-mol/h) Energía total desde ST 7 ,511 1000 Total utb/h en combustible 403,239,365 Energía total, kW 27,336 Compresor de Aire, hp 7,708 Comp Aire, kW 5,750 Escala de Calor utb/kwh (en base ai Expansor, hp 7,654 8 combustible usado en el ciclo de Expansor, kW 5,596 energía solamente) 6 991 Escala de Calor utb/kwh (en base al Ciclo de Vapor, kW 0 combustible usado en el ciclo de Energía Total -154 energía y POx) 21 742 Energía Total, kW 26,867 Escala de Calor, utb/kwh (en base al combustible usado en el ciclo de energía solamente) 7,589 Escala de Calor, utb/kwh (en base al combustible usado en el ciclo de energía y POx) 22 598 Entradas Superiores a 5c/kWh, $/año 187,706 Ahorros de Combustible, $/año 224.987 Ahorros de Capital en compresor y expansor 2 000 000 Base Operación -8,000 h/año Combustible (HHV) a $ 2 20/MMutb Comparando el resumen para la integración de ciclo de energía y la oxidación parcial a través de separadores de membrana de transporte de ion, el sistema integrado de la presente invención proporciona claramente una ventaja económica sobre el sistema no integrado. En la modalidad alternativa del Sistema 310 y en el Sistema 710, la misma cantidad del gas de síntesis es producida a partir de 1000 Ib-mol/h de gas natural. Sin embargo, en el proceso integrado de la presente invención, se produce más energía debido a la mejor integración de calor. Como un resultado, la energía total producida desde un proceso integrado es 27,336 kW comparados a 26,867 kW en el caso de base (no integrado). Para igual salida de energía desde las turbinas de gas en las dos modalidades, el proceso integrado usa aproximadamente 6% menos combustible. En base a la operación convencional de 8000 horas/año y el costo del gas natural (HHV) a $ 2.20/MMutb, el sistema integrado de la presente invención puede esperar entradas significativamente mayores de aproximadamente $ 188,000 anualmente a 5c/Kwh, así como un ahorro de costo de combustible de $ 225,000 anualmente. Adicionalmente los ahorros de capital anteriores para la eliminación de uso separado de compresor y expansor para la producción del gas de síntesis suman hasta aproximadamente $ 2,000.000. Los sistemas de generación de energía de turbina de gas existentes pueden ser retrollenados con un sistema de transporte de ion de conformidad con la presente invención. Esos sistemas pueden incluir aquellos disponibles de General Electric Co., Schenectady. New York, Siemens, Alemania o ABB, Suiza. Las modificaciones a esos sistemas de turbina de gas son mínimas, incluyendo la adición de una corriente de gas alimentada hacia la etapa de transporte de ion y una alimentación de escape de transporte de ion hacia una cámara de combustión que proporciona el gas para la turbina de expansión. Las membranas de transporte de ion empleadas en la presente están construidas de óxidos de cerámica densos o de mezclas de óxidos, caracterizados por huecos de oxígeno en su rejilla de cristal causados por defectos o la introducción de impurificantes (tales como Y, Sr, Ba, Ca y similares). Un mecanismo de difusión de hueco es el medio por el cual los iones de oxígeno son transportados a través de la rejilla de cristal. En general, las temperaturas elevadas (400°C hasta 1250°C, tal como dentro de la escala desde aproximadamente 500°C hasta aproximadamente 1200°C, preferiblemente dentro de la escala de aproximadamente 900°C hasta aproximadamente 1100°C) deben mantenerse durante la operación para alcanzar altas movilidades de los huecos. Grandes concentraciones de hueco combinadas con altas movilidades de los huecos a partir de ia base para rápido transporte de ion de oxígeno a través de los materiales a partir de los cuales se construyen las membranas de transporte de ion. Ya que solamente los ¡ones de oxígeno pueden ocupar la rejilla de cristal, las membranas de transporte de ¡ón ideales poseen selectividad de oxígeno infinita. Las membranas de transporte de ion adecuadas para el uso en la presente pueden construirse a partir de materiales que son conductores mixtos y que no requieren un circuito externo para facilitar el movimiento de electrón. Los ejemplos incluyen membranas de fase doble. Los usos de diferentes combinaciones de membranas de transporte de iones se describen en el No de Serie de los Estados Unidos 08/444,354, presentada el 18 de Mayo de 1995, titulada "Pressure Driven Solid Electrolyte Membrane Gas Separation Method", la cual está incorporada a la presente mediante referencia. Pueden emplearse diferentes tipos de materiales de transporte de ion que mantienen el espíritu de la presente invención Por ejemplo, la membrana de transporte de ion puede estar comprendida de un material que es principalmente un conductor de ion de oxígeno, tal como circonia estabilizada con ¡tria ("YZY"), intercalada entre dos electrodos porosos En la práctica, las moléculas de oxígeno se difunden a través de uno de los electrodos porosos hacia la superficie de electrolito, en cuyo punto ocurre la disociación en iones de oxígeno Ese primer electrodo poroso proporciona electrones para el proceso Los iones de oxígeno se difunden a través del electrolito y alcanzan el segundo electrodo poroso, donde ocurre la combinación formando de esla manera moléculas de oxígeno y liberando electrones en el proceso Los electrones son devueltos al primer electrodo poroso para ionización de oxígeno mediante un circuito externo Como una alternativa, la membrana de transporte de ion utilizada en esta invención puede estar comprendida de un material que conduce tanto iones de oxigeno como electrones Tales materiales son referidos frecuentemente como conductores mixtos Para las membranas de transporte de ion de conductor mixto, los electrones son devueltos al lado de alta presión parcial de oxigeno de la membrana de transporte de ¡ón mediante conducción electrónica a través de la membrana de transporte de ion misma eliminando de esta manera la necesidad de un circuito externo. Las membranas de transporte de ion en si mismas no están comercialmente disponibles hasta ahora. Sin embargo, los materiales usados para preparar las membranas de transporte de iones se obtienen de Praxair Specialty Chemicals, Woodinville, Washington, por ejemplo. Los materiales comercialmente disponibles usados para preparar las membranas de transporte de ¡ón pueden fabricarse mediante técnicas convencionales, tales como extrusión, recubrimiento deslizante, satinado, recubrimiento por inmersión, recubrimiento por rotación y similares en películas autosoportadas gruesas, películas delgadas soportadas sobre un substrato poroso adecuado, en configuraciones similares a disco y tubulares. El espesor de la membrana de transporte de ion debe ser menor a aproximadamente 5000 µm, prefiriéndose menor a 500 µm y por debajo de aproximadamente 50 µm siendo el más preferido. Si el espesor de la película es grande (por ejemplo, de aproximadamente 1000 µm), la membrana de transporte de ¡ón puede ser autosoportada. Alternativamente, las membranas de transporte de ion pueden estar en la forma de una película delgada, la cual puede ser soportada sobre un soporte poroso, que tiene un espesor dentro de la escala de aproximadamente 500 µm hasta aproximadamente 5000 µm. Tales substratos porosos puede estar construidos del mismo material o de diferentes materiales que la membrana de transporte de ion misma. Las membranas de transporte de ion del tipo de conductor mixto pueden prepararse a partir de una variedad de materiales que incluyen aquellos listados en ei Cuadro 2 a continuación. En el cuadro 2, d es la desviación a partir de la estequiometría de oxígeno. Además , los valores x y y pueden variar con la composición de material.

Cuadro 2: Uno de los materiales de la familia La-i xSrxCu? yMy03 d, donde M representa Fe o Co, x igual desde cero hasta aproximadamente 1, y igual desde cero hasta aproximadamente 1, d igual a un número que satisface las valencias de La, Sr, Cu y M en la fórmula 11 Uno de los materiales de la familia Ce?-xAx?2-d, donde A representa un lantanido, Ru o Y, o una mezcla de loa mismos, x igual desde cero hasta aproximadamente 1, y igual desde cero hasta aproximadamente 1, d igual a un número que satisface las valencias de Ce y A en la fórmula 12 Uno de los materiales de la familia Sr?-xBi?Fe03-d, donde A representa un lantanido o Y, o una mezcla de los mismos, x igual desde cero hasta aproximadamente 1, y igual desde cero hasta aproximadamente 1, d igual a un número que satisface las valencias de Ce y A en la fórmula 13 Uno de los materiales de la familia SrxFeyCoSOw, donde x igual desde cero hasta aproximadamente 1, y igual desde cero hasta aproximadamente 1, z igual desde cero hasta aproximadamente 1 w igual a un numero que satisface las valencias de Sr, Fe y Co en la formula 14 Conductores mezclados de fase doble (electronica/ionica) (Pd)o s/(YSZ)o s (Pt)o s/((YSZ)05 (B-MgLaCrO?)o s(YSZ)0. (ln9o%Pt10%)o 6/(YSZ)o s (ln9o%Pt?o%)o 5/(YSZ)o s (ln95 Pr25%Zr2 s%)o s/(YSZ)05 Cualquiera de los materiales descritos en 1-13 a los cuales se agrega una fase metálica de alta temperatura (por ejemplo Pd.Pt, Ag, Au,T?,Ta,W) Los conductores mixtos electrónicos/iónicos del articulo 14 en el Cuadro 2 son conductores mixtos de fase doble que están compuestos de mezclas físicas de una fase iónicamente conductora y una fase electrónicamente conductora Para la aplicación de la reducción en el ánodo, se prefiere el cromo que contiene material conductor mixto debido a la mejor estabilidad a baja presión parcial de hidrógeno Las membranas de transporte impulsadas eléctricamente a base de conductores iónicos pueden seleccionarse a partir de los siguientes materiales en el Cuadro 3 Cuadro 3 Materiales de Transporte de Ion de Conductor lomeo 15 (B?203)?(My?Oy2)? x en donde M puede seleccionarse de Sr, Ba, Y, Gd, Nb, Ta, Mo, W, Cd, Er y combinaciones de los mismos y x es mayor o igual a 0 y menos o igual que 1 16 CaTio 7AI03O3 x en donde x es mayor o igual a 0 y menos o igual que 1 17 CaTio 5AI05?3 d en donde d es determinada por estequiometría 18 CaTio 9dMgo os03 x en donde d es determinada por estequiometpa 19 Zr02-Tb407 20 Zr02-Y203-B?203 21 BaCeOs Gd 22 BaCe03 BaCeOs Y,BaCe03,Nd 23 LaxSr1-xGayMg1 -y03-d' en donde x es mayor o igual a 0 y menos o igual que 1, y es mayor o igual a 0 y menos o igual que 1 y d es determinado por estequiometpa Para una aplicación dada, el tamaño de la membrana de transporte de ion seleccionada esta enlazado típicamente al flujo (es decir, la cantidad de oxigeno por unidad de área por unidad de tiempo) de oxigeno a través de la misma Son deseables los altos valores de flujo de oxígeno de manera que puede usarse un área de membrana de transporte de ion pequeña para remover de manera eficiente el oxigeno del gas comprimido y calentado que entra al reactor de transporte de ion El área de membrana de transporte de ion mas pequeña reduce el costo de capital El flujo de oxigeno en cualquier ubicación sobre la membrana de transporte de ion depende de muchos factores, incluyendo la conductividad iónica del electrolito, el espesor de la membrana y la diferencia de potencial químico de oxigeno La selección de material para una reacción de gas de tipo de membrana favorece un material de óptima estabilidad con adecuada conductividad Puede hacerse un compromiso sobre la conductividad debido a la fuerza impulsora de alta relación de presión de oxígeno. Al mantener la membrana de transporte de ion a una temperatura suficientemente alta (típicamente de alrededor de 400°C, más típicamente arriba de 600°C) se contribuye a la optimización del rendimiento en el proceso y el sistema de esta invención ya que la membrana de transporte de ¡ón posee apreciable conductividad de ion de oxígeno a temperaturas elevadas y la conductividad se incrementa con el incremento de las temperaturas. Las temperaturas más altas pueden mejorar la cinética de los procesos de intercambio de superficie en las superficies de la membrana de transporte de ion. Las características específicas de la invención se muestran en uno o más de los dibujos solamente para conveniencia, ya que cada característica puede combinarse con otras características de conformidad con la invención. Los expertos en la técnica reconocerán las modalidades alternativas y se pretende que estén incluidas dentro del alcance de las reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1 . Un proceso para producir un producto oxidado junto con un sistema de turbina de gas para generar energía que comprende las etapas de: a) poner err contacto una corriente de gas que contiene oxígeno comprimido y calentado con por lo menos una membrana de transporte de ion de oxígeno de electrolito sólido en un reactor, el reactor que tiene una zona de retenido y una zona infiltrada separadas por la membrana, en donde por lo menos una porción del oxígeno es transportada a través de la membrana desde la zona de retenido hacia la zona infiltrada para generar una corrien-te infiltrada y una corriente de retenido carente de oxígeno; b) pasar un reactivo dentro de la zona infiltrada para reaccionar con el oxígeno transportado para generar un producto oxidado a partir de los mismos; c) agregar la corriente de retenido carente de oxígeno hacia una cámara de combustión de turbina de gas ; y d) expandir en una turbina de gas la corriente de gas carente de oxígeno recuperada desde la cámara de combustión de turbina de gas, generando energ ía de esta manera.

2. El proceso de la reivindicación 1 , en donde el gas que contiene oxígeno comprimido es extraído desde un compresor de turbina de gas antes de la etapa (a) .

3. El proceso de la reivindicación 1, que comprende además obtener una corriente de gas carente de oxígeno expandida desde la turbina y recuperar el calor desde la corriente de gas carente de oxígeno- expandido.

4. El proceso de la reivindicación 1, en donde una porción de la corriente de gas que contiene oxígeno es comprimida por un compresor impulsado por lo menos parcialmente por la turbina y la corriente de gas que contiene oxígeno complementario se agrega a la corriente de gas que cantiane oxígeno comprimido antes de que haga contacto con la membrana en la etapa a).

5. El proceso de la reivindicación 1, en donde el reactivo es mezclado con un moderador antes de pasar dentro de la zona infiltrada.

6. El proceso de la reivindicación 1, en donde la corriente infiltrada es dirigida para precalentar la corriente de gas que contiene oxígeno y el reactivo.

7. El proceso de la reivindicación 1, en donde la corriente de gas que contiene oxígeno fluye en una dirección a contracorriente con relación a aquella del reactivo en la etapa b).

8. El proceso de la reivindicación 1, en donde la temperatura de operación de la membrana está dentro de la escala desde aproximadamente 500°C hasta aproximadamente 1200°C.

9. Un proceso para producir un producto oxidado substancialmente libre de azufre junto con una turbina de gas para generar energía que comprende ias etapas de: a) poner en contacto una corriente de gas comprimido y calentado con por lo menos una membrana de transporte de ¡ón de oxígeno de electrolito sólido en un reactor, el reactor que tiene una zona de retenido y una zona infiltrada separadas por la membrana, en donde por lo menos una porción del oxígeno es transportada a través de la membrana desde la zona de retenido hacia la zona infiltrada para generar una corriente infiltrada y una corriente de retenido carente de oxígeno.; b) pasar un reactivo dentro de la zona infiltrada para reaccionar con el oxígeno transportado para generar un producto oxidada a partir de los miamos; c) pasar el producto oxidado de la etapa b) dentro de un removedor de gas ácido para recuperar el azufre resultando en u n producto con oxidación parcial substancialmente libre de azufre; d) agregar la corriente de retenido carente dé oxígeno en una cámara de combustión de turbina de gas; e) quemar el producto oxidado parcialmente libre de azufre en la cámara de combustión de turbina de gas; y d) expander en un expansor de turbina de gas la corriente de gas carente de oxígeno q uemada desde una cámara de combustión de turbina de gas, generando energía de esta manera .

10. El proceso de la reivindicación 9, en donde una corriente de gas que contiene oxígeno comprimido com plemetario es. agregada a la corriente de gas que contiene oxígeno comprimido antes de hacer contacto con la membrana en la etapa a) .