RO128151A1

RO128151A1 - Instalaţie şi procedeu de ardere a amestecului de hidrogen cu dioxid de carbon pentru centrale termice sau termoelectrice utilizate în domeniul casnic sau industrial

Info

Publication number: RO128151A1
Application number: ROA201100831A
Authority: RO
Inventors: Constantin Roibu; Nicolae Radu Olaru; Dumitru Ioan Hâncu; Victor Draşovean; Stan Popa; Florian Cioroianu; Codru Constantin Negriţescu; Marin Radu
Original assignee: Centrul De Cercetare Pentru Materiale Macromoleculare Şi Membrane Ccmmm S.A.
Priority date: 2011-08-23
Filing date: 2011-08-23
Publication date: 2013-02-28
Also published as: WO2013157974A3; WO2013157974A2; EA027456B1; EA201490863A1; EP2867583A2; RO128151B1

Abstract

Invenţia se referă la o instalaţie şi la procedeu de ardere a amestecului de hidrogen cu dioxid de carbon pentru centrale termice sau termoelectrice. Procedeul conform invenţiei, într-o primă fază, realizează arderea hidrogenului din amestecul H-COîn prezenţa magneziului drept catalizator, într-o incintă cu orificii pentru evacuarea gazelor şi a atomilor de carbon, cu formare de MgO, iar în a doua fază, în aceeaşi incintă în care a avut loc arderea hidrogenului, conform primei faze, plusul de hidrogen introdus permite regenerarea magneziului, conform reacţiilor fazice:şi reacţiei generale, de bilanţ:ciclul fiind continuu. Instalaţia conform invenţiei, pentru aplicarea procedeului, este alcătuită dintr-o carcasă () din inox, formată dintr-o ţeavă de inox pe care se fixează un capac () conectat la o conductă () de alimentare cu hidrogen, în interiorul căreia sunt cuprinse: o cameră () de distribuţie uniformă a hidrogenului, o cameră () de distribuţie uniformă a dioxidului de carbon, o cameră () de omogenizare amestec H-CO, o cameră () pentru catalizator în interiorul căreia se găseşte un catalizator () de magneziu atât în formă de aşchii, cât şi în formă de pudră, nişte ţevi () de cupru şi, respectiv, inox, care asigură transportul şi repartizarea uniformă a gazelor Hşi COpe suprafaţa unui strat () de cuarţ, dar şi a catalizatorului (), un deflector () de omogenizare amestec gazos, care asigură o turbionare a Hşi CO, iar pe exteriorul carcasei () sunt prevăzute nişte conducte () de completare a unui catalizator (), de alimentare cu H, de alimentare cu COşi o conductă de evacuare C; fixarea camerei catalizatorului () se rea

Description

Instalație și procedeu de ardere a amestecului de hidrogen cu dioxid de carbon pentru centrale termice sau termoelectrice utilizate în domeniul casnic sau industrial

Invenția se referă la un procedeu de ardere a amestecului H2-CO2 pe baza unui catalizator dar și a reactivității foarte mari a hidrogenului în special cu oxigenul și eliberarea spontană a atomului de carbon, obținând o energie termică bine controlată pe baza unei instalații simple, fiabile, eficiente și de mare siguranță ce poate contribui la reducerea substanțială a dioxidului dc carbon aflat în exces în natură, cu aplicații casnice și industriale.

încălzirea globală cauzată de creșterea concentrațiilor gazelor cu efect de seră în atmosferă constituie o preocupare majoră legată de calitatea aerului. Dioxidul de carbon este cel mai abundent gaz cu efect dc seră emis prin arderea combustibililor fosili folosiți pentru încălzire, producere dc electricitate și transport, fiind răspunzător pentru cele mai multe dintre schimbările climatice. Reducerea emisiilor de CO₂ impune măsuri cum ar fi reducerea consumului de energie, creșterea eficienței energetice sau utilizarea energiilor alternative, regenerabile.

fina dintre alternativele majore ale energeticii bazate pe combustibili fosili o constituie energetica bazată pe hidrogen. Obiect al unor utilizări de mare specificitate în industria chimică, în industria electronică și în cea spațială, hidrogenul a atras interesul autorităților publice și al organizațiilor din cercetare, precum și pe cel al oamenilor de afaceri, de mai bine de trei decenii, și în calitate de combustibil curat pentru mijloacele de transport sau ca sursă pentru generarea energiei electrice. Au fost inițiate și derulate cu prioritate, în întreaga lume, ample activități de cercetaredezvoltare multidisciplinare, urmărind elaborarea unor tehnologii eficiente de generare, separare, purificare, stocare, transport și utilizare în condiții de siguranță a hidrogenului.

Hidrogenul este combustibilul cel mai curat din punctul dc vedere al mediului înconjurător (prin arderea sa rezultând doar apă) și. totodată, purtătorul de energie cel mai eficient, având un conținut energetic pe unitatea de greutate de 2.1 ori mai mare decât la gazele naturale. Hidrogenul este și cea mai versatilă resursă energetică regenerabilă, putând fi folosit oriunde în lume, independent de resursele tradiționale dc energie, drept combustibil pentru motoarele tuturor tipurilor de vehicule, ca și pentru instalațiile termice care deservesc o gamă foarte largă de utilizări (locuințe, clădiri, localități etc.). precum și pentru alimentarea celulelor de combustibil care produc energie electrică tară poluare, având o mare varietate de aplicații, inclusiv în electronică, telecomunicații, tehnica de calcul.

O problemă tehnică importantă care trebuie rezolvată pentru utilizarea hidrogenului drept combustibil este aceea a arzătorului. Viteza de ardere a hidrogenului pur este foarte mare, fiind cuprinsă în intervalul 265-325 cm/s, față de 37-45 cm/s în cazul metanului. Din acest motiv. în condiții normale hidrogenul nu poate susține o flacără. Este necesar ca viteza de ardere a hidrogenului să fie redusă concomitent cu reducerea pericolului dc explozie.

Temperatura flăcării și viteza de propagare a acesteia sunt dependente de compoziția amestecului de ardere, care face să crească dimensiunea flăcării și să scadă viteza acesteia. în funcție de cerințele concrete impuse de o anumită utilizare, compoziția amestecului de ardere trebuie optimizată cu mare grijă. Arderea hidrogenului implică, de regulă, lucrări mai frecvente de întreținere a arzătoarelor, întrucât combustia rapidă face deseori posibil contactul flăcării cu componentele arzătorului, conducând la degradarea rapidă a acestora.

Pe plan mondial s-au conceput și implementat soluții privind adaptarea centralelor termoelectrice funcționând pe combustibili fosili la funcționarea cu hidrogen. încă din 1993. în cadrul unui proiect demonstrativ derulat în Germania de către compania SWB s-a testat funcționarea unor cazane cu capacitatea termică de 20 KW utilizând arzătoare modificate pentru arderea hidrogenului, a

<X-2 0 1 - Ο Ο 33 1 - 2 3 -08- 2011 gazului natural sau a unor amestecuri ale acestor gaze (Interna·ionul Journ.tl oj Hydrogen Energy. voi. 19. nr. 10,1994). în Japonia au fost elaborate noi cicluri Rankine pentru centrale electrice care folosesc drept combustibil hidrogenul (Internațional Journcd ofE;:ergy. voi. 1. nr. I. p. 29-46. 2004).

Arzătoarele de hidrogen proiectate necorespunzâtor vibrează și produc zgomot. Mai important este însă faptul că la astfel de arzătoare proiectate necorespunzător flacăra poate să fie foarte instabilă și se poate desprinde de arzător. Unii producători de arzătoare limitează concentrația de hidrogen la 90-95%. diferența fiind constituită din metan. Rezultate remarcabile recunoscute pe plan mondial a obținut firma americană C’oen din California. S-a raportat proiectarea și punerea în funcțiune a unor cazane din gama 250 000 Ib/h (113.5 t/h) folosind drept combustibil 95% hidrogen cu arzătoare Coen. precum și faptul că această firmă poate produce arzătoare care să ardă 100% hidrogen la cazane de abur de tipul Rentech ori Babcock&Wilcox.

Firma taiwaneză De Fu Technology produce în mod curent arzătoare ..hidrogen-oxigen'’ cu capacitatea termică maximă de 250.000 kcal/h destinate cazanelor. cuptoarelor pentru tratamente termice și altor aplicații (w\w .dfb.com.tw).

Pentru a arde hidrogenul în condiții de siguranță este esențial să se mențină o viteză minimă a arderii la nivelul injectoarelor de hidrogen, astfel că dispozitivele convenționale de control al debitului și presiunii nu sunt suficiente. Firma americană C-B NATCOM a proiectat (pentru uzina chimică Olin Chior Cheniicals) un arzător care utilizează zone multiple de injecție a hidrogenului (produs excedentar al uzinei disponibil la o presiune de 0,48 bar) ce se deschid și se închid astfel încât să se .mențină presiunea în limite optime (destinat unor cazane acvatubulare cu capacitatea de 34 t/h și funcționând la presiuni de ordinul a 10 bari). Un sistem cu 6 astfel de zone asigură un raport de reglare de 20:1. Sistemul de control elaborat permite funcționarea sigură și eficientă în cinci moduri de ardere: numai gaz natural, numai păcură, numai hidrogen, hidrogen cu gaz natural și hidrogen cu păcură. Pentru a reduce formarea unor oxizi de azot, se evită contactul imediat al combustibilului cu aerul prin injectarea de abur la periferia injectoarelor de hidrogen. Tot pentru evitarea formării oxizilor de azot, temperatura de funcționare trebuie menținută sub 650^uC\ La uzina chimică menționată proiectul de instalare a două cazane de abur care să utilizeze hidrogenul excedentar și în caz de nevoie (disponibilitatea hidrogenului ca produs excedentar nefiind constantă) gazul natural sau păcura, a necesitat o perioadă de 14 luni pentru finalizare. Beneficiile. în creștere de la an la an datorită majorărilor de prețuri la combustibili, au fost estimate la 2,5 milioane USD anual.

în luna august 2008 un sistem similar de utilizare a hidrogenului excedentar pentru alimentarea cu combustibil a unor cazane de abur a fost pus în funcțiune și de uzina din Runcorn (nord-vcstul Angliei) a companiei INEOS Chior, un lider global în producerea de derivați clorurați. (httpr'w w w .chcinicalprocessino.com/articlcs/2010/132.html).

în cererea de brevet PC I nr. WO 2009/068424 Al (solicitant firma Alstom Technology Ltd. clin Elveția), care este o variantă perfecționată a cererii de brevet PCT ni'. WO 2006/058843 Al, se prezintă un sector de tranziție cuplat în amonte cu generatorul de vârtejuri și un sector de amestecare, cuplat în amonte cu sectorul de tranziție și în aval cu camera de ardere.

In cererea de brevet PCT nr. WO 2007/021053 Al (solicitant firma Daum Energy Co. Ltd. din Coreea de Sud), se prezintă un arzător pentru hidrogen gazos și un sistem de furnizare a căldurii care folosește acest arzător. Hidrogenul este generat in-situ într-o celulă electrolitică, prin electroliza unei soluții apoase și este filtrat înainte de utilizare. Se prevede și posibilitatea stocării temporare a hidrogenului produs electrolitic într-un aliaj metalic. în vederea utilizării ulterioare în arzător. Este asigurată o disipare eficientă a căldurii degajate, prevenindu-se supraîncălzirea duzei de alimentare cu hidrogen. Arzătorul conform acestei invenții poate fi utilizat la o instalație casnică pentru gătit.

Ο-z S 7 Τ - !J » ? 5 1 - 2 3 -ou- 2iiii în cererea de brevet PCT nr. WO 2006/136316 Al (solicitant firma Giacomini S.p.A. din Italia) este prezentat un arzi ;o.· catalitic le hidrogen, funcționând în condiții sigure la temperaturi joase (înjur de 300°C). fără flaciră. Un p ;i a catalizator de amorsare a oxidării hidrogenului în fluxul de aer la temperatură ambiant! este i urai de alți catalizatori situați în aval în camera de ardere, pentru susținerea în continuare a oxidi .ii. ^Dentru a preveni colmatarea porilor catalizatorilor, aerul folosit este purificat și furnizat de ui compresor. Arzătorul este conceput pentru a oferi o sursă de căldură pentru sistemele îez dențiule d · furnizare a apei calde și/sau de încălzire.

în cererea de brevet PCT nr. WO 2006/058843 Al (solicitant firma Alstom Technology Ltd. din Elveția) se prezintă o metodă și ι n d.spozitiv pentru arderea unui combustibil gazos care conține hidrogen sau constă dir hidrogen. 4 ‘zătorul este prevăzut cu un generator de vârtejuri, combustibilul gazos fiind introdus axial și/sau coax al în acesta. Fluxul de aer necesar arderii este introdus tangențial și este rotitor.

în cererea de brevet PCT nr. WO 2005/024301 Al (solicitant firma Giacomini S.p.A. din Italia, conform invenției, hidrogenul este mestecat cu aer și ars într-o cameră de ardere pe un catalizator (ex. paladiu, platină), la o temperatură : năzrtă (200450°C). fără flacără. Hidrogenul este furnizat la o presiune mică, preferabil 20 milibari Camera de ardere este înconjurată de un schimbător de căldură traversat de gazele arse, căldura dega ată ia ardere fiind preluată de un circuit de apă de răcire. Apa încălzită poate fi stocată într-un rezervor ;i utilizată la nevoie. Hidrogenul poate 11 produs in-situ prin electroliză ori poate ii preluat din buteli de stocare, după o reducere de presiune. Arzătorul brevetat este conceput pentru echiparea uni i sistem de asigurare cu apă caldă a unor clădiri. Când nu este nevoie de apă caldă, hidrogenul poate f acumulat în hidruri metalice și stocat.

Prezentarea pe scurt a invenției

Procedeul conform invenției, de ardere a amestecului H2-CO2 elimină dezavanti jele anterior menționate prin aceea că într-o primă fază este realizată arderea hidrogenului din amestei ul (H2-CO2) în prezența magneziului dintr-o incintă cu orificii pentru evacuarea gazelor și a atomilc: de carbon, drept catalizator, cu formare de MgO, iar în a doua fază în aceeași incintă în care a avu loc arderea hidrogenului conform primei faze, plusul de hidrogen introdus permite regenerarea magne milui. Toate acestea desfașurându-se conform următoarelor reacții fazice:

1T₂ + CO2 + Mg —* MgO + C + H₂O

MgO H₂ — Mg - H₂O + Q și reacției generale, de bilanț:

catalizator (Mg)

2H₂ + CO₂--------► C + 2H₂O + Q. ciclul fiind continuu.

Instalația pentru arderea amestecului H2-CO2 care face obiectul prezentei invenții elimină dezavantajele invențiilor prezentate anterior prin aceea că este formată din o carcasă din ir ox. (țeava de inox) pe care se fixează un capac conectat la o conductă de alimentare cu hidrogen, in interiorul carcasei fiind cuprinse:

• o cameră distribuție uniformă a hidrogenului delimitată de două capace, ambele din tablă de inox;

• o cameră distribuție uniformă a dioxidului de carbon delimitată de două capace din tablă de inox:

• o cameră de omogenizare amestec H2-CO2 delimitată de un capac din tablă de inox și care conține nisip de cuarț sau cuarț în formă de cristale hexagonale;

• o cameră pentru catalizator în interiorul căreia se găsește un catalizator de m.gneziu atât în formă de așchii cât și în formă de pudră:

^--2 0 1 1-00831--

3 -08- 2011 • niște țevi de cupru ce asigură transportul și repartizarea uniformă a gazelor H. și CO? pe suprafața cuarțului și a catalizatorului:

• un deflector de omogenizare amestec gazos, ce asigură o turbionare a amestecului H2-CO2. înainte de intrarea în stratul de cuarț. pe exteriorul carcasei fiind prevăzute:

• o conductă de completare a catalizatorului;

• o conductă de alimentare cu H2, și o conductă de alimentare cu CCR • instalație de dirijare a aerului cald pentru aplicații industriale.

Instalația și procedeul de ardere a amestecului H2-CO2 pentru centrale termice și termoelectrice din domeniul casnic sau industrial, conform invenției, prezintă următoarele avantaje:

o promovează, conștientizează și responsabilizează noua generație cu privire la rolul și importanța energiei în aplicațiile domestice și industriale ale hidrogenului, trecerea la o nouă eră bazată pe energia hidrogenului, sursă inepuizabilă;

o sistemul permite arderea de H2 și CO2 atât la joasă cât și la medie presiune;

o reducerea efectului de poluare a mediului prin recuperarea atomilor de carbon;

o obținerea de carbon de înaltă puritate care poate fi utilizat în diverse domenii:

o controlarea vitezei de ardere a hidrogenului precum și a temperaturii dorite, cu aplicații numeroase în domeniul industrial;

o asigurarea unei atmosfere de ardere bine controlată ce permite utilizarea acestuia în tratamente termice industriale;

o valorificarea superioară a surplusului de hidrogen al combinatelor chimice și unităților de profil în scopul obținerii de energie calorică sau energie electrică:

o utilizarea unui catalizator (Mg) relativ ieftin ce asigură un transfer al O? de la CO? la H2 pe baza unor reacții simple ce utilizează la 2 moli de H₂ cel mult un mol de CO2.

o construcția relativ simplă:

o siguranța în exploatare;

o fiabilitate mare;

o procedeul permite monitorizarea temperaturii de ardere și a atmosferei prin reglarea vitezei de ardere a hidrogenului.

Invenția este prezentată pe larg în continuare. în legătură și cu figurile 1-6 care reprezintă:

o fig. 1. instalația de ardere a amestecului H2-CO2:

o fig. 2. secțiunea transversală a instalației de ardere a amestecului HȘ-CO?:

o fig. 3. detaliu 13, fixare cameră catalizator;

o fig. 4. detaliu C. fixare deflector;

o fig. 5. formă deflector;

o flg. 6, variante de dirijare a căldurii cu aer oferit de un ventilator pentru aplicațiile industriale.

Procedeul conform invenției, de ardere a amestecului H2-CO2- într-o primă fază este realizată arderea hidrogenului din amestecul H2-CO2 în prezența magneziului într-o incintă cu orificii pentru evacuarea gazelor și a atomilor de carbon, drept catalizator, cu formare de MgO. iar în a doua fază în aceeași incintă plusul dc hidrogen introdus regenerează magneziul. conform reacțiilor fazicc:

H2 + CO2 + Mg —* MgO + C + H2O

MgO + H-2 —> Mg + H2O + Q și reacției generale, de bilanț:

catalizator (Mg)

2H2 + CO2--------► C + 2H2O + Q. ciclul fiind continuu.

Din bilanțul chimic al reacției se poate observa că se utilizează doi moli de hidrogen pentru un mol de dioxid de carbon. Cantitativ, în reacție intră cca. 2400 Nnr’EB/oră și 1200 Nm³CO2/oră. adică 2 moli ID/maxlmol CO2. pentru care volumul camerei cilindrice cu Mg a fost de D300x30 (cca. 5,7 kg Mg).

C<- 2 O Π - O O 8 3 1 - - “08· 2011 V

Arderea are loc la suprafața stratului de magneziu așchii, locul unde se produce combinarea hidrogenului cu oxigenul și eliberarea atomului de carbon. Magneziul are tendința de oxidare însă acesta este regenerat de hidrogen prin cedarea oxigenului la atomul de hidroge 1. Atât reacția de oxidare a magneziului cât și oxidarea hidrogenului sunt reacții puternic exoterme care conduc la un randament superior al bilanțului energetic în raport cu pierderea de energie necesară descompunerii dioxidului de carbon. Catalizatorul și debitul de COț asigură micșorarea vitezei de ardere a H2. iar stratul de cuarț asigură omogenizarea amestecului H2-CO2 și întrerupe flacăra la oprirea alimentării cu hidrogen (nu îi permite să se propage în circuitul de alimentare cu IL·).

Procedeul de ardere a amestecului H2-CO2- casnic se realizează secvențial astfel:

• se deschide robinetul conductei cu H2 la debit minim:

• cu o instalație piezoelectricâ se aprinde hidrogenul;

• se mărește debitul de hidrogen;

• se deschide robinetul conductei cu CO2 până la asigurarea raportului molar optim.

La oprire operațiile sunt invers celor de la pornire.

Procedeul de ardere a amestecului H2-CO2 - industrial se realizează secvențial astfel:

• se aprinde cu o instalație piezoelectrică o flacără de veghe cu metan, adus printr-o conductă de alimentare, flacăra de veghe fiind îndreptată perpendicular pe axa arzătorului de hidrogen:

• se deschide progresiv robinetul de alimentare cu hidrogen până la debitul maxim.

• se deschide progresiv robinetul de alimentare cu CO2 până la asigurarea raportului molar H2/CO2 egal cu 2/max.l.

Operația de oprire a instalației decurge în mod invers operației de pornire și anume: oprire CO2. oprire H2. oprire flacără de veghe cu metan. Instalațiile industriale vor fi prevăzute și cu doi senzori optici pentru flacăra de veghe și pentru flacăra amestecului de H2 cu COț ce intră într-o schemă specială de automatizare dar care nu face obiectul prezentei invenții.

Aerul suflat cu un ventilator este dirijat într-o cameră ce permite răcirea instalației, figura 1. apoi aerul încălzit este turbionat printr-un spațiu tronconic în interiorul focarului cazanului. Carcasa pentru dirijarea aerului cald în cazan este prevăzută cu un circuit care conține umplutură de țeavă de cupru care asigură transferul de căldură la aerul ventilat.

Instalația, atât pentru varianta utilizată în domeniul casnic cât și industrial, conform invenției, rezolvă problema arderii amestecului H2-CO2 cu ajutorul unui catalizator din așchii și pudră de magneziu ce permite obținerea de atomi de carbon, contribuind la eliminarea excesului de carbon din natură în condiții de siguranță maximă, conform procedeului revendicat, prin aceea că are o carcasă (1) din inox. figura 1. dintr-o țeavă de inox pe care se fixează un capac (3) conectat la o conductă de alimentare cu hidrogen (2). în interiorul carcasei (1) fiind cuprinse:

• o cameră distribuție uniformă a hidrogenului (Ml) delimitată de un capac (3) și un capac (5). ambele din tablă dc inox;

• o cameră de distribuție uniformă a dioxidului de carbon (M2) delimitată de capacul (5) și de un capac (6) tot din tablă de inox;

• o cameră (M3) de omogenizare amestec H2-CO2 delimitată de un capac (9) din tablă de inox și sită interioară (14). omogenizarea realizându-se cu ajutorul unui deflector (16) confecționat din tablă de inox precum și nisip cuarțos sau cristale de cuarț cu granulație 0.82 mm:

• o cameră pentru catalizator (14) clin sită de inox cu perforații de 50 iun în interiorul căreia se găsește un catalizator de magneziu (13) atât în formă de așchii cât și în formă de pudră;

• țevi de cupru sau inox (7) și respectiv (8) ce asigură transportul și repartizarea uniformă a gazelor H₂ și CO2 pe suprafața catalizatorului (13);

• un deflector (16). ce asigură o turbionare a H2 și CO2 prin startul de cuarț (18).

Pc exteriorul carcasei (1) sunt prevăzute:

^-2 0 1 1 - 0 0 β 3 1 - 2 3 -08- 2011 • ο conductă de completare a catalizatorului. (17);

• o conductă de alimentare cu EL. (2);

• o conductă de alimentare cu COj. (4).

Dispunerea țevilor (7) și (8) în interiorul carcasei (1) se poate vedea din figura 2.

Fixarea camerei pentru catalizator (14) cu elementul Mg care are rolul de catalizator, se poate observa din figura 3, aceasta realizându-se cu o piuliță (1.1). o garnitură (12) și un element elastic (15).

Tn partea de jos a camerei pentru catalizator se execută tehnologic o înclinație de 15*' pe înălțimea acesteia astfel încât carbonul care rămâne în catalizator să poată fi recuperat prin o conductă (10).

Fixarea și forma dctlcctorului (16) este redată în figura 4. respectiv figura 5. Bolțul dc inox (19) are un ajustaj de strângere pentru fixarea în țeava de distribuție a CO2 și este prevăzut cu unele găuri pentru a permite intrarea CO2Î11 camera de amestec.

Catalizatorul din Mg este în formă de așchii și în partea interioară a incintei cu Mg pudră. Raportul rnasic Mg așchii/Mg pudră = 5/1...4/1

Din camera (Ml), hidrogenul se distribuie uniform prin conductele (7) mandrinată sau sudată pe capacele (5). (6) și (9) pentru a realiza o etanșare a camerelor.

Prin conducta (8) este distribuit uniform și CCfl. Aceasta este fixată pe capacele (6) și (9) prin mandrinarc sau sudare. în funcție dc materialul utilizat (cupru sau inox). în urma procesului de ardere, catalizatorul (13) care asigură transferul oxigenului de la dioxidul de carbon (CO2) la hidrogen (H₂) poate să aibă și unele pierderi ce necesită periodic completarea camerei în care are destinația, lucru care se realizează prin conducta (17).

l.a aplicațiile industriale este necesară și o dirijare a flăcării și a căldurii cu ajutorul aerului suflat din exteriorul instalației de ardere, conform figura 6.

Aerul suflat cu un ventilator este dirijat într-o cameră ce permite răcirea instalației (descrise în figurai), apoi aerul încălzit este turbionat printr-un spațiu tronconic pe care se sudează aripioare din tablă (27) în interiorul focarului cazanului (20). Carcasa (22) este prevăzută cu un circuit care conține țevi dc alimentare (23) în număr de 12 bucăți, umplutură de țeava de cupru ΦΙΟχΙχΙΟ mm (26) care asigură transferul de căldură la aerul ventilat. Tot la aplicațiile industriale trebuie asigurată o flacără de veghe printr-o conductă de alimentare (25), un sistem piezoelectric (21) de aprindere a flăcării.

Carbonul rezultat în urma procesului de descompunere a COț. datorită reactivității hidrogenului cu oxigenul din CO2. este recuperat prin conducta (10). iar o altă parte este spulberat la baza focarului cazanului termic, unde este amplasată instalația, acesta fiind periodic recuperat. Este foarte important de precizat că nu este admisă crearea în focar a unei cantități mai mari de carbon atomic deoarece ar exista riscul aprinderii acestuia lucru care ar conduce la topirea focarului.

Exemple de realizare

Exemplul 1

Utilizăm o instalație cu diametrul exterior de 300 mm. lungimea de 300 mm. grosimea stratului de Mg așchii de 30 mm, grosimea stratului de Mg pudră de 5 mm și grosimea stratului de cuarț de 20 mm.

La acest gabarit al instalației se pot arde debite de 900 m7h și 3000 nr/h și dioxid de carbon proporțional la cel mult jumătatea hidrogenului folosit (la 2 moli de EL cel mult 1 mol de CO2).

Pentru situații în care nu avem dioxid de carbon cu concentrații mari de 98-99% se poate folosi și amestec de gaz cum ar fi:

o azot 40-60%;

o oxigen 2-4%, o CO2 36-48%. gaz obținut din procesele chimice existente.

^2011-00851-2 3 -08- 2011 9 în toate situațiile se ține cont de necesarul de O? atât în stare liberă cât și cel aflai în combinație cu COț astfel încât să asigure arderea completă a hidrogenului.

Exemplul 2

Industrial, pe lângă instalația descrisă la exemplul 1 se utilizează o carcasă cu diametrul de 1200 mm și un ventilator ce asigură atât răcirea instalației prezentate anterior cât și dirijarea flăcării obținute. Se mai folosește o conductă pentru aducțiunea gazului metan în vederea realizării flăcării de veghe iar aprinderea se realizează cu o instalație piezoelectrică. Ciclul de funcționare este următorul: la pornire - ventilare cazan, oprire ventilare, aprindere flacără de veghe, deschidere progresivă vană de hidrogen, deschidere progresivă vană de CO2, introducere aer cald pentru dirijarea flăcării și căldurii, iar la oprire - oprire ventilare, oprire COo. oprire EE, oprire flacără de veghe.

Claims

1. Procedeu de ardere a amestecului II2-CO2, caracterizat prin aceea că, într-o primă fază este realizată arderea hidrogenului din amestecul H2-CO2 în prezența magneziului drept catalizator într-o incintă cu orificii pentru evacuarea gazelor și a atomilor de carbon, cu formare de MgO, iar în a doua fază în aceeași incintă în care a avut loc arderea hidrogenului conform primei faze, plusul de hidrogen permițând regenerarea magneziului. conform reacțiilor fazice:

H₂ + CO2 + Mg MgO + C + H₂O

MgO + H₂ Mg + H₂O + Q și reacției generale, de bilanț:

catalizator (Mal

2H₂ + CO₂----- ► C + 2H₂O + Q utilizându-se doi moli de hidrogen pentru cel mult un mol de dioxid de carbon.

2. Instalație de ardere a amestecului H₂-CO₂, de aplicare a procedeului conform revendicării 1. caracterizată prin aceea că, are o carcasă (1) din inox, formată dintr-o țeavă de inox pe care sc fixează un capac (3) conectat la o conductă de alimentare cu hidrogen (2), în interiorul căreia sunt cuprinse:

• o cameră distribuție uniformă a hidrogenului (Ml) delimitată de capacul (3) și un capac (5), ambele din tabkr de inox;

• o cameră distribuție uniformă a dioxidului de carbon (M2) delimitată de capacul (5) și un capac (6) tot din tablă de inox;

• o cameră (M3) de omogenizare amestec H2-CO₂delimitată de un capac (9) din tablă de inox:

• o cameră pentru catalizator (14) în interiorul căreia se găsește un catalizator de magneziu (13) atât în formă de așchii cât și în formă de pudră;

• țevi de cupru sau inox (7) și respectiv (8) ce asigură transportul și repartizarea uniformă a gazelor H₂ și CO₂ pe suprafața catalizatorului și a cuarțului;

• un deflector (16) de omogenizare amestec gazos, ce asigură o turbionare a H₂ și CO₂ prin stratul de cuarț.

iar pe exteriorul carcasei sunt prevăzute:

• o conductă de completare a catalizatorului (17);

• o conductă de recuperare a carbonului (10);

• o conductă de alimentare cu CO₂ (4);

• o conductă de alimentare cu H₂ (2).

3. Procedeu industrial de ardere a amestecului H₂-CO₂- industrial, conform revendicărilor 1 și

2. caracterizat prin aceea câ flacăra și căldura degajată prin arderi a H₂ și Mg sunt dirijate cu aer cald după ce aerul parcurge un circuit special cu umplutura din țeavă de cupru pe baza unui ciclu de funcționare bine stabilit și anume: la pornire - ventilare cazan, oprire ventilare, aprindere flacără de veghe, deschidere progresivă vană de hidrogen, deschidere progresivă vană de CO₂. introducere aer cald pentru dirijarea flăcării și căldurii, iar la oprire - oprire ventilare, oprire CO₂. oprire H₂. oprire flacără de veghe.

4. Instalație de ardere a amestecului H₂-CO₂ - industrial de aplicare a procedeului, conform revendicării 3. caracterizat prin aceea că mai cuprinde:

• o carcasă (22);

• mai multe țevi (23) pentru introducerea aerului în umplutură (26):

• o conductă de alimentare de metan pentru asigurarea flăcării de veghe (25):

• grup de găuri Φ5 dispuse pe diametrul maxim al carcasei în partea tronconică (24) ce asigum ieșirea acrului cald din arzător.

5. Instalație ca la punctul 2 pentru varianta casnică și ca la punctul 4 pentru varianta industrială caracterizată prin aceea că se înlocuiește Mg cu un strat de cuarț necesar pentru presiuni medii ale gazelor de alimentare. H₂ și CO₂.