AT528585A4 - System zur Abscheidung von CO2 aus einem CO2-haltigen Abgas - Google Patents

Abstract

System (1) zur Abscheidung von CO2 aus einem CO2-haltigen Abgas (2) einer technischen Anlage (3), wobei das System (1) einen mit der technischen Anlage (3) verbindbaren Abgasrezirkulationskreis (4), eine Ammoniaksyntheseanlage (5), eine Luftzerlegungsanlage (6) zur Zerlegung von Luft in Sauerstoff (7) und Stickstoff (8), und eine Düngererzeugungsanlage (9) umfasst, wobei der Abgasrezirkulationskreis (4) dazu ausgebildet ist, einen ersten Anteil (A1) des Abgases (2) mit dem Sauerstoff (7) anzureichern und der technischen Anlage (3) zuzuführen, und einen zweiten Anteil (A2) des Abgases (2) der Düngererzeugungsanlage (9) zuzuführen, und wobei die Ammoniaksyntheseanlage (5) dazu ausgebildet ist, aus dem Stickstoff (8) und Wasserstoff (10) Ammoniak (11) zu synthetisieren, und wobei die Düngererzeugungsanlage (9) dazu ausgebildet ist, aus in dem zweiten Anteil (A2) des Abgases (2) enthaltenem und/oder der Düngererzeugungsanlage (9) zugeführtem Wasser, sowie aus dem in dem zweiten Anteil (A2) des Abgases (2) enthaltenen CO2, und dem Ammoniak (11) Pflanzendünger (12) zu erzeugen.

Description

Beschreibung

SYSTEM ZUR ABSCHEIDUNG VON CO>2 AUS EINEM CO2-HALTIGEN ABGAS

[0001] Die Erfindung betrifft ein System zur Abscheidung von CO; aus einem CO»-haltigen Abgas einer technischen Anlage gemäß Anspruch 1, und ein Verfahren zur Abscheidung von CO2 aus einem CO»-haltigen Abgas einer technischen Anlage gemäß Anspruch 11.

[0002] Die fortschreitende Erderwärmung und der Klimawandel stellen weltweit eine der größten Herausforderungen dar. Ein wesentlicher Faktor für diese Entwicklung ist die Emission von Kohlendioxid aus industriellen Prozessen und der Verbrennung fossiler Brennstoffe. Noch in den 1980er Jahren herrschte ein angenehmes Klima mit einer CO2-Konzentration von ca. 340 — 360 ppm in der Atmosphäre vor. Dieser Wert hat sich in den nachfolgenden Jahrzehnten jedoch nachhaltig erhöht. Infolgedessen wurden in den letzten Jahrzehnten mehrere Übereinkommen, wie das Kyoto Protokoll sowie das Pariser Klimaschutzübereinkommen ratifiziert, welche sich das Zeil setzen die globalen CO2-Emissionen zu reduzieren, und somit dem fortschreitenden Klimawandel entgegenzuwirken. Seit dem Kyoto-Protokoll von 1997, das 2005 in Kraft trat, bis zum Klimaabkommen von Paris — dem COP 21 -, wo im Jahr 2015 völkerrechtlich verbindlich von 195 Staaten der Welt beschlossen wurde, dass der weltweite Temperaturanstieg möglichst auf 1,5°C, auf jeden Fall deutlich unter 2°C im Vergleich zum vorindustriellen Zeitalter beschränkt werden soll, wurde bis 2024 keine Reduktion der weltweiten CO2 Emissionen erreicht, sondern lediglich der Zuwachs reduziert bis stabilisiert. Zwar können Verbesserungen durch effizientere industrielle Prozesse, und der Umstellung beispielsweise von Heizsystemen von Gebäuden auf erneuerbare Energieträger erreicht werden, jedoch ist es absehbar, dass allein diese Tätigkeiten nicht zu jenen notwendigen Einspargen an CO2-Emissionen führen, welche notwendig wären, um die globalen Klimaziele zu erreichen. Im Stand der Technik sind verschiedene Mechanismen für die Abscheidung von CO, bekannt, welche im Allgemeinen als „Carbon Capture and Storage“ Technologien, abgekürzt CCS-Technologien bekannt sind. Hierbei wird CO2 aus der Atmosphäre oder einem Abgas eines technischen Prozesses entnommen und danach beispielsweise unter hohem Druck in Gestein verpresst. Insbesondere bei der Anwendung in industriellen Anlagen in welchen Erdgas verfeuert, abgebaut oder eingesetzt wird, kann mit diesen Verfahren eine CO, Neutralität erreicht werden, da das abgeschiedene CO-, wieder in die Hohlräume rückgeführt werden kann, aus welchen das Erdgas entnommen wurde. Würde in allen vorhandenen Erdgasfeldern an Stelle des daraus entnommenen Erdgases mit einer Masse von 0,75 kg/m® das ca. 2,6 mal so schweren CO», mit einer Masse von 1,977 kg/m? gespeichert und auf das gleiche Volumen gebracht, mit gleichem Druck und gleicher Temperatur, reicht dies nicht aus das Weltklima zu stabilisieren.

[0003] Der Grund hierfür ist, dass aus 1 kg Erdgas mit ca.75% C bei dessen Verbrennung 2,75 kg CO>, entstehen. Bei der Erdgasverbrennung entsteht somit in Etwa so viel CO2, wie man im Erdgasfeld aus welchem das Erdgas ursprünglich entnommen wurde speichern kann.

[0004] Um die Klimaziele des Pariser Klimaabkommen zu erfüllen, dürfen jedoch bis zum Jahr 2040 nach dem Intergovernmental Panel on Climate Change- IPCC nur noch 420 Gt CO; emittiert werden, wobei der Ausstoß ab dem Jahr 2040 auf 0 sinken soll. Derzeit werden allerdings ca. 40 Gt CO, pro Jahr ausgestoßen, wodurch eine Erhöhung des CO2-Gehalts in der Atmosphäre von ca. 5ppm/Jahr erfolgt. In Folge dürfen ab dem Jahr 2025, mit einer vorherrschenden CO2-Konzentration von ca. 430 ppm pro Jahr nur etwa 28 Gt CO», also um ca. 30% weniger emittiert werden. Würde das 2°C Ziel im Jahr 2040 erreicht, dann erreicht die CO2-Konzentration in der Atmosphäre ca. 480 ppm. Gemäß Modellrechnungen der IPCC sinkt die CO2-Konzentration in der Atmosphäre innerhalb von 1000 Jahren von 100% auf 15% - 40% ab. Trifft dies zu, so wird die CO2-Konzentration der 1980er Jahre in 166 bis 345 Jahren erreicht, d.h. zwischen den Jahren 2191 und 2370. Selbst wenn im Jahr 2025 100% der Nutzenergie aus erneuerbaren Energien bereitstehen würde, dauert dies 108 bis 225 Jahre wodurch die CO2-Konzentration in der Atmosphäre der 1980er Jahre erst zwischen 2133 und 2250 erreicht würde.

[0005] Ein Nachteil von derartigen bestehenden Systemen zur Abscheidung von CO» besteht somit darin, dass diese eine viel zu ineffizient sind, und zudem CO», als Abfallprodukt behandeln,

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und z. T. unter hohem Energieaufwand versuchen dieses permanent zu speichern. Hierdurch entsteht einerseits ein hoher Energiebedarf, und andererseits bedingt die Speicherung von CO, weitere Eingriffe in die Umwelt.

[0006] Ziel der vorliegenden Erfindung ist es ein System und ein Verfahren zur Abscheidung von CO>2 aus einem CO>-haltigen Abgas einer technischen Anlage bereitzustellen, welches die Effizienz der CO, Abscheidung und zudem die Entnahme von CO, aus der Atmosphäre wesentlich verbessert.

[0007] Dies wird durch ein erfindungsgemäßes System mit den Merkmalen von Anspruch 1 und ein erfindungsgemäßes Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 11 erreicht.

[0008] Das erfindungsgemäße System zur Abscheidung von CO, aus einem CO»-haltigen Abgas einer technischen Anlage umfasst einen mit der technischen Anlage verbindbaren Abgasrezirkulationskreis. Des Weiteren umfasst das erfindungsgemäße System eine Ammoniaksyntheseanlage, eine Luftzerlegungsanlage zur Zerlegung von Luft in Sauerstoff und Stickstoff, sowie eine Düngererzeugungsanlage. Die Luftzerlegungsanlage ist dazu ausgebildet ist den Sauerstoff an den Abgasrezirkulationskreis, und den Stickstoff an die Ammoniaksyntheseanlage zuzuführen.

[0009] Der Abgasrezirkulationskreis ist im Rahmen des erfindungsgemäßen Systems dazu ausgebildet ist, einen ersten Anteil des Abgases der technischen Anlage mit von der Luftzerlegungsanlage an den Abgasrezirkulationskreis zugeführten Sauerstoff anzureichern und der technischen Anlage zuzuführen. Hierdurch wird der erste Anteil des Abgases wiederaufbereitet, und kann als Betriebsgas für den Betrieb der technischen Anlage verwendet werden. Hierdurch reduziert sich die Entnahmemenge von Luft aus der Atmosphäre. Erfindungsgemäß wird ein zweiter Anteil des Abgases der technischen Anlage der Düngererzeugungsanlage zugeführt.

[0010] Die Ammoniaksyntheseanlage ist zudem dazu ausgebildet, aus dem von der Luftzerlegungsanlage bereitgestellten Stickstoff und aus der Ammoniaksyntheseanlage zugeführtem Wasserstoff Ammoniak zu synthetisieren, und diesen synthetisierten Ammoniak der Düngererzeugungsanlage zuzuführen. Die Düngererzeugungsanlage erzeugt in Folge aus in dem zweiten Anteil des Abgases enthaltenem und/oder der Düngererzeugungsanlage zugeführtem Wasser, sowie aus dem in dem zweiten Anteil des Abgases enthaltenen CO, und dem von der Ammoniaksyntheseanlage zugeführten Ammoniak Pflanzendünger.

[0011] Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass das erfindungsgemäße System jegliche CO» Emission an die Umwelt vermeidet, und das CO, auch nicht mit technischen Mitteln und unter hohem Energieaufwand geologisch gespeichert werden muss. Zudem wird durch einen Einsatz des Pflanzendüngers das Pflanzenwachstum beschleunigt, wodurch zusätzlich CO2 aus der Atmosphäre entnommen wird. Hierdurch wird die Gesamtbilanz an CO2-Emissionen des erfindungsgemäßen Systems weiter verbessert. Das erfindungsgemäße System ist zudem zur Nachrüstung an jeder bestehenden technischen Anlage geeignet, wodurch die CO, Bilanz bestehender Anlagen drastisch verbessert werden kann. Zudem verursacht das erfindungsgemäße System keinen nennenswerten Einfluss auf die Operation der bestehenden technischen Anlage. Im Falle einer Anwendung des erfindungsgemäßen Systems an neu errichteten Anlagen besteht ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Systems darin, dass Umweltprüfungsverfahren durch den verringerten CO, Ausstoß wesentlich vereinfacht, und die Verfahrensdauer verkürzt wird. Durch den Einsatz des mit dem erfindungsgemäßen System erzeugten Pflanzendüngers, beispielsweise in der Landwirtschaft, wird zudem durch den hierdurch hervorgerufenen Pflanzenwachstum der Vorteil erreicht, dass im Vergleich zu herkömmlichen Carbon Capture and Storage Verfahren, die 120-230-fache Menge an CO, gebunden werden kann.

[0012] Das erfindungsgemäße System emittiert in Folge gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante kein CO; und absolut keine Luftschadstoffe. Zudem wird ein zum Betrieb der technischen Anlage ggf. verwendeter Brennstoff besser ausgenutzt als im Stand der Technik üblich. Ein Hauptvorteil des erfindungsgemäßen System liegt in der Erzeugung von Pflanzendünger beziehungsweise Kunstdünger, welcher aus dem CO2 und H2;O, sowie dem beigestelltem Ammoniak NH; entsteht.

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[0013] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems wird der zweite Anteil des Abgases vor der Zuführung zu der Düngererzeugungsanlage in CO2 und Wasser aufgespalten. Hierdurch kann die Menge an Wasser, welche der Düngererzeugungsanlage zugeführt wird, reguliert werden. Vorzugweise wird dem zweiten Anteil des Abgases vor der Zuführung zu der Düngererzeugungsanlage Wasser, vorzugsweise Wasserdampf, zugesetzt. Hierdurch wird die Effizienz der Düngererzeugungsanlage verbessert.

[0014] Vorzugsweise ist die technische Anlage eine mit kohlestoffhaltigen Primärenergieträgern befeuerte Produktionsanlage, wie ein kalorisches Kraftwerk, ein Zementwerk oder ein Stahlwerk. Bei diesen Anlagetypen werden besonders große Menden an CO ausgestoßen, wodurch der Einsatz des erfindungsgemäßen Systems besonders effektiv ist.

[0015] Gemäß der bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Systems umfasst der erste Anteil des Abgases 70 - 80% des gesamten Abgases der technischen Anlage. Hierdurch wird der Großteil des Abgases erneut als Prozessgas für die technische Anlage nutzbar gemacht, und die Abgabe von CO; an die Umwelt weiter reduziert.

[0016] Die Düngererzeugungsanlage ist vorzugsweise dazu ausgebildet Pflanzendünger in Form von NH4HCO»s zu produzieren. NH«HCO»s, auch bezeichnet als Ammoniumhydrogencarbonat, eignet sich besonders zum Einsatz als Stickstoffdünger.

[0017] Vorzugsweise weist der Abgasrezirkulationskreis zumindest ein Umwälzgebläse und/oder einen Wärmetauscher auf. Hierdurch wird die Energieeffizienz des erfindungsgemäßen Systems verbessert.

[0018] Gemäß der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems umfasst das System die technische Anlage, wobei die technische Anlage vorzugsweise ein kalorisches Kraftwerk ist, und die Ammoniaksyntheseanlage und/oder die Luftzerlegungsanlage von dem kalorischen Kraftwerk mit Elektrizität versorgt wird. Hierdurch kann die Ammoniaksynthese energieautark durchgeführt werden.

[0019] Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Abscheidung von CO; aus einem CO»-haltigen Abgas einer technischen Anlage, wird ein erster Anteil des Abgases der technischen Anlage in einem Abgasrezirkulationskreis mit von einer Luftzerlegungsanlage bereitgestelltem Sauerstoff angereichert, und der technischen Anlage zugeführt. Ein zweiter Anteil des Abgases der technischen Anlage wird einer Düngererzeugungsanlage zugeführt, und mittels einer Ammoniaksyntheseanlage wird aus von der Luftzerlegungsanlage an die Ammoniaksyntheseanlage bereitgestellten Stickstoff und der Ammoniaksyntheseanlage zugeführtem Wasserstoff Ammoniak synthetisiert. Dieser synthetisierte Ammoniak wird der Düngererzeugungsanlage zugeführt, und mittels der Düngererzeugungsanlage wird aus dem zweiten Anteil des Abgases und dem von der Ammoniaksyntheseanlage bereitgestellten Ammoniak Pflanzendünger erzeugt.

[0020] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dem zweiten Anteil des Abgases vor der Zuführung zu der Düngererzeugungsanlage Wasser, vorzugsweise Wasserdampf, zugesetzt. Hierdurch wird die Effizienz der Düngererzeugung verbessert.

[0021] Vorzugsweise werden 70-80% des gesamten Abgases der technischen Anlage als erster Anteil des Abgases dem Abgasrezirkulationskreis zugeführt. Hierdurch wird der Großteil des Abgases erneut als Prozessgas für die technische Anlage nutzbar gemacht, und die Abgabe von CO; an die Umwelt weiter reduziert.

[0022] Gemäß der bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in der Düngererzeugungsanlage Pflanzendünger in Form von NH4HCOs3 produziert. NHAHCO>s, auch bezeichnet als Ammoniumhydrogencarbonat, eignet sich besonders zum Einsatz als Stickstoffdünger.

[0023] Das erfindungsgemäße System, das erfindungsgemäße Verfahren, sowie alternative und bevorzugte Ausführungsvarianten werden in weiterer Folge anhand der Figur näher erläutert.

[0024] Figur 1 zeigt ein Prozessschema eines erfindungsgemäßen Systems und eines erfin41711

dungsgemäßen Verfahrens.

[0025] Das erfindungsgemäßes System 1 zur Abscheidung von CO2 aus einem CO>-haltigen Abgas 2 einer technischen Anlage 3 ist in Figur 1 dargestellt. Die technische Anlage 3 ist in Figur 1 links unten ersichtlich. Die technische Anlage 3 erzeugt das CO>»-haltigen Abgas 2 beispielsweise durch die Verbrennung von kohlenstoffhaltigen Primärenergieträgern CP wie Erdgas. Die technische Anlage 3 kann somit eine mit kohlestoffhaltigen Primärenergieträgern CP befeuerte Produktionsanlage sein, welche ein Produkt P produziert. Hierunter fallen beispielsweise kalorische Kraftwerke zur Stromproduktion. Die technische Anlage 3 kann jedoch auch jegliche sonstige technische Anlage 3 sein, bei deren Betrieb CO2-haltiges Abgas 2 anfällt. Beispielhaft seien hier Zementwerke oder Stahlwerke angeführt. Als kohlestoffhaltige Primärenergieträger CP können beispielsweise Kohle, Öle, Gase, Ölschiefer, Fracking Gas, Biomasse, Holzkohle oder Gemische daraus angesehen werden. Weitere technische Anlagen 3 können beispielsweise Kraftwerke mit Kraft-Wärme-Kopplung für Heizung, Kühlung, Prozesswärme, Meerwasserentsalzungsanlagen, Anlagen der chemischen Industrie, Glasindustrie, Papier- und Zellstoffindustrie, Kunststoffindustrie, Mineralölindustrie usw. sein. Weitere technische Anlagen 3 bei deren Betrieb CO»-haltiges Abgas 2 anfällt ergeben sich für den Fachmann aus diesen beispielhaften Verweisen. Das in Figur 1 ersichtliche erfindungsgemäße System 1 umfasst einen mit der technischen Anlage verbindbaren Abgasrezirkulationskreis 4, eine Ammoniaksyntheseanlage 5, eine Luftzerlegungsanlage 6 zur Zerlegung von Luft in Sauerstoff 7 und Stickstoff 8, und eine Düngererzeugungsanlage 9. Gemäß einer Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Systems 1 kann das System 1 auch die technische Anlage 3 selbst umfassen.

[0026] Der Abgasrezirkulationskreis 4 ist dazu ausgebildet, einen ersten Anteil A1 des Abgases 2 der technischen Anlage 3 mit von der Luftzerlegungsanlage 6 an den Abgasrezirkulationskreis 4 zugeführten Sauerstoff 7 anzureichern und der technischen Anlage 3 zuzuführen, und einen zweiten Anteil A2 des Abgases 2 der technischen Anlage 3 der Düngererzeugungsanlage 9 zuzuführen. Vorzugsweise umfasst der erste Anteil A1 des Abgases 70 - 80% des gesamten Abgases 2 der technischen Anlage 3. Hierdurch wird eine besonders hohe Rezikulation des Abgases 2 erreicht, und es wird weniger Stickstoff 8 für den Betrieb der technischen Anlage 3 benötigt. Hierdurch steht mehr Stickstoff 8 für den Betrieb der verbleibenden Komponenten des erfindungsgemäßen Systems 1, insbesondere für die Ammoniaksyntheseanlage 5 zur Verfügung. Die Ammoniaksyntheseanlage 5 ist dazu eingerichtet, aus dem von der Luftzerlegungsanlage 6 an die Ammoniaksyntheseanlage 5 zugeführten Stickstoff 8 und der Ammoniaksyntheseanlage 5 zugeführtem Wasserstoff 10 Ammoniak 11 zu synthetisieren und der Düngererzeugungsanlage 9 zuzuführen. Die Düngererzeugungsanlage 9 der erfindungsgemäßen Systems 1 ist zudem dazu ausgebildet, aus in dem zweiten Anteil A2 des Abgases 2 enthaltenem und/oder der Düngererzeugungsanlage 9 zugeführtem Wasser, sowie aus dem in dem zweiten Anteil A2 des Abgases 2 enthaltenen CO, und dem von der Ammoniaksyntheseanlage 5 zugeführten Ammoniak 11 Pflanzendünger 12 zu erzeugen. Ist die technische Anlage 3 als kalorisches Kraftwerk ausgebildet, kann in einer vorteilhaften Ausführungsvariante die Ammoniaksyntheseanlage 5 von dem kalorischen Kraftwerk mit Elektrizität versorgt werden. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann auch die Luftzerlegungsanlage 6 von dem kalorischen Kraftwerk mit Strom versorgt werden.

[0027] Hierdurch kann das erfindungsgemäße System energieautark betrieben werden. Zudem kann bei einer Überproduktion von Stickstoff 8 der Stickstoff aus dem System 1 abgezweigt, und einer Stickstoffnutzungsanlage NA zugeführt werden.

[0028] Zur Bereitstellung des Wasserstoffes 10 kann das erfindungsgemäße System 1 zusätzlich eine Wasserstofferzeugungsanlage 12 umfassen. Wasserstoff 10 kann beispielsweise durch Elektrolyse, Thermolyse, Pyrolyse, aus Altholz, Müll, und weitere dem Fachmann bekannte Prozesse zur Erzeugung von Wasserstoff erzeugt werden. Die Düngererzeugungsanlage 9 ist im Rahmen des erfindungsgemäßen Systems 1 dazu ausgebildet, aus dem zweiten Anteil A2 des Abgases 2 und dem von der Ammoniaksyntheseanlage 5 bereitgestellten Ammoniak 11 Pflanzendünger 12 zu erzeugen.

[0029] Wie in Figur 1 ersichtlich, kann der zweite Anteil A2 des Abgases 2 vor der Zuführung zu

der Düngererzeugungsanlage 9 in CO2 und Wasser 14 aufgespalten werden. Dies kann in einer Abgaskonditionierungsanlage 16 erfolgen. Hierdurch liegt ein Strom 15 an im Wesentlichen von Wasser 14 bzw. Wasserdampf gereinigtem CO, und Wasser 14 vor. Hierdurch kann eine präzise Vorkonditionierung erfolgen. Zudem kann, wie in Figur 1 ebenfalls ersichtlich ist, dem zweiten Anteil A2 des Abgases 2 vor der Zuführung zu der Düngererzeugungsanlage 9 Wasser 14, vorzugsweise Wasserdampf, zugesetzt werden. Dies ist in Figur 1 durch einen kleinen Pfeil ersichtlich. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass die Menge an Wasser 14 bzw. Wasserdampf im Verhältnis zu CO2, welches der Düngererzeugungsanlage 9 zugeführt wird, präzise gesteuert werden kann. Eine Zuführung von Wasser zu dem zweiten Anteil A2 des Abgases 2 kann auch über die Abgaskonditionierungsanlage 16 erfolgen, ohne den zweiten Anteil A2 in CO2 und Wasser 14 aufzuspalten. Im Falle, dass die technische Anlage 3 einen kohlenstoffhaltigen Primärenergieträger nutzt, ist die Menge an Wasser 14, welche sich im Abgas 2 der technischen Anlage befindet, abhängig vom Anteil vom Wasserstoff im kohlenstoffhaltigen Primärenergieträger und dessen Wassergehalt.

[0030] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Systems 1 ist die die Düngererzeugungsanlage 9 dazu ausgebildet, Pflanzendünger in Form von NH4HCOzs3 zu produzieren. NH«HCO»s, auch als Ammoniumhydrogencarbonat, Backpulver oder Hirschhornsalz bezeichnet, kann als Stickstoffdünger für Pflanzen eingesetzt werden.

[0031] Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Systems 1 weist der Abgasrezirkulationskreis 4 zumindest ein Umwälzgebläse 17 und/oder einen Wärmetauscher 18 auf. Darüber hinaus kann ein weiters Umwälzgebläse 17 auch in dem Strom 15 an im Wesentlichen von Wasser 14 bzw. Wasserdampf gereinigtem CO, vorgesehen sein. Des Weiteren kann auch ein Wärmetauscher 18 in der Führung für das aus dem zweiten Anteil A2 des Abgases 2 abgeschiedenen Wassers 14, und/oder vor oder nach dem Umwälzgebläse 17 in dem Strom 15 vorgesehen sein. Ein weiterer Wärmetauscher 18 kann dazu angeordnet sein, die Temperatur des Sauerstoff 7 vor der Einbringung des Sauerstoffs 7 in den Abgasrezirkulationskreis 4 vorzukonditionieren. Zudem kann ein Wärmetauscher 18 zur Vorkonditionierung der kohlenstoffhaltigen Primärenergieträger CP vorgesehen sein. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Systems 1 können zudem Kühler 19 vorgesehen sein, um den Stickstoff 8 vor der Zuführung zu der Ammoniaksyntheseanlage 5 zu kühlen, und/oder das Wasser 14 und/oder den Strom 15 an CO, vor der Zuführung zu der Düngererzeugungsanlage 9 zu kühlen. Durch die Kühler 19 und/oder die Wärmetauscher 18 kann die Gesamtenergiebilanz des erfindungsgemäßen Systems 1 verbessert werden, indem die Abwärme beispielsweise zur Vorkonditionierung der kohlenstoffhaltigen Primärenergieträger CP genutzt wird. Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante kann vor der zweite Anteil A2 des Abgases 2 vor der Zuführung zu der Düngererzeugungsanlage auch durch eine in Figur 1 nicht ersichtliche Abgasreinigungsanlage geführt werden. Die Abgasreinigungsanlage ist vorzugsweise dazu ausgebildet, aus dem zweiten Anteil A2 des Abgases 2 Verunreinigungen wie Argon, Stickstoff, usw. abzuscheiden. Hierdurch kann die Qualität des erzeugten Pflanzendüngers verbessert werden.

[0032] Das erfindungsgemäße Verfahren zur Abscheidung von CO; aus einem CO>;-haltigen Abgas 2 einer technischen Anlage 3, wird vorzugsweise mittels des oben beschriebenen Systems 1 ausgeführt. Hierbei wird der erste Anteil A1 des Abgases 2 der technischen Anlage 3 in den Abgasrezirkulationskreis 4 mit von der Luftzerlegungsanlage 6 bereitgestelltem Sauerstoff 7 angereichert, und der technischen Anlage 3 zugeführt. Der zweite Anteil A2 des Abgases 2 der technischen Anlage 3 wird der Düngererzeugungsanlage 9 zugeführt. Mittels der Ammoniaksyntheseanlage 5 wird aus von der Luftzerlegungsanlage 9 bereitgestelltem Stickstoff 8 und der Ammoniaksyntheseanlage 5 zugeführtem Wasserstoff 10 Ammoniak 11 synthetisiert. Dieser synthetisierte Ammoniak 11 wird der Düngererzeugungsanlage 9 zugeführt. Mittels der Düngererzeugungsanlage 9 wird aus dem in dem zweiten Anteil A2 des Abgases 2 enthaltenen und/oder der Düngererzeugungsanlage 9 zugeführtem Wasser, sowie aus dem in dem zweiten Anteil A2 des Abgases 2 enthaltenen CO», und dem von der Ammoniaksyntheseanlage 5 zugeführten Ammoniak 11 Pflanzendünger 12 erzeugt.

[0033] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird

dem zweiten Anteil A2 des Abgases 2 vor der Zuführung zu der Düngererzeugungsanlage 9 Wasser 14, vorzugsweise Wasserdampf, zugesetzt. Hierdurch wird die Effizienz der Düngererzeugung verbessert. Vorzugsweise werden 70-80% des gesamten Abgases 2 der technischen Anlage 3 als erster Anteil A1 des Abgases 2 dem Abgasrezirkulationskreis 4 zugeführt. Hierdurch wird der Großteil des Abgases 2 erneut als Prozessgas für die technische Anlage 3 nutzbar gemacht, und die Abgabe von CO»; an die Umwelt weiter reduziert. Gemäß der bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in der Düngererzeugungsanlage 9 Pflanzendünger 12 in Form von NH4HCOs3 produziert. NHAHCOs, auch bezeichnet als Ammoniumhydrogencarbonat, eignet sich besonders zum Einsatz als Stickstoffdünger.

[0034] Das erfindungsgemäße System 1 emittiert vorzugsweise im Wesentlichen keine Luftschadstoffe und kein CO, und hat einen besseren Brennstoffwirkungsgrad von 97% bis 99,5%. Durch Oxidation eines C-, H2- sowie H2O-haltigen Brennstoffes entsteht ein stark H2O und CO-; haltiges Abgas 2, aus welchem durch Abkühlung und Kondensation CO2 und H2O gemeinsam mit NH3z in den Pflanzendünger 12 NH«HCO»s, der auch als Backpulver, Hirschhornsalz, oder Teschemacherit bekannt ist, erzeugt wird. Aus den Spurengasen SO, NOx und P2,Os kann mit H2O und NH; ebenfalls ein Pflanzendünger 12 entstehen, sodass auf REA und DENOX-Anlagen verzichtet werden kann. Auch aus in dem Abgas 2 enthaltenem SO2, NO, NO; und/oder P2Os5 kann somit gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante ebenfalls Pflanzendünger 12 erzeugt werden. Zwar ist der so erzeugte Pflanzendünger 12 explosiv, fällt aber in so geringer Menge an, dass er ungefährlich ist. Vorzugsweise ist die erzeugte Menge an Pflanzendünger 12 je MWh Brennstoffwärme, im Falle einer kalorischen Verbrennung in der technischen Anlage 3 nahezu unabhängig von der Brennstoffart. Mit Hilfe relativ geringer Mengen an Pflanzendünger 12 wachsen bei dessen Einsatz bedeutende Mengen Biomasse, welche der Atmosphäre so viel CO, entnehmen, wie 100 bis 200 technische Anlagen 3 der gleichen Art emittieren würden, wenn diese nicht mit dem erfindungsgemäßen System 1 ausgestattet wären. Welche Menge an CO>‚ der Atmosphäre entnommen wird, ist daher stark abhängig von der Art der gedüngten Biomasse. Rüstet man ein nicht betriebenes Dampfkraftwerk mit einer Leistung von ca. 250 MW mit einem erfindungsgemäßen System 1 aus und nimmt es dann wieder in Betrieb - ob mit Gas. Öl-, Kohle, oder anderen C-haltigen Brennstoffen als Primärenergieträger, so könnte ein Staat in der Größe von Österreich bereits 2030 CO2-frei gemacht werden.

[0035] Die Dimensionierung der Luftzerlegungsanlage 6 ergibt sich vorzugsweise aufgrund der Art des Brennstoffes und dessen Brennstoffwärmeleistung, der Reinheit des O2 und dem zur vollständigen Verbrennung erforderlichen O2-Überschusses. Das in der Luftzerlegungsanlage 6 entstehende sehr reine N; kann primär, aber nicht zum größten Teil zur NH3-Erzeugung herangezogen werden, und je nach Rahmenbedingungen am Markt verkauft werden. Das nicht benötigte Nz kann der Abkühlung von H2O Kondensat dienen, bevor es auf die zulässige Temperatur erwärmt, und an die Atmosphäre abgegeben wird. Das O2 aus der Luftzerlegungsanlage 6 kann verwendet werden, um das H2O Kondensat zu kühlen, und wird vorzugsweise mittels eines Wärmetauschersystems auf die gewünschte Temperatur vor der Oxidation gebracht.

[0036] Im Oxidationsraum im Falle eines Verbrennungsprozesses in der technischen Anlage wird das O2 vorzugsweise mit rezirkuliertem Abgas zum Luftersatz gemischt. Dabei ist insbesondere bei bestehenden technischen Anlagen 3 Primäranlagen zu beachten, dass CO2+H20O mehr strahlen als N2. Mit der Temperatur im Oxidationsraum und der Menge des rezirkulierten Abgases besteht hier ein gewisser Gestaltungsspielraum.

[0037] Die Aufbereitung der C-haltigen Stoffe hängt gemäß einer Ausführungsvariante von der Art, der Konsistenz und den sehr unterschiedlichen Rahmenbedingungen stark ab. Ziel ist eine rasche und vollständige Oxidation und die Nutzung von Niedertemperatur Wärme durch Einbringen in den Oxidationsraum zu verbessern. Allgemein gilt, dass der Zutritt von O2 durch VergröBern der Oberfläche erreicht wird und die Reaktionsgeschwindigkeit durch Erhöhen der Stofftemperatur, wobei jedoch Sicherheitsaspekte wie Selbstentzündung u.a.m. zu berücksichtigen sind. Bei flüssigen Brennstoffen ist es bevorzugt durch Temperaturerhöhung die Pump- und Zerstäubungsfähigkeit herzustellen. Bei gasförmigen Brennstoffen ist vorzugsweise die Herstellung des Oxidationskammerdruckes und die Erwärmung des Primärenergieträgers ein Ziel. Bei dem Bezug

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von Erdgas aus dem HD-Netz kann die Kondensationswärme des Abgases (< 90°C) mit fast 100% Wirkungsgrad in elektrische Energie verwandelt werden.

[0038] Das bei der Oxidation eines kohlestoffhaltigen Primärenergieträgers entstehende Abgas 2 kann mit dem erfindungsgemäßen System 1 rezykliert werden, und zwar abhängig von der Temperatur der Oxidationskomponenten und der erwünschten Temperatur im Oxidationsraum. Beim Austritt aus der technischen Anlage 3 sind Abgas-Temperaturen über oder unter 300°C üblich. Da der Austrittsdruck kleiner ist als der Eintrittsdruck in die technische Anlage 3, kann ein Verdichter eingesetzt werden. Bei üblichen Rahmenbedingungen kann es sinnvoll sein das Abgas 2 abzukühlen, um die Verdichterleistung zu senken. Die dem Abgas 2 entzogene Wärme kann im Prozess, für Fernwärmeerzeugung, für Meerwasserentsalzung oder im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens selbst eingesetzt werden, bzw. zu einem großen Teil der Mederaufheizung des ersten Anteils A1 des Abgases 2 dienen. Vorzugsweise wird das Abgas 2 das aus der Oxidation frei wird so abgekühlt, dass das darin enthaltene H2:O kondensiert. Dies erfolgt üblicherweise bei etwa 90°C. Aus den Komponenten NH;, H2O, CO-,, aber auch den Spurengasen SO2, NO,, P2Os kann in der Düngererzeugungsanlage 9 in einem exothermen Prozess vorzugsweise bei Temperaturen unter 38°C der Pflanzendünger 12 erzeugt werden.

Claims (14)

Patentansprüche

1. System (1) zur Abscheidung von CO; aus einem CO»-haltigen Abgas (2) einer technischen Anlage (3), wobei das System (1) einen mit der technischen Anlage (3) verbindbaren Abgasrezirkulationskreis (4), eine Ammoniaksyntheseanlage (5), eine Luftzerlegungsanlage (6) zur Zerlegung von Luft in Sauerstoff (7) und Stickstoff (8), und eine Düngererzeugungsanlage (9) umfasst, wobei die Luftzerlegungsanlage (6) dazu ausgebildet ist den Sauerstoff (7) an den Abgasrezirkulationskreis (4), und den Stickstoff (8) an die Ammoniaksyntheseanlage (5) zuzuführen, und wobei der Abgasrezirkulationskreis (4) dazu ausgebildet ist, einen ersten Anteil (A1) des Abgases (2) mit dem von der Luftzerlegungsanlage (6) zugeführten Sauerstoff (7) anzureichern und der technischen Anlage (3) zuzuführen, und einen zweiten Anteil (A2) des Abgases (2) der Düngererzeugungsanlage (9) zuzuführen, wobei die Ammoniaksyntheseanlage (5) dazu ausgebildet ist, aus dem von der Luftzerlegungsanlage (6) zugeführten Stickstoff (8) und der Ammoniaksyntheseanlage (5) zugeführtem Wasserstoff (10) Ammoniak (11) zu synthetisieren und der Düngererzeugungsanlage (9) zuzuführen, und wobei die Düngererzeugungsanlage (9) dazu ausgebildet ist, aus in dem zweiten Anteil (A2) des Abgases (2) enthaltenem und/oder der Düngererzeugungsanlage (9) zugeführtem Wasser, sowie aus dem in dem zweiten Anteil (A2) des Abgases (2) enthaltenen CO, und dem von der Ammoniaksyntheseanlage (5) zugeführten Ammoniak (11) Pflanzendünger (12) zu erzeugen.

2. System (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Anteil (A2) des Abgases (2) vor der Zuführung zu der Düngererzeugungsanlage (9) in CO2 und Wasser (14) aufgespalten wird.

3. System (1) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem zweiten Anteil (A2) des Abgases (2) vor der Zuführung zu der Düngererzeugungsanlage (9) Wasser (14), vorzugsweise Wasserdampf, zugesetzt wird.

4. System (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das System die technische Anlage (3) umfasst, und die technische Anlage (3) eine mit kohlestoffhaltigen Primärenergieträgern (CP) befeuerte Produktionsanlage ist.

5. System (1) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die technische Anlage (3) ein kalorisches Kraftwerk ist.

6. System (1) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die technische Anlage (3) ein Zementwerk oder ein Stahlwerk ist.

7. System (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Anteil (A1) des Abgases (2) 70 - 80% des gesamten Abgases (2) der technischen Anlage (3) umfasst.

8. System (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Düngererzeugungsanlage (9) dazu ausgebildet ist Pflanzendünger (12) in Form von NHaHCO3 Zu produzieren.

9. System (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasrezirkulationskreis (4) zumindest ein Umwälzgebläse (17) und/oder einen Wärmetauscher (18) aufweist.

10. System (1) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ammoniaksyntheseanlage (5) und/oder die Luftzerlegungsanlage (6) von dem kalorischen Kraftwerk mit Elektrizität versorgt wird.

11. Verfahren zur Abscheidung von CO; aus einem CO»-haltigen Abgas (2) einer technischen Anlage (3), wobei ein erster Anteil (A1) des Abgases (2) in einem Abgasrezirkulationskreis (4) mit von einer Luftzerlegungsanlage (6) an den Abgasrezirkulationskreis (4) zugeführten Sauerstoff (7) angereichert, und der technischen Anlage (3) zugeführt wird, und ein zweiter Anteil (A2) des Abgases (2) der technischen Anlage (3) einer Düngererzeugungsanlage (9) zugeführt wird, und wobei mittels einer Ammoniaksyntheseanlage (5) aus von der Luftzerle-

gungsanlage (6) an die Ammoniaksyntheseanlage (5) zugeführtem Stickstoff (8) und der Ammoniaksyntheseanlage (5) zugeführtem Wasserstoff (10) Ammoniak (11) synthetisiert wird, welcher der Düngererzeugungsanlage (9) zugeführt wird, und wobei mittels der Düngererzeugungsanlage (9), aus in dem zweiten Anteil (A2) des Abgases (2) enthaltenem und/oder der Düngererzeugungsanlage (9) zugeführtem Wasser, sowie aus dem in dem zweiten Anteil (A2) des Abgases (2) enthaltenen CO, und dem von der Ammoniaksyntheseanlage (5) zugeführten Ammoniak (11) Pflanzendünger (12) erzeugt wird.

12. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass dem zweiten Anteil (A2) des Abgases (2) vor der Zuführung zu der Düngererzeugungsanlage (9) Wasser (14), vorzugsweise Wasserdampf, zugesetzt wird.

13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass 7080% des gesamten Abgases (2) der technischen Anlage (3) als erster Anteil (A1) des Abgases (2) dem Abgasrezirkulationskreis (4) zugeführt werden.

14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Düngererzeugungsanlage (9) Pflanzendünger (12) in Form von NHa«HCO»s produziert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen