DE10019630C2 - Process and plant for the simultaneous generation of electrical energy, heat and inert gas - Google Patents

Process and plant for the simultaneous generation of electrical energy, heat and inert gas

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraft-Wärme-Kopplungssystem mit einem mit fossilen Brennstoffen betriebenem Antriebsaggregat, einem Generator, der von dem Antriebsaggregat angetrieben wird, und einem Anlagensystem, mit dem die Abgase des Antriebsaggregates als Inertgase zu einem Inertgasverbraucher, z. B. zur Vermeidung explosiver Gemische, geleitet werden. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur gleichzeitigen Erzeugung von elektrischer Energie, Wärme und Inertgas.The present invention relates to a combined heat and power system with fossil fuel powered power pack, a generator supplied by the Drive unit is driven, and a system with which the exhaust gases the drive unit as inert gases to an inert gas consumer, for. B. for Avoidance of explosive mixtures. The present invention relates to also a method for the simultaneous generation of electrical energy, Heat and inert gas.

In vielen industriellen Betrieben, insbesondere in der chemischen Industrie, wird neben Wärme und elektrischer Energie auch Inertgas zur Vermeidung von explosiven Atmosphären oder Oxidation benötigt. Während die elektrische Energie meist von einem lokalen Anbieter bezogen wird, wird die benötigte Wärme meist durch eine Verbrennungsanlage erzeugt. Die Inertgase, meist N2, CO2 oder deren Gemisch werden entweder vor Ort, z. B. durch Luftzerlegung, oder durch eine Verbrennung von fossilen Brennstoffen erzeugt. Diese Vorgehensweise hat sich jedoch als nachteilig herausgestellt, weil sie sehr energieineffzient ist, und weil bei einem Stromausfall keine elektrische Energie zur Regelung der Heizung und zur Regelung und Erzeugung von Inertgas zur Verfügung steht. Gerade bei einem Stromausfall ist in der chemischen Industrie die Bereitstellung von Inertgas jedoch von großer Bedeutung, weil in der Regel nur unter Einsatz von Inertgas laufende chemische Produktionen sicher abgefahren werden können.In many industrial companies, especially in the chemical industry, in addition to heat and electrical energy, inert gas is also required to avoid explosive atmospheres or oxidation. While the electrical energy is usually obtained from a local supplier, the heat required is usually generated by an incinerator. The inert gases, usually N 2 , CO 2 or their mixture are either on site, for. B. generated by air separation, or by burning fossil fuels. However, this procedure has proven to be disadvantageous because it is very energy-inefficient and because in the event of a power failure, no electrical energy is available to regulate the heating and regulate and generate inert gas. Especially in the event of a power failure, the provision of inert gas is of great importance in the chemical industry because, as a rule, it is only possible to safely shut down ongoing chemical productions using inert gas.

DE 295 04 464 U1 beschreibt eine Anlage zur Verarbeitung von Holz, insbesondere Altholz.DE 295 04 464 U1 describes a plant for processing wood, in particular Old wood.

DE 42 12 991 A1 beschreibt eine Einrichtung zum Erzeugen elektrischer Energie und zum Ausnutzen von Abwärme, insbesondere für eine Kalkstein-Mahlanlage.DE 42 12 991 A1 describes a device for generating electrical energy and to utilize waste heat, especially for a limestone grinding plant.

DE 624 184 beschreibt ein Verfahren zur Erzeugung von inerten Gasen gleichmäßiger Güte, insbesondere bei aus Brennkraftmaschinen mit nachgeschaltetem Verdichter bestehenden Anlagen.DE 624 184 describes a method for producing inert gases uniform quality, especially with from internal combustion engines downstream compressor existing systems.

Es stellt sich deshalb die Aufgabe, ein System zur Verfügung zu stellen, mit dem auch bei Ausfall der Stromversorgung Inertgas zur Verfügung gestellt werden kann. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es elektrische Energie, Wärme und Inertgas unter Einsatz von möglichst geringen Mengen fossiler Brennstoffe herzustellen.The task therefore is to provide a system with which Inert gas can also be made available if the power supply fails. Another object of the present invention is electrical energy, heat and inert gas using the smallest possible amounts of fossil fuels manufacture.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Kraft-Wärme-Kopplungssystem mit einem mit fossilen Brennstoffen betriebenem Antriebsaggregat, einem Generator, der von dem Antriebsaggregat angetrieben wird, und mit einem Anlagensystem gelöst, mit dem die Abgase des Antriebsaggregates als Inertgase zu einem Inertgasverbraucher geleitet werden.The object is achieved by a combined heat and power system a drive unit powered by fossil fuels, a generator that is driven by the drive unit and solved with a system system, with which the exhaust gases of the drive unit as inert gases to one Inert gas consumers are directed.

Das Antriebsaggregat ist vorzugsweise ein Ottomotor, der vorzugsweise mit Gas als fossilem Brennstoff betrieben wird. Die Abwärme dieses Ottomotors wird abgeführt und z. B. zum Heizen von Gebäuden oder als Prozeßwärme bei endothermen Verfahren eingesetzt. Das Antriebsaggregat treibt einen beliebigen Generator an, mit dem elektrische Energie erzeugt wird.The drive unit is preferably a gasoline engine, preferably with gas as fossil fuel is operated. The waste heat from this gasoline engine is dissipated and Z. B. for heating buildings or as process heat in endothermic Process used. The drive unit drives any generator, with which electrical energy is generated.

Das erfindungsgemäße Kraft-Wärme-Kopplungssystem weist außerdem ein Anlagensystem auf, mit dem die Abgase des Antriebsaggregates als Inertgase zu einem Inertgasverbraucher geleitet werden. Ein Inertgasverbraucher im Sinne der Erfindung ist ohne Einschränkung jede Anlage und/oder Einrichtung, bei der Inertgase zur Vermeidung von explosiven Atmosphären benötigt werden. Aber auch chemische Prozesse, die unter Sauerstoffausschluß stattfinden müssen, sind z. B. Inertgasverbraucher im Sinne der Erfindung.The combined heat and power system according to the invention also has System with which the exhaust gases of the drive unit as inert gases be directed to an inert gas consumer. An inert gas consumer in the sense of Invention is, without limitation, any system and / or device in which Inert gases are required to avoid explosive atmospheres. But also Chemical processes that must take place in the absence of oxygen are e.g. B. Inert gas consumers in the sense of the invention.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden dem Abgas zusätzlich mindestens ein Inertgas beigemischt.In a preferred embodiment of the present invention, the Exhaust gas additionally mixed with at least one inert gas.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Anlagensystem einen vorzugsweise leistungsgeregelten Verdichter, mit dem die Abgase bzw. Inertgase durch das Anlagensystem gefördert werden und/oder eine Kühlung auf, mit der die Abgase auf die vom Verbraucher gewünschte Temperatur abgekühlt werden. In a preferred embodiment, the system preferably has one capacity-controlled compressor with which the exhaust gases or inert gases pass through the System are promoted and / or a cooling system with which the exhaust gases on the temperature desired by the consumer is cooled.  

Der Fachmann erkennt, daß das Antriebsaggregat auch den Verdichter direkt antreiben kann.The person skilled in the art recognizes that the drive unit also directly connects the compressor can drive.

Falls das Inertgas eine besonders geringe Konzentration an oxidierbaren Substanzen aufweisen soll, kann das Anlagensystem zusätzlich einen Oxidationskatalysator aufweisen, in dem die oxidierbaren Substanzen oxidiert werden.If the inert gas has a particularly low concentration of oxidizable The system can additionally contain substances Have oxidation catalyst in which the oxidizable substances are oxidized become.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Anlage einen Gasgemischregler auf, in dem das Verhältnis von fossilem Brennstoff zu Verbrennungsluft geregelt wird. Vorzugsweise erfolgt diese Regelung anhand einer Sauerstoffmessung in dem Anlagensystem, so daß immer gewährleistet ist, daß die Sauerstoffkonzentration im Abgas des Antriebsaggregates einen bestimmten Wert nicht übersteigt.In a further preferred embodiment, the system according to the invention a gas mixture regulator in which the ratio of fossil fuel to Combustion air is regulated. This regulation is preferably carried out using a Oxygen measurement in the system, so that it is always guaranteed that the Oxygen concentration in the exhaust gas of the drive unit a certain value does not exceed.

Ebenfalls bevorzugt weist das Anlagensystem ein Dreiwegeventil auf. Das Dreiwegeventil hat einen Einlaß, durch den das Abgas in das Ventil strömt, und zwei Ausläße, wobei der eine Auslaß mit dem Inertgasverbraucher und der andere Auslaß mit der Umwelt verbunden ist. Normalerweise ist die Stellung des Dreiwegeventils so, daß das Abgas bzw. Inertgas von dem Antriebsaggregat zu dem Inertgasverbraucher strömt. Falls jedoch kein Bedarf an Inertgas bestehen sollte oder eine Störung vorliegt, wird das Abgas mittels des Dreiwegeventils in die Umwelt abgeleitet. In diesem Fall muß allerdings das Gasgemisch im Gasgemischregler so verändert werden, daß das in die Umwelt abgeleitete Abgas den Anforderungen des Bundesimissionsschutzgesetzes (BimschG) genügt.The system system also preferably has a three-way valve. The Three-way valve has one inlet through which the exhaust gas flows into the valve and two Outlets, one outlet with the inert gas consumer and the other outlet is connected to the environment. Usually the position of the three-way valve is that the exhaust gas or inert gas from the drive unit to the inert gas consumer flows. However, if there is no need for inert gas or a malfunction the exhaust gas is discharged into the environment by means of the three-way valve. In In this case, however, the gas mixture in the gas mixture controller must be changed in this way be that the exhaust gas discharged into the environment meets the requirements of Federal Emission Protection Act (BimschG) is sufficient.

Das erfindungsgemäße Kraft-Wärme-Kopplungssystem hat den Vorteil, daß auch bei einem Ausfall der Stromversorgung durch den Stromversorger Inertgas bereitgestellt werden kann. Die eingesetzte Energie zur Erzeugung der elektrischen Energie, der Wärme und des Inertgases wird nahezu vollständig genutztThe combined heat and power system according to the invention has the advantage that also a failure of the power supply provided by the electricity supplier inert gas can be. The energy used to generate the electrical energy, the Heat and the inert gas are used almost completely

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur gleichzeitigen Erzeugung von elektrischer Energie, Wärme und Inertgas, bei dem das Abgas eines mit fossilen Brennstoffen betriebenen Antriebsaggregates, das einen Generator antreibt, entnommen und als Inertgas einem Inertgasverbraucher zugeführt wird.Another object of the present invention is a method for simultaneous generation of electrical energy, heat and inert gas, in which the Exhaust gas from a drive unit operated with fossil fuels, the one  Generator drives, removed and as an inert gas to an inert gas consumer is fed.

Vorzugsweise wird das Abgas nach der Entnahme aus dem Antriebsaggregat, das vorzugsweise ein Ottomotor ist, verdichtet und/oder gekühlt.Preferably, the exhaust gas after removal from the drive unit, the is preferably a gasoline engine, compressed and / or cooled.

Ebenfalls bevorzugt wird der Sauerstoffgehalt des Abgases durch direkte oder indirekte Messung von O2 bestimmt und bei einem zu hohen Sauerstoffgehalt nicht als Inertgas eingesetzt, sondern in die Umwelt geleitet.The oxygen content of the exhaust gas is likewise preferably determined by direct or indirect measurement of O 2 and, if the oxygen content is too high, is not used as an inert gas, but is instead conducted into the environment.

Vorteilhafterweise wird das Verhältnis von Verbrennungsluft zu fossilem Brennstoff so gemischt, daß die Sauerstoffkonzentration im Abgas des Antriebsaggregat den Anforderungen des Inertgasverbrauchers genügt.The ratio of combustion air to fossil fuel is advantageous mixed so that the oxygen concentration in the exhaust gas of the drive unit The requirements of the inert gas consumer are sufficient.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß auch bei einem Ausfall der Stromversorgung durch den Stromversorger Inertgas bereitgestellt werden kann. Die eingesetzte Energie zur Erzeugung der elektrischen Energie, der Wärme und des Inertgases wird nahezu vollständig genutzt.The inventive method has the advantage that even in the event of failure Power supply can be provided by the electricity supplier inert gas. The energy used to generate electrical energy, heat and Inert gas is used almost completely.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Fig. 1 erläutert. Diese Erläuterungen sind lediglich beispielhaft und schränken den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht ein.The invention is explained below with reference to FIG. 1. These explanations are only examples and do not limit the general idea of the invention.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. des erfindungsgemäßen Kraft-Wärme-Kopplungssystems. Ein Ottomotor 1 treibt einen Generator 2 an, mit dem elektrische Energie erzeugt wird. Die Wärme, die bei der Verbrennung von Gas in dem Ottomotor entsteht, wird über die Leitungen 9 abgeführt und kann z. B. zum Heizen von Räumen oder als Wärmequelle für endotherme chemische Reaktionen eingesetzt werden. Fig. 1 shows an embodiment of the inventive method or the inventive shows cogeneration system. A gasoline engine 1 drives a generator 2 , with which electrical energy is generated. The heat generated during the combustion of gas in the gasoline engine is dissipated via the lines 9 and can, for. B. for heating rooms or as a heat source for endothermic chemical reactions.

Zusätzlich weist das System ein Anlagensystem 3 auf, mit dem die Abgase des Ottomotors als Inertgase einem Inertgasverbraucher 10 zugeführt werden. In dem vorliegenden Fall sind in dem Anlagensystem 3 ein leistungsgeregelter Verdichter 4 und eine Kühlung 5 vorgesehen. Mit dem Verdichter 4 wird das Inertgas in den Gasbehälter 11 gefördert, aus dem der Inertgasverbraucher das Inertgas entnehmen kann. Der Behälter weist eine Druckmessung 12 auf, mit der der Verdichter gesteuert wird. Falls ein gewisser Druck in dem Behälter 11 erreicht wird, wird der Verdichter abgeschaltet oder in seiner Leistung reduziert, so daß das Abgas des Ottomotors zumindest teilweise in die Umwelt abgeleitet werden muß. Diese Ableitung in die Umwelt erfolgt über das Dreiwegeventil 6.In addition, the system has a system 3 with which the exhaust gases of the gasoline engine are supplied to an inert gas consumer 10 as inert gases. In the present case, a power-controlled compressor 4 and a cooling 5 are provided in the system 3 . With the compressor 4 , the inert gas is conveyed into the gas container 11 , from which the inert gas consumer can remove the inert gas. The container has a pressure measurement 12 with which the compressor is controlled. If a certain pressure is reached in the container 11 , the compressor is switched off or its output is reduced, so that the exhaust gas from the gasoline engine must at least partially be discharged into the environment. This discharge into the environment takes place via the three-way valve 6 .

Da das Abgas für eine Emission in die Umwelt eine andere Zusammensetzung aufweisen muß als für die Verwendung als Inertgas, werden die Signale der Messungen 12 und 15 eingesetzt, um den Gasgemischregler 8 so zu steuern, daß das in die Umwelt geleitete Abgas den Anforderungen des BimschG entspricht. In dem Gasgemischregler 8, wird das Mischungsverhältnis zwischen Gas und Verbrennungsluft festgelegt, das als Verbrennungsgas dann dem Ottomotor 1 zugeführt wird.Since the exhaust gas must have a different composition for an emission into the environment than for use as an inert gas, the signals of the measurements 12 and 15 are used to control the gas mixture controller 8 so that the exhaust gas directed into the environment meets the requirements of the BimschG equivalent. In the gas mixture controller 8 , the mixing ratio between gas and combustion air is determined, which is then supplied to the gasoline engine 1 as combustion gas.

In dem Anlagensystem ist außerdem eine Sauerstoffmessung 7 vorgesehen, mit der die Sauerstoffkonzentration im Abgas des Ottomotors bestimmt wird, die auf einer direkten oder indirekten Messung von O2 basiert. Mit dem Signal wird der Gasgemischregler 8 gesteuert, um dauerhaft sicherzustellen, daß die Sauerstoffkonzentration des Inertgases den Anforderungen des Inertgasverbrauchers genügt.An oxygen measurement 7 is also provided in the system, with which the oxygen concentration in the exhaust gas of the gasoline engine is determined, which is based on a direct or indirect measurement of O 2 . The gas mixture controller 8 is controlled with the signal in order to permanently ensure that the oxygen concentration of the inert gas meets the requirements of the inert gas consumer.

Claims (9)

1. Kraft-Wärme-Kopplungssystem mit einem mit fossilen Brennstoffen betriebenem Antriebsaggregat (1), einem Generator (2), der von dem Antriebsaggregat (1) angetrieben wird, und einem Anlagensystem (3), mit dem die Abgase des Antriebsaggregates (1) als Inertgase zu einem Inertgasverbraucher geleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemischregler (8) durch ein Signal einer Sauerstoffmessung (7) gesteuert wird.1. Combined heat and power system with a drive unit ( 1 ) operated with fossil fuels, a generator ( 2 ) which is driven by the drive unit ( 1 ), and a system ( 3 ) with which the exhaust gases of the drive unit ( 1 ) are passed as inert gases to an inert gas consumer, characterized in that a mixture controller ( 8 ) is controlled by a signal from an oxygen measurement ( 7 ). 2. Kraft-Wärme-Kopplungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Anlagensystem (3) einen Verdichter (4) und/oder einen Kühler (5) aufweist.2. Combined heat and power system according to claim 1, characterized in that the system ( 3 ) has a compressor ( 4 ) and / or a cooler ( 5 ). 3. Kraft-Wärme-Kopplungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Anlagensystem (3) ein Dreiwegeventil (6) und die Sauerstoffmessung (7) aufweist.3. Combined heat and power system according to claim 1 or 2, characterized in that the system ( 3 ) has a three-way valve ( 6 ) and the oxygen measurement ( 7 ). 4. Kraft-Wärme-Kopplungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Gasgemischregler (8) aufweist, in dem das Gemisch von fossilem Brennstoff und Verbrennungsluft so eingestellt wird, daß die Sauerstoffkonzentration im Abgas des Antriebsaggregates dauerhaft den Anforderungen des Inertgasverbrauchers entspricht.4. Combined heat and power system according to one of claims 1 to 3, characterized in that it has a gas mixture controller ( 8 ) in which the mixture of fossil fuel and combustion air is adjusted so that the oxygen concentration in the exhaust gas of the drive unit permanently meets the requirements of the inert gas consumer. 5. Verfahren zur gleichzeitigen Erzeugung von elektrischer Energie, Wärme und Inertgas, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas eines mit fossilen Brennstoffen betriebenen Antriebsaggregates (1), das einen Generator (2) antreibt, entnommen und als Inertgas einem Inertgasverbraucher zugeführt wird. 5. A method for the simultaneous generation of electrical energy, heat and inert gas, characterized in that the exhaust gas of a drive unit operated with fossil fuels ( 1 ) which drives a generator ( 2 ) is removed and fed to an inert gas consumer as inert gas. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase nach der Entnahme verdichtet und/oder gekühlt werden.6. The method according to claim 5, characterized in that the exhaust gases after the extraction is compressed and / or cooled. 7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoffgehalt des Abgases gemessen wird und bei einem zu hohen Sauerstoffgehalt in die Umwelt geleitet wird.7. The method according to claim 5 or 6, characterized in that the Oxygen content of the exhaust gas is measured and at too high Oxygen content is released into the environment. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der fossile Brennstoff so mit Verbrennungsluft gemischt wird, daß die Sauerstoffkonzentration dauerhaft die Anforderungen des Inertgasverbrauchers nicht übersteigt.8. The method according to any one of claims 5 to 7, characterized in that the fossil fuel is mixed with combustion air so that the Oxygen concentration permanently meets the requirements of the Inert gas consumer does not exceed. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Inertgas vor dem Verbrauch zwischengelagert wird.9. The method according to any one of claims 5 to 8, characterized in that the inert gas is stored temporarily before consumption.
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