DE102009014728A1 - Method of operating a fossil fuel power plant and fossil fuel power plant with reduced carbon dioxide emissions - Google Patents
Method of operating a fossil fuel power plant and fossil fuel power plant with reduced carbon dioxide emissions Download PDFInfo
- Publication number
- DE102009014728A1 DE102009014728A1 DE102009014728A DE102009014728A DE102009014728A1 DE 102009014728 A1 DE102009014728 A1 DE 102009014728A1 DE 102009014728 A DE102009014728 A DE 102009014728A DE 102009014728 A DE102009014728 A DE 102009014728A DE 102009014728 A1 DE102009014728 A1 DE 102009014728A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- reformer
- carbon dioxide
- power plant
- gas
- energy
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
- C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
- C01B3/342—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents with the aid of electrical means, electromagnetic or mechanical vibrations, or particle radiations
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
- C01B2203/0211—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a non-catalytic reforming step
- C01B2203/0222—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a non-catalytic reforming step containing a non-catalytic carbon dioxide reforming step
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
- C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
- C01B2203/0238—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a carbon dioxide reforming step
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/06—Integration with other chemical processes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/06—Integration with other chemical processes
- C01B2203/061—Methanol production
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/08—Methods of heating or cooling
- C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/0861—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by plasma
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/1205—Composition of the feed
- C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/1235—Hydrocarbons
- C01B2203/1241—Natural gas or methane
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
- Y02E20/18—Integrated gasification combined cycle [IGCC], e.g. combined with carbon capture and storage [CCS]
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/141—Feedstock
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Treating Waste Gases (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft die Verwertung von Kohlendioxid aus Kraftwerken, die mit fossilen Brennstoffen arbeiten. Hier wird erstmals über die Einleitung des Kraftwerkabgases in einen Hochspannungsreformer Kohlendioxid abgebaut.The invention relates to the utilization of carbon dioxide from power plants that work with fossil fuels. Here, for the first time, carbon dioxide is decomposed via the introduction of the power plant exhaust gas into a high-voltage reformer.
Description
Die Erfindung betrifft die Verwertung von Kohlendioxid aus Kraftwerken, die mit fossilen Brennstoffen arbeiten.The Invention relates to the utilization of carbon dioxide from power plants, who work with fossil fuels.
Es wurde erkannt, dass der ungebremste Kohlendioxidausstoß für die Umwelt zu erheblichen Schäden führt. Deshalb wird zwar vermehrt in kohlendioxidneutrale Energieerzeugung investiert, jedoch ist mittelfristig die komplette Ablösung der Kraftwerke, die fossile Brennstoffe nutzen, nicht absehbar.It was recognized that the unchecked carbon dioxide emissions for the environment leads to significant damage. Therefore is increasingly being invested in carbon dioxide-neutral energy production, However, in the medium term, the complete replacement of the power plants, use the fossil fuels, not foreseeable.
Derzeit
betriebene, auf fossilen Brennstoffen basierende, Kraftwerke jeglicher
Bauart besitzen keinen Mechanismus zur Kohlendioxidvermeidung, da
die Verbrennung kohlenstoffhaltiger Energieträger unweigerlich
Kohlendioxidgas als Oxidationsprodukt generiert (I). Nach der in
Europa gesetzlich vorgeschriebenen Rauchgasentschwefelung wird das
heiße Abgas nach dem Stromerzeugungsprozess in die Umgebungsluft geleitet.
Zur
Vermeidung einer weiteren Akkumulation von Kohlendioxid in der Atmosphäre
durch fossilbetriebene Kraftwerke existieren grundsätzlich
zwei Methodiken, die derzeit jedoch nur Gegenstand der Forschung sind.
Im sog. Oxyfuel-Prozess wird fossiler Brennstoff mit Reinsauerstoff
einer vorgeschalteten Luftzerlegung unter Energiegewinn verbrannt
und das Abgas nach erfolgter Rauchgasentschwefelung mittels Kompressor
in eine flüssig-ähnliche („überkritische”)
Form konvertiert und verwahrt. Im sog. IGCC(„Integrated
Gasification Combined Cycle”)-Prozess wird fossiles Brenngut
unterstöchiometrisch mit Reinsauerstoff aus einem vorherigem
Luftzerlegungsschritt zu volatilem, brennbaren Synthesegas umgewandelt
und mit Hil fe von Wasser schlussendlich zu Kohlendioxid und Wasserstoff
weiterreagiert („Wassergas-Shift”) (Gl. 2-4).
Nach der Abtrennung von Kohlendioxid dient Wasserstoff als verbrennbarer Energieträger, wohingegen Kohlendioxid, wie im Falle des Oxyfuel-Prozesses, komprimiert und zur späteren Verwendung aufbewahrt werden kann. Zusammenfassend soll die Vermeidung des Kohlendioxidausstoßes und der damit erhofften Klimaschonung bei gleichzeitiger effektiver Energiegewinnung durch vor- oder nachgeschaltete Kohlendioxid-Separierungsverfahren („Pre- und Post-Combustion Carbon Capture”) realisiert werden.To The separation of carbon dioxide serves as a combustible hydrogen Energy sources, whereas carbon dioxide, as in the case of Oxyfuel process, compressed and for later use can be stored. In summary, the avoidance of Carbon dioxide emissions and thus hoped for climate with simultaneous effective energy production by upstream or downstream Carbon Dioxide Separation Process ("Pre- and Post-Combustion Carbon Capture ").
Nachteil aller dieser Methoden ist der hohe Energieaufwand zur Bereitstellung reinen Sauerstoffs aus der kryogenen Luftzerlegung, der Kohlendioxidseparation und Speicherung mittels Kompression und schlussendlich der Frage nach Verbleib und Verwendung des auf diese Weise akkumulierten Kohlendioxids, wobei mittelfristig der unterirdischen oder untermeerischen Sequestrierung besonderes Interesse beigemessen wird[5].Disadvantage of all these methods is the high energy consumption for providing pure oxygen from the cryogenic air separation, the carbon dioxide separation and storage by means of compression and, finally, the question of the fate and using the accumulated in this way the carbon dioxide, wherein the medium is allotted special interest of underground or undersea sequestration [ 5] .
Deshalb ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Methode zur Modifikation sämtlicher auf fossilen Brennstoffen beruhenden Kraftwerkskonzepte zur Verminderung des generierten Kohlendioxidgases zu schaffen.Therefore It is the object of the present invention to provide a method for modification all power plant concepts based on fossil fuels to reduce the generated carbon dioxide gas.
Lösung der Aufgabe und Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftwerkes, bei dem das aus der Verbrennung kommende und mit Kohlendioxid angereicherte Gas in einen Reformer eingeleitet wird, in dem es einem Hochspannungsfeld ausgesetzt ist. Zudem ist Gegenstand der Erfindung ein Kraftwerk, einen Verbrennungsofen, einen Gas/Dampferzeuger sowie eine daran angeschlossene Turbine um fassend, dadurch gekennzeichnet, dass Leitungen vorgesehen sind, durch die ein Teil des in der Turbine erzeugten Stroms in einen Hochspannungstransformator geleitet wird und weitere Leitungen vorgesehen sind, durch die das mit Kohlendioxid und Kohlenwasserstoff angereicherte Abgas aus dem Kraftwerksprozess in einen Reformer geführt wird, wobei die erzeugte Hochspannung in dem Reformer ein Hochspannungsfeld erzeugt, durch das Kohlendioxid und ein Kohlenwasserstoff enthaltendes Gas, in Kohlenmonoxid und Wasserstoff umgewandelt wird.solution The object and subject of the invention is therefore a method to run a power plant that burns out coming and enriched with carbon dioxide gas in a reformer is initiated, in which it is exposed to a high voltage field. In addition, the subject of the invention is a power plant, a combustion furnace, a gas / steam generator and a connected turbine To summarize, characterized in that lines are provided, through which part of the electricity generated in the turbine into one High-voltage transformer is passed and provided additional lines by which are enriched with carbon dioxide and hydrocarbon Exhaust from the power plant process led to a reformer wherein the generated high voltage in the reformer is a high voltage field produced by the carbon dioxide and a hydrocarbon-containing Gas, converted into carbon monoxide and hydrogen.
Grundsätzliche Erkenntnis der Erfindung ist, dass während etablierte und zukünftige Kraftwerkstechniken Kohlendioxidgas separieren oder in flüssiger Form speichern bzw. der Sequestrierung zugänglich machen, eine wertschöpferischen Umwandlung des gebildeten Kohlendioxids vorteilhaft ist. Die Umwandlung geschieht mittels Hochspannungsfeld auch bei Normaldruck und unter moderaten Temperaturen. Es entstehen chemische Stoffe, die den fossilen Kohlenstoff nach dem Energiegewinnungsschritt immobilisiert in Chemikalien hoher Wertigkeit enthalten. So besteht im Sinne der vorliegenden Erfindung die Möglichkeit einer Nutzung durch Weiterverarbeitung und/oder Umwandlung in sich anschließenden chemischen Prozessen statt der Speicherung oder Ableitung in die Atmosphäre.Fundamental realization of the invention is that while established and future Kraftwerkstech In order to separate carbon dioxide gas or to store it in liquid form or to make it accessible to sequestration, a value-creating conversion of the carbon dioxide formed is advantageous. The conversion is done by means of high voltage field even at atmospheric pressure and at moderate temperatures. The result is chemical substances that contain the fossil carbon after the energy recovery step immobilized in high quality chemicals. Thus, for the purposes of the present invention, the possibility of use by further processing and / or conversion in subsequent chemical processes instead of storage or discharge into the atmosphere.
Das bei der wertschöpferischen Prozessierung gebildeten Kohlenmonoxidgas erfolgt über etablierte und neue Verfahren/Techniken und erlaubt so zugleich eine Einsparung bzw. Vermeidung von 50–100% des während des Verbrennungsprozesses gebildeten Kohlendioxids. Die im wertschöpferischen Prozess gebildeten Chemikalien können einerseits selbst zur Energieerzeugung oder in anderweitigen chemischen und/oder physikalischen Arbeitsschritten genutzt werden. Der dazu nötige Energieeintrag für die Umwandlung von Kohlendioxid in die gewünschten Produkte verbraucht sich in diesem Maße für einen wertschöpferischen Prozess statt im Falle der oben genannten Speicherung oder Sequestrierung für eine defizitäre Nichtnutzung der fossilen Verbrennungsprodukte.The carbon monoxide gas formed in value-added processing takes place via established and new procedures / techniques and allows at the same time a saving or avoidance of 50-100% of the carbon dioxide formed during the combustion process. The chemicals formed in the value-creating process On the one hand, they can be used for power generation or other purposes chemical and / or physical work steps are used. The necessary energy input for the transformation of carbon dioxide consumed in the desired products in this measure for a value-creating one Process instead of in the case of the above storage or sequestration for a deficient use of the fossil Combustion products.
Das
während der Verbrennung fossiler, kohlenstoffbasierter
Energieträger gebildete Kohlendioxidgas (I) wird gemäß der
vorliegenden Erfindung in einem sog. Reformierungsprozess („Reforming”)
mit Erdgas, am vorteilhaftesten mit Methangas CH4,
unter Energieeintrag zu Synthesegas umgewandelt (V).
Bislang
werden für diese Umwandlung hohe Temperaturen sowie große
Prozessdrücke zum Erreichen von ausreichendem Umsatz vorgeschlagen.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
ist jedoch unter Zuhilfenahme gepulster, elektrochemischer Methoden
im Strömungsreaktor auch bei niedrigen Temperaturen, beispielsweise
von 5°C bis 300°C, insbesondere von 15°C
bis 200°C und insbesondere bevorzugt von 25°C
bis 150°C, beispielsweise sogar unter Normaldruck ein stofflicher
Umsatzgrad von 85% oder mehr in die Hauptkomponenten bei einer gleichzeitigen
Energieeffizienz von über 80%, bezogen auf die eingebrachte elektrische
Leistung, feststellbar. Dazu gibt es in der Literatur Beispiele
wie bei
Die nötige Elektrizität ist am Kraftwerkstandort ohne Übertragungsverluste für die Umsetzung nach V verfügbar.The necessary electricity is at the power plant site without transmission losses available for implementation according to V.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die Zusammensetzung des Abgases für die Umsetzung im Reformer durch die Zugabe weiterer Gase optimiert. Beispielsweise wird die Restsauerstoffkonzentration des Abgases aus der fossilen Verbrennung (Gleichung I) noch durch weiteres Zuführen und Verbrennen von Brenngas, z. B. Methan CH4, vermindert oder der Anteil an Brennstoffen im Vorhinein dementsprechend angepasst, dass die wertschöpferische Umwandlung des Kohlendioxids nach V anschließt, in Ausbeute und Geschwindigkeit verbessert wird.According to an advantageous embodiment of the invention, the composition of the exhaust gas for the reaction in the reformer is optimized by the addition of further gases. For example, the residual oxygen concentration of the exhaust gas from fossil combustion (Equation I) is further increased by further supplying and burning fuel gas, e.g. As methane CH 4 , or the proportion of fuels in advance adjusted accordingly that the value-creative conversion of carbon dioxide to V is followed, is improved in yield and speed.
Auch kann ein Abtrennen des Luftstickstoffs für höhere Umsätze vorteilhaft sein.Also can be a separation of the atmospheric nitrogen for higher Turnover be advantageous.
Nach einer Ausführungsform entfällt jegliche Entschwefelung oder Trocknung des Verbrennungsabgases vor dem wertschöpferischen Umwandlungsprozess gemäß V.To In one embodiment, any desulfurization is eliminated or drying the combustion gas before the value-creating Transformation process according to V.
Das
gebildete Synthesegas, welches in seiner Stöchiometrie
durch Variation der Eduktkonzentrationen und Wassergehaltes verändert
werden kann, ermöglicht die Umwandlung in sich anschließenden wert-schöpferischen
Reaktionsschritten gemäß etablierten technischen
Prozessen zu Nutzchemikalien (Gl. VI und VII).
Nach
dem gepulst-elektrochemischen, Prozess nach V ist eine Abtrennung
und Rückführung gebildeten Wasserstoffs zur Energiegewinnung
denkbar (VIII).
Gebildetes Kohlenmonoxid nach V kann ebenfalls technisch einfach separiert und weiteren chemischen Prozessen, z. B. Fischer-Tropsch-Reaktionen oder der Kunststoff produzierenden Industrie zugeführt werden. In dieser Weise ermöglicht der Energieinhalt zugeführter Kohlenwasserstoffe, wie z. B. CH4, eine bei sehr niedrigen Temperaturen und Normaldruck reali sierbaren, elektrochemischen Umwandlung von Kohlendioxid in industrielle Precursorsubstanzen gemäß V, die für weitere wertschöpferische Reaktionsschritte zur Verfügung stehen. Gemäß VI und VII besteht weiterhin die Möglichkeit, hochenergetische Energieträger oder Industriechemikalien zu bereiten, die gegensätzlich zur konventionellen Akkumulation in den sog. „Pre- oder Post-Combustion Carbon Capture”-Verfahren und sich anschließender Sequestrierung, einen Mehrwert besitzen oder als chemische Bausteine zur Verfügung stehen. Auf diese Weise besteht weiterhin die Möglichkeit, kohlendioxidarme (50%ige Vermeidung) oder kohlendioxidfreie (100%ige Vermeidung) Energieerzeugung zu betreiben.Formed carbon monoxide to V can also technically easily separated and other chemical processes, eg. B. Fischer-Tropsch reactions or the plastic-producing industry. In this way, the energy content of supplied hydrocarbons, such as. B. CH 4 , a reali sible at very low temperatures and atmospheric pressure, electrochemical conversion of carbon dioxide into industrial precursor substances according to V, which are available for further value-creating reaction steps. According to VI and VII, it is still possible to prepare high-energy energy carriers or industrial chemicals which, in contrast to conventional accumulation in the so-called "pre- or post-combustion carbon capture" process and subsequent sequestration, have added value or as chemical building blocks for To be available. In this way, it is still possible to operate low-carbon (50% avoidance) or carbon dioxide-free (100% avoidance) energy production.
Zusätzlich ergeben sich wirtschaftliche Vorteile bei der Umwandlung von Kohlendioxid, wie sich aus den folgenden Preisabschätzungen ausgewählter Edukte und Produkte ergibt:
- Methan flüssig: ~2300 EURO/t
- Wasserstoff flüssig: ~13000 EURO/t (Hinweis: 1 t Wasserstoff entspricht 11891 m3)
- CO gasförmig: ~6000 EURO/t (Hinweis: Versorgung mittels CO-Trailer im Wechsel)
- CO2 fest (Trockeneis): 700 EURO/t
- Methane liquid: ~ 2300 EURO / t
- Hydrogen liquid: ~ 13000 EURO / t (Note: 1 t hydrogen corresponds to 11891 m 3 )
- CO gaseous: ~ 6000 EURO / t (Note: supply via CO trailer in alternation)
- CO 2 solid (dry ice): 700 EURO / t
Grundsätzlich ist jeglicher Verbrennungsprozess fossiler Energieträger durch das Verfahren zur Kohlendioxidvermeidung nach V geeignet.in principle is any combustion process of fossil fuels by the method for carbon dioxide prevention according to V.
Im Folgenden wird die Erfindung noch anhand von Figuren näher erläutert:in the The invention will become more apparent from the following figures explains:
Nach
der elektrochemischen Reformierung gemäß V kann
das Reaktatgemisch in weiteren Schritten (Routen A, B;
Als Grundlage für die Energieausbeutebetrachtung seien die Standard-reaktionsenthalpien der Reaktionen nach Gln. 1–8 erläutert (Tab. 1) . Tab. 1: Standardreaktionsenthalpien As a basis for the energy yield consideration, the standard reaction enthalpies of the reactions according to Eqs. 1-8 (Table 1). Tab. 1: Standard reaction enthalpies
Für
die Ermittlung der Energiebilanzen des resultierenden Umsatzes nach
V ist die Verbrennungsenthalpie
Beispiel 1: Berechnung einer Energiebilanz nach dem Verfahren einer Kohlekraftwerksbetreibung gemäß der Erfindung: Route A Methanol, Dimethylethersynthese:Example 1: Calculation of an energy balance according to the method of a coal power plant operation according to the invention: Route A methanol, dimethyl ether synthesis:
Kohlekraftwerke
sind in Deutschland immer noch weit verbreitet. Zur Kohlendioxidvermeidung
mit anschließender Fixierung in Nutzchemikalien gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung ist die separate Versorgung
mit Erdgas („Abmagern des Kraftwerksabgases”)
vorteilhaft. Die Energiebilanz ergibt sich nach Kombination der
Gln. I, V, VI bzw. VII:
Bezogen auf die theoretisch maximal ausbeutbare Reaktionsenthalpie nach I und IX ergibt sich eine Energieeffizienz von 19% (MeOH) bzw. 25% (DME), sowie der Möglichkeit, abgetrenntes Kohlenmonoxid zur Weiterverarbeitung zur Verfügung zu stellen.Based to the theoretically maximum exploitable reaction enthalpy I and IX result in energy efficiency of 19% (MeOH) and 25% respectively (DME), as well as the possibility of separated carbon monoxide for further processing.
Beispiel 2: Route BExample 2: Route B
Aus
dem Reformerabgas, also dem im Reformationsprozess gebildeten Gas
kann auch nach einer Kohlenmonoxidabtrennung gebildeter Wasserstoff
rückgeführt und als Energiequelle nutzbar gemacht
werden. Für die Energiebilanz ergibt sich nach Kombination
der Gln. I, IV und VIII:
Bezogen auf die theoretisch maximal ausbeutbare Reaktionsenthalpie nach Gln. I und IX ergibt sich eine Energieeffizienz von 53% bei 100% CO2-Einsparung, sowie erneut der Möglichkeit, abgetrenntes Kohlenmonoxid zur Weiterverarbeitung zur Verfügung zu stellen.Based on the theoretically maximum exploitable reaction enthalpy according to Eq. I and IX results in an energy efficiency of 53% with 100% CO 2 savings, and again the possibility of separated coals to provide monoxide for further processing.
Beispiel 3: Route A in Kombination mit Wassergas-Shift (IV)Example 3: Route A in combination with Water gas shift (IV)
Weiterhin
ist denkbar, das in Route A abgetrennte Kohlenmonoxid dem Wassergas-Shift
gemäß IV zu unterwerfen und so die Exothermie
dieser Reaktion zusätzlich auszubeuten.
Bezogen auf die theoretisch maximal. ausbeutbare Reaktionsenthalpie nach Gln. I und IX ergibt sich eine Energieeffizienz von 44% (Methanol)-50% (Dimethylether). Entgegen der Bereitstellung von Kohlenmonoxid produziert der Wassergas- Shift nach Gl. IV Kohlendioxid. Der Reformierungsschritt dient in diesem Falle der wertschöpferischen Bereitung von Methanol bzw. Dimethylether, jedoch nicht der Nettoeinsparung von CO2 bezogen auf I.Relative to the theoretical maximum. exploitable reaction enthalpy according to Eq. I and IX results in an energy efficiency of 44% (methanol) -50% (dimethyl ether). Contrary to the provision of carbon monoxide, the water gas shift according to Eq. IV carbon dioxide. The reforming step serves in this case the value creation of methanol or dimethyl ether, but not the net saving of CO 2 based on I.
Beispiel 4 Berechnung am Beispiel eines GasturbinenkraftwerksExample 4 Calculation using the example of a Gas turbine power plant
(Erd-)Gasbetriebene Kraftwerke stellen die vorteilhafteste Variante für die Umsetzung dar, da z. B. Methan vor Ort für den Reformationsprozess nach Gl. 5 zur Verfügung steht.(Natural) gas-powered Power plants represent the most advantageous variant for the Implementation is because z. B. Methane on site for the Reformation process according to Eq. 5 is available.
Route ARoute A
Für
die Energiebilanz ergibt sich nach Kombination der Gln. IX bis VII
und IX:
Bezogen auf die theoretisch maximal ausbeutbare Reaktionsenthalpie nach IX ergibt sich eine Energieeffizienz von 41% (Methanol) – 46% (Dimethylether). Zusätzlich stehen wertvolle Industriechemikalien ((Methanol/Dimethylether/CO) zur Verfügung, die weiteren wertschöpferischen Prozessen zur Verfügung stehen.Based to the theoretically maximum exploitable reaction enthalpy IX results in energy efficiency of 41% (methanol) - 46% (Dimethyl ether). In addition, there are valuable industrial chemicals ((methanol / dimethyl ether / CO) available, the other value-creating Processes are available.
Berechnung nach Route BCalculation according to route B
Es
kann nach dem Reformationsprozess nach einer Kohlenmonoxidabtrennung
gebildeter Wasserstoff rückgeführt und als Energiequelle
dienen. Für die Energiebilanz ergibt sich nach Kombination
der Gln. V, VIII und IX:
Bezogen auf die theoretisch maximal ausbeutbare Reaktionsenthalpie nach IX ergibt sich eine Energieeffizienz von 66%.Based on the theoretically maximum exploitable reaction enthalpy according to IX results in an energy efficiency of 66%.
Zusätzlich steht Kohlenmonoxid als Nutzchemikalien für weiterverarbeitende Prozesse zur Verfügung.additionally stands carbon monoxide as useful chemicals for processing Processes available.
2.3
Route A in Kombination mit Wassergas-Shift (IV) Weiterhin ist denkbar,
das in Route A abgetrennte Kohlenmonoxid dem Wassergas-Shift gemäß IV
zu unterwerfen und so die Exothermie dieser Reaktion zusätzlich
auszubeuten.
Bezogen auf die theoretisch maximal ausbeutbare Reaktionsenthalpie nach IX ergibt sich eine Energieeffizienz von 60% (Methanol) – 64% (Dimethylether). Entgegen der Bereitstellung von Kohlenmonoxid produziert der Wassergas-Skift nach IV Kohlendioxid. Der Reformierungsschritt dient in diesem Falle der wertschöpferischen Bereitung von Methanol bzw. Dimethylether, jedoch nicht der Nettoeinsparung von CO2 bezogen auf IX.Based on the theoretically maximum exploitable reaction enthalpy according to IX, the energy efficiency is 60% (methanol) - 64% (dimethyl ether). Contrary to the provision of carbon monoxide, the water gas Skift IV produces carbon dioxide. The reforming step serves in this case the value-creating preparation of methanol or dimethyl ether, but not the net saving of CO 2 based on IX.
Durch die vorliegende Erfindung wird ein Verfahren zur Reformierung von Kohlendioxid und Abgas aus einem Kraftwerk mittels Hochspannungsfeld. Durch die energetisch hocheffiziente, elektrochemisch-getriebene und bevorzugt hochspannungsgepulst durchgeführte Reformierung von CO2, besteht erstmals die Mög lichkeit, bei Raumtemperatur und Normaldruck die Umwandlung von CO2 in energetisch angehobene Precursorchemikalien (Kohlenmonoxid CO und Wasserstoff H2) zu betreiben. Diese Stoffe können selbst zu wertvollen Energieträgern wie flüssiges Methanol oder gasförmigen Dimethylether umgewandelt werden. Gleichzeitig fällt Kohlenmonoxid an, welches nach einer Abtrennung etwa der chemischen Industrie für die Kunststoffsynthese, Fischer-Tropsch-Umwandlungen oder anderweitiger Prozesse angeboten werden kann. Da Kraftwerke, erdgasbetriebene GuD-Anlagen im besonderen, naturgemäß große Mengen Kohlendioxid durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe erzeugen, bietet sich die Kombination mit der angedachten Reformierung an, um unter moderaten Nettoenergieeinbußen wertschöpferisch Nutzchemikalien aus Kohlendioxid zu bereiten. Weiterhin besteht die Möglichkeit der vollständigen CO2-Vermeidung und bietet damit die Möglichkeit einer kohlendioxidneutralen Energieerzeugung. Im Gegensatz zu Konzepten des „Pre- und Post-Combustion Carbon Capture” mit sich anschließender Sequestrierung ermöglicht die geplante. Umsetzung die ökologische und ökonomische Nutzung des anfallenden Kohlendioxids. Dies stellt somit auch einen Beitrag zur Vermeidung des Treibhausgaseffektes dar.The present invention provides a process for reforming carbon dioxide and off-gas from a power plant by means of a high voltage field. The energetically highly efficient, electrochemically-driven and preferably high-voltage pulsed reforming of CO 2 , there is the possi bility for the first time to operate at room temperature and atmospheric pressure, the conversion of CO 2 in energetically raised precursor chemicals (carbon monoxide CO and hydrogen H 2 ). These substances can themselves be converted into valuable energy sources such as liquid methanol or gaseous dimethyl ether. At the same time carbon monoxide accumulates, which can be offered after a separation of about the chemical industry for plastic synthesis, Fischer-Tropsch conversions or other processes. Since power plants, in particular natural gas-fired combined cycle plants, naturally generate large amounts of carbon dioxide by burning fossil fuels, the combination with the planned reforming offers itself in order to prepare useful chemical carbon dioxide under moderate net energy losses. Furthermore, there is the possibility of complete CO 2 avoidance and thus offers the possibility of carbon dioxide-neutral energy production. In contrast to concepts of "Pre- and Post-Combustion Carbon Capture" with subsequent sequestration allows the planned. Implementation of the ecological and economic use of the resulting carbon dioxide. This therefore also contributes to avoiding the greenhouse gas effect.
Die Erfindung betrifft die Verwertung von Kohlendioxid aus Kraftwerken, die mit fossilen Brennstoffen arbeiten. Hier wird erstmals über die Einleitung des Kraftwerkabgases in einen Hochspannungsreformer Kohlendioxid abgebaut.The Invention relates to the utilization of carbon dioxide from power plants, who work with fossil fuels. This is the first time over the introduction of the power plant exhaust into a high voltage reformer Degraded carbon dioxide.
- 11
- Kohle, Gas, ErdölCoal, Gas, petroleum
- 22
- Verbrennungcombustion
- 33
- Gas/Dampf-ErzeugungGas / vapor-generating
- 44
- Stromerzeugung in Turbine/Generatorpower generation in turbine / generator
- 55
- Reformerreformer
- 66
- Erdgasnatural gas
- 77
- HV-TransformatorHV transformer
- 88th
- Netzeinspeisungpower supply
- 99
- MeOH/DME-SyntheseMeOH / DME synthesis
- 1010
- CO-WäscherCO scrubber
- 1111
- CO-SpeicherungCO storage
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list The documents listed by the applicant have been automated generated and is solely for better information recorded by the reader. The list is not part of the German Patent or utility model application. The DPMA takes over no liability for any errors or omissions.
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- - S. Kado; K. Urasaki, Y. Sekine, K. Fujimoto: Low temperature reforming of methane to synthesis gas with direct current pulse discharge method, Chem. Commun. 415–416 (2001) [0012] - S. Kado; K. Urasaki, Y. Sekine, K.Fujimoto: Low temperature reforming of methane to synthesis gas with direct current pulse discharge method, Chem. Commun. 415-416 (2001) [0012]
- - Y. Sekine, K. Urasaki, S. Kado, M. Matsukata, E. Kikuchi: Nonequilibrium Pulsed Discharge: A Novel Method for Steam Reforming of Hydrocarbons or Alcohols, Energy Fuels, 18(2), 455–459, (2004) [0012] - Y. Sekine, K. Urasaki, S. Kado, M. Matsukata, E. Kikuchi: Nonequilibrium Pulsed Discharge: A Novel Method for Steam Reforming of Hydrocarbons or Alcohols, Energy Fuels, 18 (2), 455-459, (2004 [0012]
- - Y. Sekine, K. Urasaki, S. Kado, M. Matsukata, E. Kikuchi: High-Efficiency Dry Reforming of Biomethane Directly Using Pulsed Electric Discharge at Ambient Condition, Energy & Fuels, 22, 693–694 (2008) [0012] - Y. Sekine, K. Urasaki, S. Kado, M. Matsukata, E. Kikuchi: High-Efficiency Dry Reforming of Biomethane Directly Using Pulsed Electric Discharge at Ambient Condition, Energy & Fuels, 22, 693-694 (2008) [ 0012]
Claims (7)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102009014728A DE102009014728A1 (en) | 2009-03-25 | 2009-03-25 | Method of operating a fossil fuel power plant and fossil fuel power plant with reduced carbon dioxide emissions |
PCT/EP2010/053805 WO2010108936A1 (en) | 2009-03-25 | 2010-03-24 | Method for operating a fossil fuel power plant and fossil fuel power plant having reduced carbon dioxide emissions |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102009014728A DE102009014728A1 (en) | 2009-03-25 | 2009-03-25 | Method of operating a fossil fuel power plant and fossil fuel power plant with reduced carbon dioxide emissions |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102009014728A1 true DE102009014728A1 (en) | 2010-09-30 |
Family
ID=42199716
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102009014728A Ceased DE102009014728A1 (en) | 2009-03-25 | 2009-03-25 | Method of operating a fossil fuel power plant and fossil fuel power plant with reduced carbon dioxide emissions |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102009014728A1 (en) |
WO (1) | WO2010108936A1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102010032748A1 (en) * | 2010-07-29 | 2012-02-02 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Process for the reuse of CO2-containing waste gases |
DE102015003680A1 (en) * | 2015-03-24 | 2016-09-29 | Peter Paul Smolka | Fuel production plant for power plants |
WO2018054445A1 (en) | 2016-09-25 | 2018-03-29 | Smolka Peter P | Fuel production system for power plants |
EP3427821A1 (en) | 2017-07-14 | 2019-01-16 | AZAD Pharmaceutical Ingredients AG | Catalytic composition for co2 conversion |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102011002617A1 (en) * | 2011-01-13 | 2012-07-19 | Siemens Aktiengesellschaft | Process for the production of synthesis gas containing carbon monoxide (CO) and hydrogen (H2) |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1997029833A1 (en) * | 1996-02-15 | 1997-08-21 | Abb Research Ltd. | Process and device for the conversion of a greenhouse gas |
DE19757936A1 (en) * | 1997-12-27 | 1999-07-08 | Abb Research Ltd | Production of synthesis gas with given hydrogen to carbon monoxide ratio in silent discharge |
EP1038856A1 (en) * | 1999-03-24 | 2000-09-27 | Abb Research Ltd. | Fuel synthesis by electric barrier discharge process |
US6375832B1 (en) * | 1999-03-24 | 2002-04-23 | Abb Research Ltd. | Fuel synthesis |
DE10163474A1 (en) * | 2001-12-21 | 2003-07-10 | Siemens Ag | Method and device for treating and / or reforming gaseous fuels and associated application |
DE10162244A1 (en) * | 2001-12-18 | 2003-07-10 | Siemens Ag | Process for the selective generation of reactive particles |
DE10162245A1 (en) * | 2001-12-18 | 2003-07-10 | Siemens Ag | Process for the selective generation of reactive particles |
US7285189B2 (en) * | 2000-05-24 | 2007-10-23 | Yasushi Sekine | Method for steam reforming of chain hydrocarbon |
DE102007022723A1 (en) * | 2007-05-11 | 2008-11-13 | Basf Se | Process for the production of synthesis gas |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1106788A1 (en) * | 1999-12-09 | 2001-06-13 | Abb Research Ltd. | Co-generation of electricity and hydrocarbons |
-
2009
- 2009-03-25 DE DE102009014728A patent/DE102009014728A1/en not_active Ceased
-
2010
- 2010-03-24 WO PCT/EP2010/053805 patent/WO2010108936A1/en active Application Filing
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1997029833A1 (en) * | 1996-02-15 | 1997-08-21 | Abb Research Ltd. | Process and device for the conversion of a greenhouse gas |
DE19757936A1 (en) * | 1997-12-27 | 1999-07-08 | Abb Research Ltd | Production of synthesis gas with given hydrogen to carbon monoxide ratio in silent discharge |
EP1038856A1 (en) * | 1999-03-24 | 2000-09-27 | Abb Research Ltd. | Fuel synthesis by electric barrier discharge process |
US6375832B1 (en) * | 1999-03-24 | 2002-04-23 | Abb Research Ltd. | Fuel synthesis |
US7285189B2 (en) * | 2000-05-24 | 2007-10-23 | Yasushi Sekine | Method for steam reforming of chain hydrocarbon |
DE10162244A1 (en) * | 2001-12-18 | 2003-07-10 | Siemens Ag | Process for the selective generation of reactive particles |
DE10162245A1 (en) * | 2001-12-18 | 2003-07-10 | Siemens Ag | Process for the selective generation of reactive particles |
DE10163474A1 (en) * | 2001-12-21 | 2003-07-10 | Siemens Ag | Method and device for treating and / or reforming gaseous fuels and associated application |
DE102007022723A1 (en) * | 2007-05-11 | 2008-11-13 | Basf Se | Process for the production of synthesis gas |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
S. Kado; K. Urasaki, Y. Sekine, K. Fujimoto: Low temperature reforming of methane to synthesis gas with direct current pulse discharge method, Chem. Commun. 415-416 (2001) |
Y. Sekine, K. Urasaki, S. Kado, M. Matsukata, E. Kikuchi: High-Efficiency Dry Reforming of Biomethane Directly Using Pulsed Electric Discharge at Ambient Condition, Energy & Fuels, 22, 693-694 (2008) |
Y. Sekine, K. Urasaki, S. Kado, M. Matsukata, E. Kikuchi: Nonequilibrium Pulsed Discharge: A Novel Method for Steam Reforming of Hydrocarbons or Alcohols, Energy Fuels, 18(2), 455-459, (2004) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102010032748A1 (en) * | 2010-07-29 | 2012-02-02 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Process for the reuse of CO2-containing waste gases |
DE102015003680A1 (en) * | 2015-03-24 | 2016-09-29 | Peter Paul Smolka | Fuel production plant for power plants |
WO2018054445A1 (en) | 2016-09-25 | 2018-03-29 | Smolka Peter P | Fuel production system for power plants |
EP3427821A1 (en) | 2017-07-14 | 2019-01-16 | AZAD Pharmaceutical Ingredients AG | Catalytic composition for co2 conversion |
WO2019012160A1 (en) | 2017-07-14 | 2019-01-17 | Azad Pharmaceutical Ingredients Ag | Catalytic composition for co2 conversion |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2010108936A1 (en) | 2010-09-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE10334590B4 (en) | Process for the production of hydrogen from a methane-containing gas, in particular natural gas and plant for carrying out the process | |
Goeppert et al. | Recycling of carbon dioxide to methanol and derived products–closing the loop | |
EP3019581B1 (en) | Methanation method and power plant comprising co2 methanation of power plant flue gas | |
EP2464617B1 (en) | Method and system for providing a hydrocarbon-based energy source using a portion of renewably produced methanol and a portion of methanol that is produced by means of direct oxidation, partial oxidation, or reforming | |
DE102016219990B4 (en) | Process for the separation and storage of carbon dioxide and / or carbon monoxide from an exhaust gas | |
US20100004495A1 (en) | Process for producing carbon dioxide and methane by catalytic gas reaction | |
Plou et al. | Purified hydrogen from synthetic biogas by joint methane dry reforming and steam-iron process: Behaviour of metallic oxides and coke formation | |
DE112010003184T5 (en) | Process for the gasification of carbonaceous material by means of thermal decomposition of methane and conversion of carbon dioxide | |
EP2869910A1 (en) | Environmentally-friendly integrated installation for producing chemical and petrochemical products | |
DE102009014728A1 (en) | Method of operating a fossil fuel power plant and fossil fuel power plant with reduced carbon dioxide emissions | |
EP3052435A1 (en) | Method and system for storing electric energy | |
EP3527530A1 (en) | Method for removing carbon dioxide from the atmosphere | |
WO2021098980A1 (en) | Method and device for the production of carbon monoxide by reverse water-gas shift | |
Herrer et al. | Hydrogen from synthetic biogas via SIP using NiAl2O4 catalyst: Reduction stage | |
EP3526315B1 (en) | Method for producing methane | |
Boubenia et al. | Carbone dioxide capture and utilization in gas turbine plants via the integration of power to gas | |
EP2650257B1 (en) | Device for the synthesis of regenerative methanol from methane gas containing co2 | |
Candelaresi et al. | Introduction: The power-to-fuel concept | |
WO2018130535A1 (en) | Method and device for producing organic compounds from biogas | |
EP0215930B1 (en) | Process for the production of heat energy from synthetic gas | |
DE102015213484A1 (en) | Decarbonization of coal-fired electricity by combustion of carbon twice | |
DE19644684A1 (en) | Storage of hydrogen in liquid form by conversion to methane, methanol or ethanol | |
Nguyen et al. | Modeling and Simulation of Novel Bi-and Tri-Reforming Processes for the Production of Renewable Methanol. | |
Więcław-Solny et al. | Catalytic carbon dioxide hydrogenation as a prospective method for energy storage and utilization of captured CO 2. | |
AT511941B1 (en) | Fuel supply system for vehicles with carbon dioxide storage |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final |
Effective date: 20120322 |