DE102021001242A1 - Process for obtaining energy and raw materials from biomass - Google Patents
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- F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
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- F23G2209/26—Biowaste
Abstract
Der Klimawandel wird u. a. verursacht durch die Gewinnung von Energie und Rohstoffen aus fossilen Quellen, verbunden mit der Emission von fossilem CO2. Als Ausweg aus diesem Dilemma wird zurzeit die Abtrennung von CO2 aus fossilen Kraftwerksabgasen (CCS) untersucht. Damit wird jedoch, ebenso wie mit dem Versuch, CO2 direkt aus der Außenluft abzutrennen, kein technisch und ökonomisch realisierbarer Weg beschritten, mit dem der Klimawandel aufgehalten wird. Auch die fossil basierte Rohstoffgewinnung auf nicht fossile Kohlenstoffe umzustellen, ist durch diese Ansätze auf absehbare Zeit nicht zu realisieren.Der hier vorgeschlagene Weg vermeidet vollständig den Einsatz fossiler Kohlenstoffe und den unvertretbar hohen Aufwand der CO2-Abtrennung aus Abgasen fossil gefeuerter Anlagen und der Außenluft. Mit Hilfe der Oxyfuel-Verbrennung von Biomasse und einfacher Abtrennung durch Auskondensation des bei der Verbrennung entstandenen Wasserdampfs wird der im CO2 des Abgases enthaltene biogene Kohlenstoff als Rohstoff für die weitere Verarbeitung verfügbar gemacht. Das für die Oxyfuel-Verbrennung eingesetzte O2 wird mittels Hydrolyse bei der Wasserstoffgewinnung aus regenerativ erzeugtem Strom gewonnen.Durch stoffliche Kopplung der CO2-Produktion an die Hydrierung mit dem H2 aus der Hydrolyse ergeben sich zukunftsfähige Ansätze für eine klimaneutrale, gesicherte Energie- und Rohstoffversorgung. Von besonderem Vorteil ist dabei die Stromgewinnung mittels Heißgasturbine im C02-Kreislauf der Feuerung. Dank der niedrigen Gastemperaturen nach Kondensation des Wasserdampfes ergibt sich bei dieser Prozessführung für den Gasturbinenprozess auch bei kleinen Leistungen eine hohe Effizienz für die Stromerzeugung.Climate change is u. a. caused by the extraction of energy and raw materials from fossil sources, combined with the emission of fossil CO2. The separation of CO2 from fossil power plant exhaust gases (CCS) is currently being investigated as a way out of this dilemma. However, this, like the attempt to separate CO2 directly from the outside air, is not a technically and economically feasible way to stop climate change. Converting the fossil-based raw material extraction to non-fossil carbon cannot be realized with these approaches in the foreseeable future. The method proposed here completely avoids the use of fossil carbon and the unacceptably high effort of separating CO2 from the exhaust gases of fossil-fired systems and the outside air. With the help of oxyfuel combustion of biomass and simple separation through condensation of the water vapor produced during combustion, the biogenic carbon contained in the CO2 of the exhaust gas is made available as a raw material for further processing. The O2 used for the oxyfuel combustion is obtained by means of hydrolysis during hydrogen production from regeneratively generated electricity. Coupling the CO2 production to the hydrogenation with the H2 from the hydrolysis results in sustainable approaches for a climate-neutral, secure energy and raw material supply. Of particular advantage is the generation of electricity by means of a hot gas turbine in the CO2 cycle of the furnace. Thanks to the low gas temperatures after condensation of the water vapor, this process control for the gas turbine process results in high efficiency for power generation even at low outputs.
Description
Stand der Technik und AufgabenstellungState of the art and task
Aktueller Stand in Technik, Industrie und Weltwirtschaft ist die weit überwiegende Verwendung fossiler Ressourcen in Form von Kohle, Rohöl und Erdgas zur Gewinnung von Energie und Rohstoffen. Im Zuge knapper werdender fossiler Vorräte, vor allem aber aufgrund der immer drängender werdenden Forderung nach Bekämpfung des durch Freisetzung fossiler Kohlenstoffverbindungen (CO2, Methan usw.) ausgelösten Klimawandels, rückt die Suche nach nichtfossilen Ersatzquellen für die Energie- und Rohstoffgewinnung immer stärker in den Vordergrund. Dabei wird die stoffliche und energetische Nutzung von Biomasse als eine sinnvolle und zukunftsfähige Lösung der Energie- und Rohstofffrage angesehen. Kohlenstoff, der in der Biosphäre als florale Kohlenstoffverbindungen im Pflanzenwuchs immerwährend vorhanden ist, wirkt auch dann noch klimaneutral, wenn dieser Kohlenstoff nach seiner Umwandlung, z. B. durch Verrottung oder durch Verbrennung, als CO2 wieder in die Atmosphäre zurückgelangt.The current state of technology, industry and the world economy is the predominant use of fossil resources in the form of coal, crude oil and natural gas for the production of energy and raw materials. In the course of dwindling fossil reserves, but above all due to the ever-increasing demand to combat climate change triggered by the release of fossil carbon compounds (CO2, methane, etc.), the search for non-fossil substitute sources for energy and raw material production is becoming increasingly important . The material and energetic use of biomass is seen as a sensible and sustainable solution to the energy and raw material issue. Carbon, which is always present in the biosphere as floral carbon compounds in plant growth, still has a climate-neutral effect if this carbon is converted, e.g. B. by rotting or incineration, is released back into the atmosphere as CO2.
Die Erschließung von Biomasse als Rohstoff- und Energielieferant für die gesamte Zivilisation trägt nicht zur Störung des ökologischen Gleichgewichts bei. Im Gegensatz dazu wurde in letzten Jahrzehnten durch die exzessive Nutzung fossiler Kohlenstoffträger dieses Gleichgewicht gestört. Die Umstellung von fossilen auf biogene Kohlenstoffträger kann daher einen entscheidenden Beitrag zur Abwendung des bereits im Gang befindlichen Klimawandels und seinen unheilvollen Wirkungen für das Leben der Menschen leisten.The development of biomass as a source of raw materials and energy for the entire civilization does not contribute to the disruption of the ecological balance. In contrast, this balance has been disturbed in recent decades by the excessive use of fossil carbon carriers. The conversion from fossil to biogenic carbon carriers can therefore make a decisive contribution to averting the climate change that is already underway and its disastrous effects on human life.
Neben den vorgenannten Überlegungen zur Nutzung von Biomasse wird auch die Möglichkeit zur Abtrennung von CO2 aus (fossilen) Feuerungsabgasen (Carbon capture and storage CCS) und sogar aus der Außenluft diskutiert und fallweise auch in umfassenden Forschungs- und Entwicklungsvorhaben untersucht. Für beide Methoden zeichnet sich noch kein absehbarer Erfolg ab. In addition to the aforementioned considerations on the use of biomass, the possibility of separating CO2 from (fossil) combustion gases (carbon capture and storage CCS) and even from the outside air is also being discussed and, on a case-by-case basis, also investigated in comprehensive research and development projects. There is no foreseeable success for either method.
Der technische und ökonomische Aufwand ist sowohl bei der CCS von Abgasen aus Kohlekraftwerken als auch bei der CO2-Abtrennung aus der Außenluft so hoch, dass eine flächendeckende und umfassende Anwendung vorerst ausgeschlossen ist.The technical and economic effort involved in the CCS of exhaust gases from coal-fired power plants as well as in the separation of CO2 from the outside air is so high that a comprehensive and comprehensive application is ruled out for the time being.
Das hier vorgestellte Verfahren zur stofflichen und energetischen Nutzung von Biomasse stellt einen Lösungsansatz für diese Problem dar, der bereits jetzt sowohl technisch als auch wirtschaftlich mit weitaus weniger Aufwand umgesetzt werden kann. Die Aufnahme des atmosphärischen CO2 und seine Zerlegung findet in der Natur durch Wechselwirkung zwischen Atmosphäre und Biosphäre statt. Dabei wird der Kohlenstoff von der Natur als Baustein für den Pflanzenaufwuchs in komplexen organischen Verbindungen eingesetzt und das freigesetzte O2 wieder „ausgeatmet“. Die hier vorgesehen Verwendung der Biomasse zielt darauf ab, den pflanzlichen, d. h. „floralen“ Kohlenstoff als Kohlenstoffverbindung für die stoffliche und energetische Nutzung verfügbar zu machen. Damit wird der kaum zu bewältigende Aufwand der CO2-Abtrennung aus der Außenluft oder aus den Abgasen von fossilen Feuerungen vermieden. Energie- und Rohstoffgewinnung werden auf eine neue zukunftsfähige Grundlage gestellt.The method presented here for the material and energetic use of biomass represents a solution to this problem, which can already be implemented both technically and economically with far less effort. The absorption of atmospheric CO2 and its decomposition takes place in nature through interaction between the atmosphere and the biosphere. The carbon is used by nature as a building block for plant growth in complex organic compounds and the released O2 is “breathed out” again. The intended use of the biomass here is aimed at the plant, i. H. to make "floral" carbon available as a carbon compound for material and energetic use. This avoids the almost unmanageable effort of separating CO2 from the outside air or from the exhaust gases from fossil fuel furnaces. The production of energy and raw materials is placed on a new, sustainable basis.
Die Aufgabenstellung des neuen Verfahrens zur Gewinnung von Energie und Rohstoffen aus Biomasse besteht darin, dass folgende Eigenschaften erfüllt werden sollen:
- • Begrenzter Aufwand bei Bau, Unterhaltung und Betrieb der Anlage
- • Hohe Gesamteffizienz bei Energie- und Rohstoffgewinnung
- • Gewinnung von biogenem CO2 mit sehr geringen Fremdstoffanteilen bzw. mit sehr hohem Reinheitsgrad
- • Skalierung der Anlagenleistung innerhalb eines sehr großen Leistungsbereiches ab einer elektrischen Leistung von ca. 100 kW bis zu einer Größe von 10 MW und mehr
- • Eignung für den Betrieb als Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage
- • Limited effort in construction, maintenance and operation of the facility
- • High overall efficiency in energy and raw material production
- • Production of biogenic CO2 with a very low proportion of foreign matter or with a very high degree of purity
- • Scaling of the system output within a very large output range from an electrical output of approx. 100 kW up to a size of 10 MW and more
- • Suitability for operation as a combined heat and power plant
Beschreibung des VerfahrensDescription of the procedure
Im Gegensatz zu herkömmlichen Brennkammern wird diese Biomasseverbrennung nicht mit Luft, sondern mit reinem Sauerstoff als Oxidationsmittel betrieben. Das Verfahren zur Verbrennung mit reinem Sauerstoff anstelle von Luft als Oxidator wird in der Feuerungstechnik als „Oxyfuel“ bezeichnet und seit längerem für die Verbrennung fossiler Brennstoffe theoretisch und praktisch untersucht. Hauptzweck dieser Abweichung von der herkömmlichen Verbrennung war die z. T. sehr hohe Entstehung von umwelt- und klimaschädlichen Stickoxiden bei der Verbrennung, die hauptsächlich durch den in der Verbrennungsluft mit einem Volumenanteil von 79% enthaltenen Stickstoff verursacht wird. In der großtechnischen Anwendung des Verfahrens ist eine Bereitstellung von reinem Sauerstoff nur mit Hilfe von Luftzerlegungsanlagen möglich, in denen mit sehr hohem Bau- und Energieaufwand der Sauerstoff aus der Luft herausgetrennt wird.In contrast to conventional combustion chambers, this biomass combustion is not operated with air, but with pure oxygen as the oxidizing agent. The process of combustion with pure oxygen instead of air as the oxidizer is referred to as "oxyfuel" in combustion technology and has been theoretically and practically investigated for the combustion of fossil fuels for a long time. The main purpose of this deviation from conventional combustion was z. T. very high formation of environmentally and climate-damaging nitrogen oxides during combustion, which is mainly caused by the nitrogen contained in the combustion air with a volume fraction of 79%. In the large-scale application of the process, the provision of pure oxygen is only possible with the aid of air separation plants, in which the oxygen is separated out of the air with very high construction and energy costs.
Im Zuge der jetzt anlaufenden Erzeugung von Wasserstoff mittels Hydrolyse aus Wasser unter Einsatz von Elektrizität aus erneuerbaren Quellen, z. B. Solar- und Windstrom, ergeben sich neue Perspektiven für die Bereitstellung von reinem Sauerstoff. Dieser entsteht bei dem mittels Hydrolyse erzeugtem Wasserstoff als Nebenprodukt. Dezentral angeordnete Hydrolyseure, z. B. an einem Binnenland-Windpark, können dezentralen Biomasse-Feuerungen als Sauerstofflieferanten dienen. Zusammen mit dem erzeugten Wasserstoff lässt sich ein vorteilhafter Stoffverbund realisieren, mit dem das in der Biomassefeuerung produzierte hochreine CO2 hydriert und zu einem in der chemischen Industrie als Grundstoff eingesetzten Kohlenwasserstoff, z. B. Methanol, weiterverarbeitet wird.In the course of the now starting production of hydrogen by hydrolysis from water using electricity from renewable sources len, e.g. B. solar and wind power, new perspectives arise for the provision of pure oxygen. This occurs as a by-product of the hydrogen generated by hydrolysis. Decentralized hydrolyzers, e.g. B. at an inland wind farm, decentralized biomass furnaces can serve as oxygen suppliers. Together with the generated hydrogen, an advantageous composite material can be realized with which the high-purity CO2 produced in the biomass furnace is hydrogenated and converted into a hydrocarbon used as a basic material in the chemical industry, e.g. B. methanol, is further processed.
Die Verbrennung von Biomasse mit reinem Sauerstoff anstelle von Luft erfordert grundlegende Änderungen in der Prozessführung. Das hier vorgestellte Verfahren bezieht diese Änderungen in den Prozessablauf nutzbringend ein. Das bei der Verbrennung entstehende Abgas enthält weit überwiegend CO2, mit einem Zusatz von Wasserdampf, der einerseits durch Verbrennung des Wasserstoffgehalts der Biomasse und andererseits des natürlichen Wassergehaltes der Biomasse entsteht. Aus der Energie- und Massenbilanz dieser Feuerung folgt eine hohe Verbrennungsendtemperatur, die sich gegenüber einer normalen Wärmeerzeugung mit Wärmeabgabe im Falle einer adiabaten Prozessführung noch wesentlich höher einstellen würde und zu nicht mehr beherrschbaren thermischen Schäden an der Anlage führen würden. Zur Vermeidung dieser hohen Temperaturen ist daher eine Abgasrückführung mit vorher abgekühltem Abgas unerlässlich. Nur so lassen sich die Feuerraumtemperaturen auf ein Maß begrenzen, das von den Materialien noch toleriert werden kann.Combustion of biomass with pure oxygen instead of air requires fundamental changes in process control. The method presented here incorporates these changes into the process flow in a beneficial way. The exhaust gas produced during combustion largely contains CO2, with the addition of water vapor, which is produced on the one hand by burning the hydrogen content of the biomass and on the other hand the natural water content of the biomass. The energy and mass balance of this furnace results in a high final combustion temperature, which would be significantly higher compared to normal heat generation with heat emission in the case of an adiabatic process control and would lead to thermal damage to the system that could no longer be controlled. In order to avoid these high temperatures, exhaust gas recirculation with previously cooled exhaust gas is essential. This is the only way to limit the combustion chamber temperatures to a level that the materials can still tolerate.
Die Nutzung der erzeugten Wärme erfolgt im einfachsten Fall durch Auskopplung der Wärme in ein Wärmenetz und Versorgung von Wärmeverbrauchern. Ebenso kann höher temperierte Wärme zur Deckung von Prozesswärmeverbrauchern in der Industrie eingesetzt werden. Hohe Temperaturen im Abgas der Brennkammer ermöglich auch die Verstromung der Wärme in einem Heißgasturbinenprozess. Diese Möglichkeiten der Energieumwandlung und -nutzung bietet die Verbrennung von Biomasse mit Sauerstoff anstelle von Luft bei gleichzeitiger effizienter Gewinnung von hochwertigem biogenen CO2.In the simplest case, the heat generated is used by decoupling the heat into a heating network and supplying it to heat consumers. Heat at a higher temperature can also be used to cover process heat consumers in industry. High temperatures in the exhaust gas from the combustion chamber also enable the heat to be converted into electricity in a hot gas turbine process. The combustion of biomass with oxygen instead of air offers these possibilities of energy conversion and use while at the same time efficiently producing high-quality biogenic CO2.
Die wesentlichen Bestandteile des Verfahrens sind
- • eine atmosphärische oder mit einem gegenüber der Atmosphäre erhöhten Druck betriebene Biomassefeuerung mit Zufuhr von reinem Sauerstoff als Oxidationsmittel und einer hohen Abgasrückführungsrate zur Begrenzung der Brennkammertemperaturen,
- • weiterhin eine - des durch die energetische Nutzung abgekühlten - zum weit überwiegenden Teil aus CO2 bestehenden Abgases Restabkühlung in einer Kältefalle zwecks Auskondensation des Wasserdampfes und der Rückführung des größten Teils des Abgases in die Feuerung
- • ein Rekuperator zur Erhöhung der Effizienz des Prozesses, in dem das kalte, weitgehend wasserdampffreie Gas mit einem Teil der im Heißgas enthaltenen thermischen Energie wieder aufgeheizt wird,
- • Heißgasturbinen, in denen ein Teil der in der Biomassefeuerung erzeugten Wärme in elektrische Energie umgewandelt wird.
- • Atmospheric or pressurized biomass firing with the addition of pure oxygen as an oxidant and a high exhaust gas recirculation rate to limit combustion chamber temperatures,
- • Furthermore, a residual cooling of the exhaust gas - which has been cooled down by the energetic use - consisting largely of CO2 - in a cold trap for the purpose of condensing the water vapor and the recirculation of the largest part of the exhaust gas into the furnace
- • a recuperator to increase the efficiency of the process, in which the cold, largely water vapor-free gas is reheated with part of the thermal energy contained in the hot gas,
- • Hot gas turbines, in which part of the heat generated in the biomass furnace is converted into electrical energy.
Der bei der Biomasseverbrennung entstehende Anteil des CO2 im Abgas wird mit einer Konzentration von nahezu 100% vorzugsweise noch vor Eintritt in den Rekuperator aus dem Kreislauf ausgeleitet und steht damit zur stofflichen Weiterverwendung zur Verfügung.The proportion of CO2 in the exhaust gas produced during the combustion of biomass is preferably discharged from the circuit with a concentration of almost 100% before it enters the recuperator and is therefore available for further material use.
Das Grundschema einer nach diesem Prinzip ausgeführten Biomasseverbrennung ist in
Das Verfahren ist zusätzlich geeignet, auch höher temperierte Wärme, z. B. in Form von Hochdruckdampf, Heißwasser und Thermoöl bereit zu stellen, mit der industrielle Abnehmer effizient und CO2-neutral versorgt werden können. In der großtechnischen Anwendung ist auch ein Dampfkraftprozess mit Dampferzeuger, Gegendruckturbine und Prozess- oder Heizdampf-Auskopplung denkbar.The method is also suitable for use at higher temperatures, e.g. B. in the form of high-pressure steam, hot water and thermal oil, with which industrial customers can be supplied efficiently and CO2-neutrally. In the large-scale application, a steam power process with a steam generator, back-pressure turbine and process or heating steam extraction is also conceivable.
Die der Brennkammer zugeführte Biomasse (7) kann auf einen Restwassergehalt von 10% vorgetrocknet werden, wobei hierfür ein Teil der im Kühler (3) entzogene Wärme eingesetzt werden kann. Die nach der Biomasseverbrennung zurückbleibende Asche (8) kann zwecks Rückführung der in der Biomasse enthaltenen Mineralien wieder in das Erdreich eingebracht oder auf landwirtschaftlich genutzte Fläche ausgebracht werden.The biomass (7) supplied to the combustion chamber can be pre-dried to a residual water content of 10%, for which purpose part of the heat extracted in the cooler (3) can be used. The ash (8) that remains after the biomass has been burned can be returned to the ground for the purpose of returning the minerals contained in the biomass or applied to agricultural land.
Die Kopplung des CO2-Kreislaufs mit einem Heißgasturbinenprozess gemäß
Bei der gem.
In
Vorteile des Verfahrens gegenüber dem Stand der TechnikAdvantages of the method over the prior art
- • Die Verbrennung der Biomasse mit Sauerstoff als Oxidationsmittel ermöglicht eine einfache Gewinnung von biogenem CO2, das mit einer Konzentration von nahezu 100% aus dem Abgaskreislauf entnommen und für weitere Zwecke, z. B. bei der Hydrierung mit Wasserstoff zu Methanol, weiterverarbeitet wird. Eine aufwendige Abtrennung des CO2 wie sie bei Abgasen anderer Feuerungsanlagen erforderlich wäre, wird nicht benötigt.• Combustion of the biomass with oxygen as an oxidizing agent enables easy production of biogenic CO2, which is taken from the exhaust gas cycle with a concentration of almost 100% and used for other purposes, e.g. B. in the hydrogenation with hydrogen to form methanol. A complex separation of the CO2, as would be necessary with exhaust gases from other combustion systems, is not required.
- • Durch Einsatz eines Rekuperators für die Vorwärmung des rückgeführten Gases lässt sich die Gesamteffizienz der Verbrennung wesentlich verbessern.• By using a recuperator to preheat the recirculated gas, the overall efficiency of the combustion can be significantly improved.
- • Das Verfahren liefert bei Ausstattung mit Heißgasturbinenen zusätzlich zu der Wärme und dem CO2 auch noch elektrische Energie.• When equipped with hot gas turbines, the process also supplies electrical energy in addition to heat and CO2.
- • Das Verfahren ermöglicht die effiziente Gewinnung von Elektrizität, Wärme und für die stoffliche Weiterverwendung geeignetes CO2 auch in kleinen dezentralen Anlagen für die Nutzung regionaler Biomasse.• The process enables the efficient generation of electricity, heat and CO2 that is suitable for further material use, even in small, decentralized systems for the use of regional biomass.
- • Durch die mit Sauerstoff anstelle mit Luft geführte Verbrennung der Biomasse ergibt sich für die Gewinnung von elektrischer Energie mittels Heißgasturbinen aufgrund der starken Abkühlung und Auskondensation des Wasserdampfes ein entscheidender Vorteil gegenüber anderen Verfahren der Stromerzeugung aus Biomasse oder mittels Gasturbinenprozessen allgemein. Aus der sehr niedrigen Temperatur des Gases am Verdichtereintritt resultiert ein deutlich geringerer Leistungsbedarf im Verdichter, wodurch der Anteil der mechanischen Energie an der Turbinenwelle, der als Überschuss zum Generator gelangt, deutlich erhöht wird.• Combustion of the biomass with oxygen instead of air results in the generation of electrical energy by means of hot gas turbines due to the strong cooling and condensation of the water steam is a decisive advantage over other methods of generating electricity from biomass or using gas turbine processes in general. The very low temperature of the gas at the compressor inlet results in a significantly lower power requirement in the compressor, which significantly increases the proportion of mechanical energy on the turbine shaft that reaches the generator as excess.
- • Dezentrale Biomassefeuerungen zur Strom- und Wärmeerzeugung, in denen, aufgrund der Verbrennung mit O2 konzentriertes CO2 produziert wird, können mit regionaler regenerativer Stromerzeugung in Solarfeldern und Windparks in Verbindung mit Hydrolyse- und Hydrieranlagen gekoppelt werden. Damit ergibt sich eine hohe Gesamteffizienz durch Nutzung regionaler, standortnaher Biomasseressourcen, verlustarme Wärmeversorgung in verbrauchernahen Wärmenetzen und verbrauchernahe Produktion von biogenen Energieträgern und Kraftstoffen, verbunden mit minimalen Transportwegen und logistischen Aufwendungen.• Decentralized biomass furnaces for power and heat generation, in which concentrated CO2 is produced due to combustion with O2, can be coupled with regional regenerative power generation in solar fields and wind farms in connection with hydrolysis and hydrogenation plants. This results in high overall efficiency through the use of regional, on-site biomass resources, low-loss heat supply in heating networks close to consumers and the production of biogenic energy sources and fuels close to consumers, combined with minimal transport routes and logistical expenses.
Weitere Ausgestaltung des VerfahrensFurther development of the procedure
Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, zusätzlich zu dem CO2 gleichzeitig auch Bio- bzw. Pflanzenkohle zu gewinnen. Dabei wird eine gegenüber dem stöchiometrischen Bedarf reduzierte O2-Menge zugeführt. Aufgrund des daraus resultierenden unvollständigen Ausbrands der Biomasse verbleibt ein Teil der in der Biomasse enthaltenen Kohlenstoffmenge teilverbrannt im Ausbrandrückstand und wird als Bio- bzw. Pflanzenkohle einer weiteren Verwendung zusammen mit den in der Asche enthaltenen Grundstoffen für den Pflanzenaufwuchs, wie z. B. Phosphor, für die Bodenverbesserung degradierter Ackerflächen oder für die stabile Einlagerung in der Erdrinde als dauerhafte Kohlenstoffsenke zum Zwecke eines direkten Entzug von CO2 aus der Atmosphäre (Carbon Dioxide Removal CDR) zugeführt.A further embodiment of the process consists in simultaneously obtaining biochar or vegetable charcoal in addition to the CO2. In this case, an O2 quantity that is reduced compared to the stoichiometric requirement is supplied. Due to the resulting incomplete combustion of the biomass, part of the carbon contained in the biomass remains partially burned in the combustion residue and is used as biochar or biochar for further use together with the basic materials contained in the ash for plant growth, such as e.g. B. phosphorus, for soil improvement of degraded arable land or for stable storage in the earth's crust as a permanent carbon sink for the purpose of direct removal of CO2 from the atmosphere (Carbon Dioxide Removal CDR).
Auch die Prozessführung kann durch Anhebung des gesamten Druckniveaus modifiziert und optimiert werden. In den Abläufen gemäß
Weiterhin kann die Brennkammeraustrittstemperatur und der Grad des Ausbrands durch einen geregelten Bypass des rückgeführten Abgasmassenstroms um die Feuerungsanlage herum auf einen niedrigeren Wert eingestellt werden. Eventuell aufgrund unvollständiger Verbrennung entstandenes CO kann in einem Nachbrenner hinter der Feuerung oder in einer Nachbrennzone innerhalb der Feuerung zu CO2 aufoxidiert werden.Furthermore, the combustion chamber outlet temperature and the degree of burnout can be set to a lower value by means of a regulated bypass of the recirculated exhaust gas mass flow around the combustion system. Any CO produced as a result of incomplete combustion can be oxidized to CO2 in an afterburner behind the furnace or in an afterburning zone within the furnace.
Figurenbeschreibungcharacter description
-
Legende zu
1 - 1
- Biomasse-Brennkammer
- 2
- Abhitzekessel
- 3
- Nachkühler und Abgaskondensator
- 4
- Kondensatentnahme
- 5
- CO2-Ventilator
- 6
- Biomassezufuhr
- 7
- Ascheaustrag
- 8
- CO2-Entnahme
- 9
- CO2-Rückführung
- 10
- O2-Beimischung
1 - 1
- Biomass combustion chamber
- 2
- waste heat boiler
- 3
- Aftercooler and exhaust gas condenser
- 4
- condensate removal
- 5
- CO2 fan
- 6
- biomass feed
- 7
- ash discharge
- 8th
- CO2 removal
- 9
- CO2 recirculation
- 10
- O2 admixture
-
Legende zu
2 - 1
- Biomasse-Brennkammer
- 2
- Abhitzekessel
- 3
- Nachkühler und Abgaskondensator
- 4
- Kondensatentnahme
- 5
- CO2-Ventilator
- 6
- Rekuperator
- 7
- Biomassezufuhr
- 8
- Ascheaustrag
- 9
- CO2-Entnahme
- 10
- CO2-Rückführung
- 11
- O2-Beimischung
2 - 1
- Biomass combustion chamber
- 2
- waste heat boiler
- 3
- Aftercooler and exhaust gas condenser
- 4
- condensate removal
- 5
- CO2 fan
- 6
- recuperator
- 7
- biomass feed
- 8th
- ash discharge
- 9
- CO2 removal
- 10
- CO2 recirculation
- 11
- O2 admixture
-
Legende zu
3 und4 - 1
- Biomasse-Brennkammer
- 2
- Abhitzekessel
- 3
- Nachkühler und Abgaskondensator
- 4
- Kondensatentnahme
- 5
- Rekuperator
- 6
- Biomassezufuhr
- 7
- Ascheaustrag
- 8
- CO2-Entnahme
- 9
- CO2-Rückführung
- 10
- O2-Beimischung
- 11
- Verdichter
- 12
- Turbine
- 13
- Generator
3 and4 - 1
- Biomass combustion chamber
- 2
- waste heat boiler
- 3
- Aftercooler and exhaust gas condenser
- 4
- condensate removal
- 5
- recuperator
- 6
- biomass feed
- 7
- ash discharge
- 8th
- CO2 withdrawal
- 9
- CO2 recirculation
- 10
- O2 admixture
- 11
- compressor
- 12
- turbine
- 13
- generator
-
Legende zu
5 - 1
- Biomassefeuerung
- 2
- Hydrolyse
- 3
- CO2-H2-Hydrierung
- 4
- Wind- und Solarstromanlagen
- 5
- Mittelspannungsnetz
- 6
- Wärmenetz
- 7
- Wind- und Solarstrom
- 8
- Strom aus Biomassefeuerung mit Heissgasturbine
- 9
- Strom aus Mittelspannungsnetz
- 10
- Wärme aus Hydrolyse
- 11
- Wärme aus Biomassefeuerung
- 12
- Biomasse
- 13
- H2O für Hydrolyse
- 14
- O2 aus Hydrolyse für Biomassefeuerung
- 15
- H2 aus Hydrolyse für Hydrierung
- 16
- CO2 aus Biomassefeuerung
- 17
- Produkte aus Hydrierung (Methan, Methanol, usw.)
- 18
- H2O (Kondensat)
- 19
- Asche, Pflanzenkohle
5 - 1
- biomass firing
- 2
- hydrolysis
- 3
- CO2-H2 hydrogenation
- 4
- wind and solar power plants
- 5
- medium voltage grid
- 6
- heat network
- 7
- wind and solar power
- 8th
- Electricity from biomass firing with hot gas turbine
- 9
- Electricity from medium-voltage grid
- 10
- heat from hydrolysis
- 11
- Heat from biomass firing
- 12
- biomass
- 13
- H2O for hydrolysis
- 14
- O2 from hydrolysis for biomass firing
- 15
- H2 from hydrolysis for hydrogenation
- 16
- CO2 from biomass firing
- 17
- Products from hydrogenation (methane, methanol, etc.)
- 18
- H2O (condensate)
- 19
- ash, biochar
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Applications Claiming Priority (1)
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Family Applications (1)
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2021
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