DE102021001242A1 - Process for obtaining energy and raw materials from biomass - Google Patents

Process for obtaining energy and raw materials from biomass Download PDF

Info

Publication number
DE102021001242A1
DE102021001242A1 DE102021001242.9A DE102021001242A DE102021001242A1 DE 102021001242 A1 DE102021001242 A1 DE 102021001242A1 DE 102021001242 A DE102021001242 A DE 102021001242A DE 102021001242 A1 DE102021001242 A1 DE 102021001242A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
combustion
biomass
exhaust gas
recuperator
fossil
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.)
Pending
Application number
DE102021001242.9A
Other languages
German (de)
Inventor
Rainer Schlitt
Fritz Richarts
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to DE102021001242.9A priority Critical patent/DE102021001242A1/en
Publication of DE102021001242A1 publication Critical patent/DE102021001242A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/08Heating air supply before combustion, e.g. by exhaust gases
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C9/00Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber
    • F23C9/06Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber for completing combustion
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23GCREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/44Details; Accessories
    • F23G5/46Recuperation of heat
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23GCREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G7/00Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
    • F23G7/10Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of field or garden waste or biomasses
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23LSUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L7/00Supplying non-combustible liquids or gases, other than air, to the fire, e.g. oxygen, steam
    • F23L7/007Supplying oxygen or oxygen-enriched air
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23GCREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2206/00Waste heat recuperation
    • F23G2206/20Waste heat recuperation using the heat in association with another installation
    • F23G2206/203Waste heat recuperation using the heat in association with another installation with a power/heat generating installation
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23GCREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2209/00Specific waste
    • F23G2209/26Biowaste

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
The task of the new process for obtaining energy and raw materials from biomass is that the following properties should be met:
  • • 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.
The main components of the procedure are
  • • 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 2 dargestellt. Dabei wird das rückgeführte Gas der Brennkammer (1) zugeführt. Die energetische Nutzung der teilweise hochtemperierten Wärme richtet sich nach dem lokalen und regionalen Bedarf bei Strom und Wärme. Im einfachsten Fall wird dem Rekuperator (6) auf der Heißgasseite ein Abhitzekessel (2) nachgeschaltet, in dem extern nutzbare Wärme auf niedrigem und mittleren Temperaturniveau ausgekoppelt wird und mittels Wärmenetz an entsprechende Wärmeverbraucher geliefert wird. Nach Verlassen des Abhitzekessels tritt das Abgas in eine Kühlvorrichtung (3) ein, in der sie in mehreren Stufen bis weit unter den Abgastaupunkt abgekühlt wird, um dem Abgas den bei der Verbrennung entstandenen Wasserdampf durch Kondensation zu entziehen. Das Kondensat wird aus dem Kreislauf abgepumpt (4). Ein CO2-Ventilator (5) fördert das Gas durch den gesamten Kreislauf. Vor Eintritt in den Rekuperator wird dem zirkulierenden Gasstrom die Menge CO2 (9) entnommen, die in der Biomasse durch Verbrennung entstanden ist. Dem verbleibenden Massenstrom, bestehend aus dem zurückzuführenden CO2 (10), wird das für die Verbrennung benötigte O2 (11) beigemischt. Anschließend wird der Gasstrom im Rekuperator erwärmt.The basic scheme of biomass combustion based on this principle is shown in 2 shown. The recirculated gas is fed to the combustion chamber (1). The energetic use of the partly high-temperature heat depends on the local and regional demand for electricity and heat. In the simplest case, a waste heat boiler (2) is installed downstream of the recuperator (6) on the hot gas side, in which heat that can be used externally is extracted at a low and medium temperature level and is supplied to the corresponding heat consumers by means of a heat network. After leaving the waste heat boiler, the exhaust gas enters a cooling device (3), in which it is cooled in several stages to far below the exhaust gas dew point in order to extract the water vapor produced during combustion from the exhaust gas by condensation. The condensate is pumped out of the circuit (4). A CO2 fan (5) conveys the gas through the entire circuit. Before entering the recuperator, the amount of CO2 (9) that was created in the biomass by combustion is removed from the circulating gas stream. The O2 (11) required for combustion is added to the remaining mass flow, consisting of the CO2 (10) to be returned. The gas flow is then heated in the recuperator.

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 3 und 4 eröffnet zusätzlich die Möglichkeit zur effizienten Stromerzeugung im kleinen und mittleren technischen Maßstab für eine vorwiegend dezentrale Versorgungsinfrastruktur auf Basis von regional verfügbarer Biomasse. Brennkammern für die konventionelle Verfeuerung von Biomasse lassen sich bereits jetzt erfolgreich mit Heißgasturbinen koppeln. Bei Einsatz eines Heißgasturbinenprozesses in dem hier beschriebenen CO2-Kreislauf ergibt sich eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung von elektrischer Energie bei gleichzeitiger Gewinnung von nutzbarer Wärme und CO2 als Kohlenstoffträger für weitergehende Verwendungen.The coupling of the CO2 cycle with a hot gas turbine process according to 3 and 4 also opens up the possibility of efficient power generation on a small and medium technical scale for a predominantly decentralized supply infrastructure based on regionally available biomass. Combustion chambers for the conventional combustion of biomass can already be successfully coupled with hot gas turbines. If a hot gas turbine process is used in the CO2 cycle described here, there is another possibility of generating electrical energy while at the same time generating usable heat and CO2 as a carbon carrier for further uses.

Bei der gem. 3 aufgebauten Anlage wird dem aus der Feuerung (1) austretenden heißen Abgas in einem Rekuperator (5) primärseitig als erste Abkühlungstufe Wärme entzogen und diese sekundärseitig an das aus Sauerstoff und rückgeführtem Gas bestehende Gemisch vor Eintritt in die Turbine (12) auf eine geeignete Turbineneintrittstemperatur aufgeheizt. In weiteren Abkühlungstufen wird dem Abgas nach Austritt aus dem Rekuperator in einem Abhitzekessel (2) Wärme zur externen Wärmeversorgung entzogen. Im nachfolgenden Kühler (3) findet dann die Abkühlung unter den Taupunkt mit Auskondensation des Wasserdampfes (4) statt. Danach wird das praktisch wasserfreie Abgas mit niedrigst möglicher Temperatur von Verdichter (11) angesaugt, der es auf einen erhöhten Druck verdichtet, von dem aus dem Abgas in der Turbine wieder auf den Ausgangsdruck vor dem Verdichter expandiert wird. Die dabei gewonnene mechanische Energie wird dem Generator (13) zugeführt.At the acc. 3 built-up system, heat is extracted from the hot exhaust gas exiting the furnace (1) in a recuperator (5) on the primary side as a first cooling stage and this is heated on the secondary side to the mixture consisting of oxygen and recirculated gas before entering the turbine (12) to a suitable turbine inlet temperature . In further cooling stages, after leaving the recuperator, heat is extracted from the exhaust gas in a waste heat boiler (2) for external heat supply. In the downstream cooler (3), cooling below the dew point takes place with condensation of the water vapor (4). The practically water-free exhaust gas is then sucked in at the lowest possible temperature by the compressor (11), which compresses it to an increased pressure, from which the exhaust gas in the turbine is expanded again to the initial pressure in front of the compressor. The mechanical energy thus obtained is fed to the generator (13).

In 4 ist eine Prozessführung für die Anwendung des inversen Gasturbinen Prozesses (Inverse Brayton Cycle IBC) dargestellt. Dabei wird das heiße Abgas aus der unter Umgebungsdruck stehenden Brennkammer (1) unmittelbar der Turbine (12) zugeführt. In der Turbine wird es von Umgebungsdruck auf einen Unterdruck expandiert, bei dem es zum Rekuperator (5), von dort in den Abhitzekessel (2) und weiter in dem Abgaskühler (3) geleitet wird. Der Verdichter (11) verdichtet das abgekühlte Abgas von Unterdruck auf Umgebungsgdruck, bei dem es nach Entnahme des überschüssigen, in bei der Verbrennung entstandenen CO2 (8) und nach Beimischung des für die Verbrennung erforderlichen O2 (10) in die Feuerung (1) geleitet wird.In 4 a process control for the application of the inverse gas turbine process (Inverse Brayton Cycle IBC) is shown. The hot exhaust gas from the combustion chamber (1), which is under ambient pressure, is fed directly to the turbine (12). In the turbine, it is expanded from ambient pressure to a negative pressure, at which point it is routed to the recuperator (5), from there to the waste heat boiler (2) and on to the exhaust gas cooler (3). The compressor (11) compresses the cooled exhaust gas from negative pressure to ambient pressure, at which point it is fed into the furnace (1) after the excess CO2 (8) produced during combustion has been removed and the O2 (10) required for combustion has been added becomes.

5 enthält eine schematische Darstellung für das Zusammenwirkung einer Biomasseverbrennung mit Gewinnung von Strom-, Wärme und CO2 gem. 3 und 4 mittels Hydrolyse und einer CO2-Hydrierung. Das aus Biomasseverbrennung (1) gewonnene und damit klimaneutrale CO2 (16) wird dabei in standortnahen Hydrieranlagen (3) zusammen mit dem in - an Binnenlandwindparks und Solar-Stromanlagen (4) betriebenen - Hydrolyseuren (2) erzeugten Wasserstoff (15) zu flüssigen oder gasförmigen Energieträgern, z. Methan und Methanol (17), weiterverarbeitet und vorzugsweise in der regionalen Energie- und Kraftstoffversorgung eingesetzt. Die Abwärme aus der Hydrolyse (10) wird zusammen mit der aus der Biomasseverbrennung ausgekoppelten Wärme (11) mittels Wärmenetzen (6) an standortnahe Wärmeverbraucher abgegeben. Zeitweilig auftretender Überschuss bei Solar- und Windstrom (7) wird in das Mittelspannungsnetz eingespeist. Eventuell zeitlich begrenzt auftretender Zusatzstrombedarf (9) für den Betrieb der Hydrolyse kann dem Mittelspannungsnetz (5) entnommen werden. 5 contains a schematic representation of the interaction of biomass combustion with the generation of electricity, heat and CO2 acc. 3 and 4 by means of hydrolysis and a CO2 hydrogenation. The CO2 (16) obtained from biomass combustion (1) and thus climate-neutral is converted to liquid or gaseous energy carriers, e.g. Methane and methanol (17), processed and preferably used in regional energy and fuel supply. The waste heat from the hydrolysis (10), together with the heat (11) extracted from the biomass combustion, is released to on-site heat consumers by means of heating networks (6). Temporary surpluses of solar and wind power (7) are fed into the medium-voltage grid. Any temporary additional power requirement (9) for the operation of the hydrolysis can be taken from the medium-voltage network (5).

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 1 bis 4 wird der Hauptmassenstrom in einem nahezu geschlossenen Kreislauf geführt. Die Biomasse wird bei dieser Ausgestaltung des Verfahrens z. B. mittels Zellenradschleuse vom Umgebungsdruck der mit Überdruck betriebenen Feuerung zugeführt. Das O2 wird in einem Gasverdichter auf das an der Einspeisestelle herrschende Druckniveau verdichtet. Bei Expansion des Abgases auf einen gegenüber der Atmosphäre erhöhten Druck ergibt sich nach Abkühlung des Abgases weit unter den Abgastaupunkt ein niedrigerer volumetrischer Wassergehalt im Abgas als bei Expansion auf Umgebungsdruck. So reduziert sich bei Anhebung des Abgasdrucks von 1 bar auf 2 bar der Wassergehalt von z. B. 1,0 Vol% auf 0,5 Vol.%. Entsprechend erhöht sich der Reinheitsgrad des CO2 von 99,0 auf 99,5%.The process control can also be modified and optimized by raising the overall pressure level. In the procedures according to 1 until 4 the main mass flow is guided in an almost closed circuit. The biomass is z. B. by means of a rotary valve from the ambient pressure of the furnace operated with overpressure. The O2 is compressed in a gas compressor to the pressure level prevailing at the feed point. When the exhaust gas expands to a pressure that is higher than that of the atmosphere, after the exhaust gas has cooled far below the exhaust gas dew point, the volumetric water content in the exhaust gas is lower than in the case of expansion to ambient pressure. When the exhaust gas pressure is increased from 1 bar to 2 bar, the water content is reduced from e.g. B. 1.0% by volume to 0.5% by volume. Accordingly, the degree of purity of the CO2 increases from 99.0 to 99.5%.

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
    legend to 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
    legend to 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 und 4
    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
    legend to 3 and 4
    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
    legend to 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

Claims (6)

Beansprucht wird eine Biomasseverbrennung mit einem atmosphärischen oder unter Überdruck stehendem Brennraum oder Brennkammer zur Gewinnung von Energie und CO2 und einer Verbrennung mit reinem Sauerstoff als Oxidationsmittel, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas aus der Feuerung in einer Kühlstrecke abgekühlt wird, die aus einem Rekuperator zur Vorwärmung des zugeführten Gasgemischs aus CO2 und O2, mindestens einem Abhitzekessel zur Auskopplung nutzbarer Wärme und mindestens einer Kühlstufe mit Abkühlung des Abgases weit unter den Wasserdampftaupunkt des im Abgas enthaltenen Wasserdampfs besteht und von der aus das weitestgehend wasserdampffreie Abgas der Feuerung mit im Rekuperator erhöhter Temperatur und mit dem beigemischten für die Verbrennung benötigten O2 wieder zugeführt wird.Biomass combustion with an atmospheric or pressurized combustion space or combustion chamber for the production of energy and CO2 and combustion with pure oxygen as the oxidizing agent is claimed, characterized in that the exhaust gas from the furnace is cooled in a cooling section, which consists of a recuperator for preheating of the supplied gas mixture of CO2 and O2, at least one waste heat boiler for the extraction of usable heat and at least one cooling stage with cooling of the exhaust gas far below the water vapor dew point of the water vapor contained in the exhaust gas and from which the largely water vapor-free exhaust gas of the furnace with increased temperature in the recuperator and with is returned to the admixed O2 required for combustion. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das im Rekuperator in mindestens einem Abhitzekessel und mindestens einer Kühlstufe abgekühlte weitestgehend wasserdampffreie Abgas in dem Verdichter einer Heißgasturbinenanlage auf einen erhöhten Druck verdichtet, auf dem Weg zum Rekuperator das überschüssige CO2 entnommen und das für die Verbrennung benötigte O2 beigemischt, im Rekuperator auf die maximal mögliche Temperatur erwärmt und anschließend in der Turbine, bei gleichzeitiger Auskopplung mechanischer Energie, auf Umgebungsdruck entspannt und der Feuerungsanlage zugeführt wird.procedure after claim 1 , characterized in that the largely water vapor-free exhaust gas cooled in the recuperator in at least one waste heat boiler and at least one cooling stage is compressed to an increased pressure in the compressor of a hot gas turbine system, the excess CO2 is removed on the way to the recuperator and the O2 required for combustion is added, in The recuperator is heated to the maximum possible temperature and then expanded to ambient pressure in the turbine, with simultaneous decoupling of mechanical energy, and fed to the firing system. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das aus der Feuerung austretende Abgas unmittelbar in einer Turbine von Umgebungsdruck auf einen Unterdruck entspannt, in einem Rekuperator und anschließend in mindestens einem Abhitzekessel und in mindestens einer dem Abhitzekessel nachgeschalteten Kühlstufe weit unter Wasserdampftaupunkt abgekühlt, vom Verdichter auf Umgebungsdruck verdichtet, nach Ausleitung des bei der Verbrennung entstandenen CO2 und Beimischung des für die Verbrennung benötigten O2, im Rekuperator erwärmt und der Feuerung zugeführt wird. procedure after claim 1 , characterized in that the exhaust gas exiting the furnace is immediately expanded in a turbine from ambient pressure to a negative pressure, cooled in a recuperator and then in at least one waste heat boiler and in at least one cooling stage downstream of the waste heat boiler to well below the water vapor dew point, compressed by the compressor to ambient pressure, after removing the CO2 produced during the combustion and adding the O2 required for the combustion, it is heated in the recuperator and fed to the furnace. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine gegenüber dem stöchiometrischen Bedarf reduzierte O2-Zufuhr und des daraus resultierenden unvollständigen Ausbrands der Biomasse ein Teil der in der Biomasse enthaltenen Kohlenstoffmenge unverbrannt im Ausbrandrückstand verbleibt und 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 wird.Procedure according to claims 1 until 3 , characterized in that a part of the amount of carbon contained in the biomass remains unburned in the combustion residue due to a reduced O2 supply compared to the stoichiometric requirement and the resulting incomplete combustion of the biomass and as biochar or vegetable charcoal for further use together with the Ash contained raw materials for plant growth, such. 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). Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem gesamten Kreislauf, bestehend aus Feuerung, Rekuperator, aus einer aus einem oder mehreren Abhitzekesseln und Abgaskühlern gebildeten Kühlstrecke, CO2-Ventilator oder Turbomaschinen und den verbindenden Kanalstrecken auf ein gegenüber den in den Ansprüchen 1 bis 4 beschriebenen Drücken erhöhtes Niveau angehoben wird.Procedure according to claims 1 until 4 , characterized in that in the entire circuit, consisting of furnace, recuperator, formed from one of one or more waste heat boilers and exhaust gas coolers cooling section, CO2 fan or turbomachinery and the connecting channel sections on a compared to the in the claims 1 until 4 described pressures increased level is raised. Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das für die Verbrennung zugeführte O2 in einem vorzugsweise mit elektrischer Energie aus Solar- und Windstromanlagen beheizten Hydrolyseur erzeugt und das in der Feuerung erzeugte CO2 in mit dem in der Hydrolyse erzeugten Wasserstoff zu einem kohlenstoffhaltigen flüssigen oder gasförmigen Energie- und Rohstoffträger hydriert wird.Procedure according to claims 2 until 4 , characterized in that the O2 supplied for combustion is generated in a hydrolyser, which is preferably heated with electrical energy from solar and wind power systems, and the CO2 generated in the furnace is combined with the hydrogen generated in the hydrolysis to form a carbon-containing liquid or gaseous energy and raw material carrier is hydrogenated.
DE102021001242.9A 2021-03-08 2021-03-08 Process for obtaining energy and raw materials from biomass Pending DE102021001242A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021001242.9A DE102021001242A1 (en) 2021-03-08 2021-03-08 Process for obtaining energy and raw materials from biomass

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021001242.9A DE102021001242A1 (en) 2021-03-08 2021-03-08 Process for obtaining energy and raw materials from biomass

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102021001242A1 true DE102021001242A1 (en) 2022-09-08

Family

ID=82898403

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102021001242.9A Pending DE102021001242A1 (en) 2021-03-08 2021-03-08 Process for obtaining energy and raw materials from biomass

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102021001242A1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102014105237B3 (en) Method and device for storing and recovering energy
DE102012214907B4 (en) Steam power plant for generating electrical energy according to the oxyfuel process
DE10328863B4 (en) A firing method for a heat-consuming device using oxygen-fuel combustion
EP2501786B1 (en) Thermal-chemical utilization of carbon-containing materials, in particular for the emission-free generation of energy
DE102012103458B4 (en) Plant and process for the ecological production and storage of electricity
EP0553125A1 (en) Process and installation for the combined generation of electrical and mechanical energy.
EP2342008B1 (en) Igcc power plant having flue gas recirculation and flushing gas
DE102015005940B4 (en) Method for integrating regeneratively generated electricity into a power grid using carbon monoxide
DE102012105736A1 (en) Method for storing electrical energy
WO2013034130A2 (en) Ecological sequestration of carbon dioxide/increase of bio-energy obtainable through biomass
DE102007026570A1 (en) Procedure for the production of electricity, heat and hydrogen and/or methanol, comprises coupling an oxyfuel-steam power plant with a modular high temperature reactor power plant
DE3131921A1 (en) METHOD FOR ELECTRICITY PRODUCTION
EP3377818B1 (en) Apparatus for operating a gas turbine using wet combustion
DE102009032718A1 (en) Separating carbon dioxide in steam injected gas turbine process, involves using residual air for combustion, where temperature level of air is managed with water vapor and raw material in combustion chamber of gas turbine
DE102021001242A1 (en) Process for obtaining energy and raw materials from biomass
DE102015213484A1 (en) Decarbonization of coal-fired electricity by combustion of carbon twice
DE102006035790B3 (en) Method for operating a power plant with integrated coal gasification and power plant
EP3022277B1 (en) Method of use of biomass for generating electric energy and heat supply by pyrolysis; gasification and combustion and for converting thermal energy into electrical energy
DE102022127420A1 (en) Use of a climate-friendly liquid fuel to generate thermal and/or electrical energy
DE102015017254B3 (en) Process for the integration of renewable electricity using carbon monoxide
WO2024068197A1 (en) Combination system and method for operating a combination system
DE102017009381A1 (en) Extraction of electrical energy from biomass
DE102009017131A1 (en) Open gas turbine method for integrated carbon dioxide separation, involves utilizing residual air for burning in air separation system after large separation of nitrogen portion
DE102018005820A1 (en) Extraction of electrical energy from biomass
EP1911948A2 (en) Energy generation in a gas turbine with feed for gases containing carbon dioxide

Legal Events

Date Code Title Description
R086 Non-binding declaration of licensing interest