DE112020001970T5

DE112020001970T5 - Synthetik-Produkt-Herstellungssystem und Synthetik-Produktherstellungsverfahren

Info

Publication number: DE112020001970T5
Application number: DE112020001970.5T
Authority: DE
Inventors: Shinya Marushima; Tadateru Tanioka; Kazunori Fujita; Yoshimasa Ando; Atsushi Tsutsumi
Original assignee: Mitsubishi Power Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2019-05-24
Filing date: 2020-05-18
Publication date: 2021-12-30
Also published as: WO2020241343A1; JP7432997B2; CN113784785A; JP2020189817A

Abstract

Synthetik-Produkt-Herstellungssystem, umfassend: eine Nebenprodukt-Wasserstoff-Abgabeanlage, die so konfiguriert ist, dass sie Nebenprodukt-Wasserstoff austrägt; eine Kohlendioxid-Abgabeanlage, die so konfiguriert ist, dass sie ein kohlendioxidhaltiges Gas austrägt; eine Syntheseanlage, die so konfiguriert ist, dass sie ein synthetisches Produkt durch Kombinieren des Nebenprodukt-Wasserstoffs und des in dem kohlendioxidhaltigen Gas enthaltenen Kohlendioxids herstellt; und eine Flussraten-Einstellvorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie das Kohlendioxid in die Syntheseanlage mit einer Flussrate einführt, die entsprechend einer Flussrate des der Syntheseanlage zugeführten Nebenprodukt-Wasserstoffs eingestellt wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Synthetik-Produkt-Herstellungssystem und ein Synthetik-Produkt-Herstellungsverfahren zur Herstellung eines synthetischen Produkts.
HINTERGRUND
Um die mit der Nutzung fossiler Brennstoffe verbundenen Kohlendioxidemissionen zu verringern, müssen alle technologischen Möglichkeiten ausgeschöpft werden. Wenn Kohlendioxid aus einem kohlendioxidhaltigen Gas zurückgewonnen und als Ressource für ein synthetisches Produkt (Kraftstoff, chemische Stoffe usw.) genutzt werden kann, wird es möglich sein, die Kohlendioxidemissionen in die Atmosphäre auf wirtschaftlich vernünftige Weise zu verringern.
Als Vorschlag zur Nutzung von Kohlendioxid offenbart Patentdokument 1 beispielsweise ein System zur Herstellung von Brennstoff durch Kombination von Wasserstoff, der durch Elektrolyse von Wasser oder Meerwasser gewonnen wird, mit Kohlendioxid, das aus dem Abgas einer Energieerzeugungsvorrichtung abgetrennt wird.
Literaturliste
Patentliteratur
Patentdokument 1: JPH11-46460A
ZUSAMMENFASSUNG
Aufgabenstellung
Wenn Wasserstoff durch Elektrolyse von Wasser oder Meerwasser hergestellt wird, das zur Herstellung eines synthetischen Produkts verwendet werden soll, wie in Patentdokument 1, erhöhen sich die Kosten für die Gewinnung von Wasserstoff, so dass die Kosten für die Herstellung des synthetischen Produkts steigen. Im Gegensatz dazu werden bei der Verwendung von Nebenprodukt-Wasserstoff, das heißt Wasserstoff, der als Nebenprodukt eines anderen Verfahrens als dem zur Herstellung des synthetischen Produkts erzeugt wird, die Kosten für die Gewinnung von Wasserstoff gesenkt, so dass die Kosten für die Herstellung des synthetischen Produkts sinken.
In Anbetracht der obigen Ausführungen besteht ein Ziel mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darin, ein Synthetik-Produkt-Herstellungssystem und ein Synthetik-Produkt-Herstellungsverfahren bereitzustellen, wodurch es möglich ist, ein synthetisches Produkt unter Verwendung von Nebenprodukt-Wasserstoff herzustellen.
Lösung der Probleme
(1) Ein Synthetik-Produkt-Herstellungssystem gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst: eine Nebenprodukt-Wasserstoff-Abgabeanlage, die so konfiguriert ist, dass sie Nebenprodukt-Wasserstoff abgibt; eine Kohlendioxid-Abgabeanlage, die so konfiguriert ist, dass sie ein kohlendioxidhaltiges Gas abgibt; eine Syntheseanlage, die so konfiguriert ist, dass sie ein synthetisches Produkt durch Kombinieren des Nebenprodukt-Wasserstoffs und des Kohlendioxids, das in dem kohlendioxidhaltigen Gas enthalten ist, herstellt; und eine Flussraten-Einstellvorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie das Kohlendioxid in die Syntheseanlage mit einer Flussrate einführt, die entsprechend einer Flussrate des Nebenprodukt-Wasserstoffs, der der Syntheseanlage zugeführt wird, eingestellt wird.
In der obigen Konfiguration (1) werden das kohlendioxidhaltige Gas, das aus der Kohlendioxid-Abgabeanlage abgeleitet wird, und das Nebenprodukt Wasserstoff, das aus der Nebenprodukt-Wasserstoff-Abgabeanlage abgeleitet wird, zur Herstellung eines synthetischen Produkts verwendet. In diesem Fall werden die Kosten für die Gewinnung von Wasserstoff gesenkt, so dass die Kosten für die Herstellung des synthetischen Produkts gesenkt werden.
Für die Herstellung eines hochreinen synthetischen Produkts wie Kraftstoff und chemische Materialien ist es notwendig, die Zufuhrmenge von Kohlendioxid und Wasserstoff so einzustellen, dass das Verhältnis auf der chemischen Reaktionsgleichung in der Synthese basiert. Da bei der Elektrolyse die Produktionsmenge von Wasserstoff eingestellt werden kann, ist es möglich, das Verhältnis der Zufuhrmenge von Kohlendioxid und Wasserstoff einzustellen, indem die Produktionsmenge von Wasserstoff entsprechend der Zufuhr von Kohlendioxid angepasst wird. Bei der Verwendung von Nebenprodukt-Wasserstoff ist es jedoch schwierig, die Zufuhrmenge von Wasserstoff einzustellen. Wenn die Abgabemenge von Wasserstoff im Verhältnis zur Abgabemenge von Kohlendioxid gering ist, ist eine hohe Wasserstoffausnutzung wünschenswert, um die Ausbeute des synthetischen Produkts zu maximieren.
In diesem Zusammenhang ist in der obigen Konfiguration (1) die Flussraten-Einstellvorrichtung so konfiguriert, dass das Kohlendioxid in die Syntheseanlage mit einer Flussrate eingeleitet wird, die entsprechend der Flussrate des der Syntheseanlage zugeführten Nebenprodukt-Wasserstoff eingestellt wird. Da in diesem Fall die Zuführungsmenge an Kohlendioxid entsprechend der Zuführungsmenge an Nebenprodukt-Wasserstoff angepasst wird, kann die Verwendungsrate von Wasserstoff erhöht werden.
(2) In einigen Ausführungsformen in der obigen Konfiguration (1) umfasst die Flussrateneinstellvorrichtung: eine Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie das Kohlendioxid aus dem kohlendioxidhaltigen Gas zurückgewinnt, das aus der Kohlendioxid-Abgabeanlage entladen wird; und ein Rückgewinnungsmengen-Einstellteil, das so konfiguriert ist, dass es eine Rückgewinnungsmenge des Kohlendioxids durch die Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung steuert.
Mit der obigen Konfiguration (2) ist es möglich, die Rückgewinnung einer unnötigen Menge an Kohlendioxid zu vermeiden, indem die Rückgewinnung von Kohlendioxid aus dem kohlendioxidhaltigen Gas im Verhältnis zur Produktions- oder Versorgungsmenge an Wasserstoff gesteuert wird. Somit ist es möglich, die Kosten für die Rückgewinnung von Kohlendioxid mit hoher Reinheit aus dem kohlendioxidhaltigen Gas zu reduzieren.
(3) In einigen Ausführungsformen umfasst das Synthetik-Produkt-Herstellungssystem in der obigen Konfiguration (1) oder (2) eine Nebenprodukt-Wasserstoffspeichervorrichtung zum Speichern des Nebenprodukt-Wasserstoffs, der von der Nebenprodukt-Wasserstoffabgabeanlage abgegeben wird. Das Synthetik-Produkt-Herstellungssystem ist so konfiguriert, dass es den Nebenprodukt-Wasserstoff aus der Nebenprodukt-Wasserstoffspeichervorrichtung in die Syntheseanlage einspeisen kann.
Mit der obigen Konfiguration (3) ist es möglich, der Syntheseanlage stabil Nebenproduktwasserstoff zuzuführen. Zum Beispiel, selbst wenn die Menge an Nebenprodukt-Wasserstoff aus der Nebenprodukt-Wasserstoff-Abgabeanlage in dem Maße schwankt, dass sie von dem Bereich abweicht, der dem einstellbaren Bereich der Flussrate von Kohlendioxid entspricht, das in die Syntheseanlage durch die Flussraten-Einstellvorrichtung eingeführt wird, kann die Nebenprodukt-Wasserstoff-Speichervorrichtung verwendet werden, um die Syntheseanlage mit Nebenprodukt-Wasserstoff innerhalb des einstellbaren Bereichs der Flussrate von Kohlendioxid zu versorgen. Auf diese Weise ist es möglich, die Betriebsrate der Syntheseanlage zu verbessern.
(4) In einigen Ausführungsformen umfasst das System zur Herstellung synthetischer Produkte in der obigen Konfiguration (3) eine erste Versorgungsleitung zur Zuführung des von der Nebenprodukt-Wasserstoffabgabeanlage abgegebenen Nebenprodukt-Wasserstoffs zur Syntheseanlage. Der Nebenprodukt-Wasserstoffspeicher ist an einer ersten Versorgungszweigleitung angeordnet, die von der ersten Versorgungsleitung abzweigt.
Bei der obigen Konfiguration (4) kann, da die Nebenprodukt-Wasserstoffspeichervorrichtung an der ersten Versorgungszweigleitung angeordnet ist, die von der ersten Versorgungsleitung abzweigt, Nebenprodukt-Wasserstoff von der ersten Versorgungsleitung zur Syntheseanlage geliefert werden, ohne durch die Nebenprodukt-Wasserstoffspeichervorrichtung zu gehen. In diesem Fall kann der Nebenprodukt-Wasserstoffspeicher auch bei laufendem Betrieb der Syntheseanlage aufrechterhalten werden, indem die erste Versorgungsleitung von dem Nebenprodukt-Wasserstoffspeicher abgetrennt wird (Absperrung der ersten Versorgungszweigleitung). Auf diese Weise lässt sich die Betriebsgeschwindigkeit der Syntheseanlage verbessern.
(5) In einigen Ausführungsformen ist in der obigen Konfiguration (3) oder (4) die Flussrateneinstellvorrichtung so konfiguriert, dass sie die Flussrate des Kohlendioxids in Abhängigkeit von einer verbleibenden Menge in der Nebenprodukt-Wasserstoffspeichervorrichtung steuert.
Mit der obigen Konfiguration (5) ist es zum Beispiel möglich, die Flussrate von Kohlendioxid so zu steuern, dass sie niedriger als normal ist, wenn die verbleibende Menge in der Nebenprodukt-Wasserstoff-Speichervorrichtung (das heißt die Speichermenge an Nebenprodukt-Wasserstoff) unter einen Schwellenwert fällt (beispielsweise, 10 % des Nennwerts), was darauf hinweist, dass die verbleibende Menge nicht ausreicht, oder die Flussrate des Kohlendioxids so zu steuern, dass sie höher als normal ist, wenn die verbleibende Menge im Nebenprodukt-Wasserstoffspeicher einen Schwellenwert (beispielsweise 90 % des Nennwerts) überschreitet, was darauf hinweist, dass die Kapazität wahrscheinlich überlastet ist. Auf diese Weise kann das Risiko verringert werden, dass die Restmenge im Nebenprodukt-Wasserstoffspeicher zu niedrig oder zu hoch ist.
(6) In einigen Ausführungsformen umfasst das Synthetik-Produkt-Herstellungssystem in einer der obigen Konfigurationen (1) bis (5) eine Kohlendioxid-Speichervorrichtung zum Speichern des Kohlendioxids. Das Synthetik-Produkt-Herstellungssystem ist so konfiguriert, dass es das Kohlendioxid aus der Kohlendioxidspeichervorrichtung in die Syntheseanlage einspeisen kann.
Mit der obigen Konfiguration (6) ist es möglich, die Syntheseanlage stabil mit Kohlendioxid zu versorgen. Zum Beispiel, selbst wenn die Menge an Nebenprodukt-Wasserstoff, die von der Nebenprodukt-Wasserstoff-Abgabeanlage entladen wird, in dem Ausmaß schwankt, dass sie von dem Bereich abweicht, der dem einstellbaren Bereich der Flussrate des Kohlendioxids entspricht, kann die Kohlendioxid-Speichervorrichtung verwendet werden, um die Syntheseanlage mit Kohlendioxid in einer Menge zu versorgen, die nahe an derjenigen liegt, die der Menge an Nebenprodukt-Wasserstoff entspricht. Auf diese Weise ist es möglich, die Betriebsrate der Syntheseanlage zu verbessern.
(7) In einigen Ausführungsformen umfasst das Synthetik-Produkt-Herstellungssystem in der obigen Konfiguration (6) eine zweite Versorgungsleitung für die Zufuhr des Kohlendioxids, das in dem kohlendioxidhaltigen Gas enthalten ist, das von der Kohlendioxidabgabeanlage abgegeben wird, zur Syntheseanlage. Die Kohlendioxid-Speichervorrichtung ist an einer zweiten Versorgungsleitung angeordnet, die von der zweiten Versorgungsleitung abzweigt.
Bei der obigen Konfiguration (7) kann Kohlendioxid, da die Kohlendioxidspeichervorrichtung an der zweiten Versorgungszweigleitung angeordnet ist, die von der zweiten Versorgungsleitung abzweigt, von der zweiten Versorgungsleitung zur Syntheseanlage geliefert werden, ohne durch die Kohlendioxidspeichervorrichtung zu gehen. In diesem Fall kann der Kohlendioxidspeicher auch bei laufendem Betrieb der Syntheseanlage aufrechterhalten werden, indem die zweite Versorgungsleitung von dem Kohlendioxidspeicher getrennt wird (Absperren der zweiten Versorgungszweigleitung). Auf diese Weise lässt sich die Betriebsgeschwindigkeit der Syntheseanlage verbessern.
In einigen Ausführungsformen, in der obigen Konfiguration (6) oder (7), umfasst die Flussrateneinstellvorrichtung: eine Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie das Kohlendioxid aus dem kohlendioxidhaltigen Gas, das aus der Kohlendioxid-Abgabeanlage ausgetragen wird, zurückgewinnt und das Kohlendioxid der Kohlendioxid-Speichervorrichtung und der Syntheseanlage zuführt; und ein Rückgewinnungsmengen-Einstellteil, das so konfiguriert ist, dass es eine Rückgewinnungsmenge des Kohlendioxids durch die Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung steuert, wobei die Flussraten-Einstellvorrichtung so konfiguriert ist, dass sie die Rückgewinnungsmenge durch die Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung entsprechend einer Restmenge in der Kohlendioxid-Speichervorrichtung steuert.
Mit der obigen Konfiguration (8) ist es beispielsweise möglich, die Rückgewinnungsmenge an Kohlendioxid so zu steuern, dass sie größer als normal ist, wenn die verbleibende Menge in der Kohlendioxid-Speichervorrichtung (das heißt die Speichermenge an Kohlendioxid) unter einen Schwellenwert fällt (beispielsweise, 10 % des Nennwerts), was bedeutet, dass die verbleibende Menge nicht ausreicht, oder die Rückgewinnungsmenge an Kohlendioxid so zu steuern, dass sie kleiner als normal ist, wenn die verbleibende Menge in der Kohlendioxid-Speichervorrichtung einen Schwellenwert (beispielsweise 90 % des Nennwerts) überschreitet, was bedeutet, dass die Kapazität wahrscheinlich überlastet ist. Auf diese Weise kann das Risiko, dass die verbleibende Menge im Kohlendioxidspeicher zu niedrig oder zu hoch ist, verringert werden.
(9) In einigen Ausführungsformen ist in einer der obigen Konfigurationen (1) bis (8) die Nebenprodukt-Wasserstoff-Abgabeanlage eine Anlage, die Natronlauge herstellt und den Nebenprodukt-Wasserstoff in der Salzelektrolyse zur Herstellung der Natronlauge erzeugt.
Das Kohlendioxid und der Wasserstoff, die der Syntheseanlage zugeführt werden, müssen in hoher Reinheit gereinigt werden. Wenn Verunreinigungen im Nebenprodukt Wasserstoff enthalten sind, kann beispielsweise die Reaktionsgeschwindigkeit bei der Herstellung des Syntheseprodukts verringert werden, was die Herstellung des Syntheseprodukts beeinträchtigen kann. Da die Anlage zur Ableitung von Nebenprodukt-Wasserstoff hochreinen Nebenprodukt-Wasserstoff ableitet, können mit der obigen Konfiguration (9) die für die Reinigung des Wasserstoffs erforderlichen Kosten gesenkt werden.
(10) In einigen Ausführungsformen wird in einer der obigen Konfigurationen (1) bis (9) zumindest ein Teil der von der Kohlendioxid-Abgabeanlage erzeugten Elektrizität an die Nebenprodukt-Wasserstoff-Abgabeanlage oder die Syntheseanlage geliefert.
Mit der obigen Konfiguration (10) kann die Effizienz der Energienutzung verbessert werden, da zumindest ein Teil des von der Kohlendioxid-Abgabeanlage erzeugten Stroms an die Nebenprodukt-Wasserstoff-Abgabeanlage oder die Syntheseanlage geliefert wird.
(11) In einigen Ausführungsformen wird in einer der obigen Konfigurationen (1) bis (10) die Abwärme aus der Kohlendioxid-Abgabeanlage der Syntheseanlage zugeführt.
Mit der oben beschriebenen Konfiguration (11) kann die Effizienz der Energienutzung verbessert werden, da die Syntheseanlage die Abwärme der Kohlendioxidabgabeanlage nutzt.
(12) In einigen Ausführungsformen wird in einer der obigen Konfigurationen (1) bis (11) die Abwärme der Kohlendioxid-Abgabeanlage zum Heizen verwendet, um das Kohlendioxid und das Nebenprodukt Wasserstoff in der Syntheseanlage zur Reaktion zu bringen.
Mit der obigen Konfiguration (12) kann die Effizienz der Energienutzung verbessert werden, da die Syntheseanlage die Abwärme der Kohlendioxid-Abgabeanlage zum Heizen nutzt, um das Kohlendioxid und das Nebenprodukt Wasserstoff in der Syntheseanlage zur Reaktion zu bringen.
(13) In einigen Ausführungsformen wird in einer der obigen Konfigurationen (1) bis (11) die Abwärme der Kohlendioxid-Abgabeanlage zum Erhitzen verwendet, um ein Endprodukt aus dem Syntheseprodukt der Syntheseanlage zu reinigen.
Da die Syntheseanlage bei der obigen Konfiguration (13) die Abwärme der Kohlendioxid-Abgabeanlage zum Heizen verwendet, um ein Endprodukt aus dem synthetischen Produkt zu reinigen, kann die Effizienz der Energienutzung verbessert werden.
(14) In einigen Ausführungsformen wird in einer der obigen Konfigurationen (1) bis (13) in der Nebenprodukt-Wasserstoff-Abgabeanlage unter Verwendung von reinem Wasser, das von der Kohlendioxid-Abgabeanlage geliefert wird, Natronlauge hergestellt.
Mit der obigen Konfiguration (14) kann die Anlage zur Versorgung mit reinem Wasser vereinfacht werden, da die Nebenprodukt-Wasserstoff-Abgabeanlage und die Anlage zur Ableitung des Kohlendioxids sich reines Wasser teilen.
(15) In einigen Ausführungsformen umfasst das Synthetik-Produkt-Herstellungssystem in einer der obigen Konfigurationen (1) bis (14) eine Reinwasserzufuhrvorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie durch Entfernen von Verunreinigungen aus dem Rohwasser reines Wasser erzeugt und das reine Wasser an die Nebenprodukt-Wasserstoff-Abgabeanlage und die Kohlendioxid-Abgabeanlage liefert.
Da bei der obigen Konfiguration (15) die Nebenprodukt-Wasserstoff-Abgabeanlage und die Anlage zur Ableitung des Kohlendioxids die Vorrichtung zur Versorgung mit reinem Wasser gemeinsam nutzen, kann die Einrichtung zur Versorgung mit reinem Wasser vereinfacht werden.
(16) In einigen Ausführungsformen leitet die Kohlendioxid-Abgabeanlage in einer der obigen Konfigurationen (1) bis (8) das durch Reformieren von Naphtha erhaltene kohlendioxidhaltige Gas ein, und die Nebenprodukt-Wasserstoff-Abgabeanlage leitet den Nebenprodukt-Wasserstoff ein, der durch Durchführen einer Wasserstoffreinigung eines wasserstoffhaltigen Gases erhalten wird, das aus dem von der Kohlendioxid-Abgabeanlage eingeleiteten kohlendioxidhaltigen Gas erhalten wird.
Mit der obigen Konfiguration (16) kann das System in einer Raffinerie eingesetzt werden.
(17) In einigen Ausführungsformen umfasst das Synthetik-Produkt-Herstellungssystem in der obigen Konfiguration (16) eine Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie das Kohlendioxid aus dem kohlendioxidhaltigen Gas zurückgewinnt, das aus der Kohlendioxid-Abgabeanlage abgegeben wird. Die Nebenprodukt-Wasserstoff-Abgabeanlage führt eine Wasserstoffreinigung des wasserstoffhaltigen Gases durch, aus dem das Kohlendioxid durch die Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung zurückgewonnen wurde.
Mit der obigen Konfiguration (17) kann Nebenprodukt-Wasserstoff effizient gewonnen werden, da die Nebenprodukt-Wasserstoff-Abgabeanlage die Wasserstoffreinigung des wasserstoffhaltigen Gases (kohlendioxidarmes Gas) durchführt, aus dem das Kohlendioxid zurückgewonnen wurde. Da das von der Anlage zur Ableitung von Nebenproduktwasserstoff behandelte Volumen im Vergleich zu dem Fall, in dem das kohlendioxidhaltige Gas (kohlendioxidreiches Gas) behandelt wird, geringer ist, kann die Anlage zur Ableitung von Nebenproduktwasserstoff verkleinert werden (geringe Kapazität).
(18) In einigen Ausführungsformen umfasst das Synthetik-Produkt-Herstellungssystem in der obigen Konfiguration (16) eine Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie das Kohlendioxid aus dem kohlendioxidhaltigen Gas zurückgewinnt, das aus der Kohlendioxid-Abgabeanlage abgegeben wird. Die Nebenprodukt-Wasserstoffabgabeanlage umfasst eine Wasserstoffreinigungsvorrichtung, die an einem Strömungskanal angeordnet ist, durch den das kohlendioxidhaltige Gas von der Kohlendioxidabgabeanlage zur Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung strömt.
Mit der obigen Konfiguration (18) kann Kohlendioxid effizient zurückgewonnen werden, da die Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung Kohlendioxid aus dem kohlendioxidhaltigen Gas (wasserstoffarmes Gas) zurückgewinnt, nachdem die Nebenprodukt-Wasserstoffabgabeanlage eine Wasserstoffreinigung durchgeführt hat. Da das von der Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung behandelte Volumen im Vergleich zu dem Fall, in dem Kohlendioxid vor der Wasserstoffreinigung aus dem kohlendioxidhaltigen Gas (wasserstoffreiches Gas) zurückgewonnen wird, reduziert wird, kann die Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung verkleinert werden (geringe Kapazität).
(19) In einigen Ausführungsformen ist in der obigen Konfiguration (17) oder (18) die Flussraten-Einstellvorrichtung so konfiguriert, dass das Kohlendioxid in die Syntheseanlage mit einer Flussrate eingeleitet wird, die entsprechend der Flussrate des der Syntheseanlage zugeführten Nebenprodukt-Wasserstoff eingestellt wird, indem eine Rückgewinnungsrate der Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung gesteuert wird.
Mit der obigen Konfiguration (19) kann beispielsweise durch Steuerung der Rückgewinnungsrate des Kohlendioxids auf der Grundlage der Kohlendioxidmenge, die zur Herstellung des synthetischen Produkts bei einer Wasserstoffrückgewinnungsrate von 100 % erforderlich ist, die Rückgewinnungsrate des Wasserstoffs auf 100 % festgelegt werden, selbst wenn sich die Zusammensetzung des kohlendioxidhaltigen Gases, das aus der Kohlendioxidabgabeanlage abgegeben wird, ändert.
(20) In einigen Ausführungsformen umfasst das Synthetik-Produkt-Herstellungssystem in der obigen Konfiguration (16): eine Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie das Kohlendioxid aus dem kohlendioxidhaltigen Gas zurückgewinnt; und mindestens ein Ventil zum Einstellen eines Strömungsratenverhältnisses zwischen einer Hauptströmungsleitung, die mit der Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung verbunden ist, und einer Bypassleitung, die die Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung umgeht.
Mit der obigen Konfiguration (20) kann durch Einstellen des Durchflussverhältnisses zwischen der Hauptstromleitung und der Bypassleitung das Volumen des von der Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung behandelten kohlendioxidhaltigen Gases reduziert werden, so dass die Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung verkleinert werden kann (geringe Kapazität).
(21) In einigen Ausführungsformen ist in der obigen Konfiguration (20) die Flussrateneinstellvorrichtung so konfiguriert, dass sie das Kohlendioxid in die Syntheseanlage mit einer Flussrate einleitet, die entsprechend der Flussrate des der Syntheseanlage zugeführten Nebenprodukt-Wasserstoff durch Steuerung des Flussratenverhältnisses eingestellt wird.
Mit der obigen Konfiguration (21) können die Rückgewinnungsrate von Kohlendioxid und die Rückgewinnungsrate von Wasserstoff beispielsweise durch Steuerung des Durchflussverhältnisses festgelegt werden.
(22) In einigen Ausführungsformen produziert die Syntheseanlage in einer der obigen Konfigurationen (1) bis (21) mindestens eines von Methanol, Methan oder Dimethylether als synthetisches Produkt.
Mit der obigen Konfiguration (22) ist es möglich, ein synthetisches Produkt herzustellen, das bessere Konservierungseigenschaften als Wasserstoffgas aufweist.
(23) Ein Synthetik-Produkt-Herstellungsverfahren gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst: einen Nebenprodukt-Abgabeschritt, bei dem Nebenprodukt-Wasserstoff ausgetragen wird; einen Kohlendioxid-Abgabeschritt, bei dem ein kohlendioxidhaltiges Gas ausgetragen wird; einen Syntheseprodukt-Herstellungsschritt, bei dem ein Syntheseprodukt durch Kombinieren des Nebenprodukt-Wasserstoffs und des Kohlendioxids, das in dem kohlendioxidhaltigen Gas enthalten ist, hergestellt wird; und einen Flussraten-Einstellschritt, bei dem ein Teil des Kohlendioxids, das in dem Kohlendioxid-Abgabeschritt ausgetragen wird, extrahiert wird und das Kohlendioxid mit einer Flussrate eingeleitet wird, die entsprechend einer Flussrate des Nebenprodukts eingestellt wird, das in dem Syntheseprodukt-Herstellungsschritt zur Synthese verwendet wird.
Bei dem obigen Verfahren (23) werden das kohlendioxidhaltige Gas, das in der Kohlendioxid-Entladungsstufe entladen wird, und das Nebenprodukt Wasserstoff, das in der Nebenprodukt-Wasserstoff-Entladungsstufe entladen wird, zur Herstellung eines synthetischen Produkts verwendet. In diesem Fall werden die Kosten für die Gewinnung von Wasserstoff gesenkt, so dass die Kosten für die Herstellung des synthetischen Produkts gesenkt werden. Ferner wird das Kohlendioxid im Schritt der Flussratenanpassung mit einer Flussrate eingeführt, die entsprechend der Flussrate des im Schritt der Herstellung des synthetischen Produkts zur Synthese verwendeten Nebenprodukts angepasst wird. Da in diesem Fall die Zufuhrmenge an Kohlendioxid entsprechend der Zufuhrmenge an Nebenprodukt-Wasserstoff angepasst wird, kann die Verwendungsrate von Wasserstoff erhöht werden.
Vorteilhafte Effekte
Zumindest eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt ein Synthetik-Produkt-Herstellungssystem und ein Synthetik-Produkt-Herstellungsverfahren bereit, wobei es möglich ist, ein synthetisches Produkt unter Verwendung von Wasserstoff als Nebenprodukt herzustellen.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm eines Systems zur Herstellung synthetischer Produkte gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm eines Systems zur Herstellung synthetischer Produkte gemäß einer Ausführungsform.
3 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm eines Systems zur Herstellung synthetischer Produkte gemäß einer Ausführungsform.
4 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm eines Systems zur Herstellung synthetischer Produkte gemäß einer Ausführungsform.
5 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm eines Systems zur Herstellung synthetischer Produkte gemäß einer Ausführungsform.
6 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm eines Systems zur Herstellung synthetischer Produkte gemäß einer Ausführungsform.
7 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm eines Systems zur Herstellung synthetischer Produkte gemäß einer Ausführungsform.
8 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm eines Systems zur Herstellung synthetischer Produkte gemäß einer Ausführungsform.
9 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm eines Systems zur Herstellung synthetischer Produkte gemäß einer Ausführungsform.
10 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm einer Syntheseanlage gemäß einer Ausführungsform.
11 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm eines Systems zur Herstellung synthetischer Produkte gemäß einer Ausführungsform.
12 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm eines Systems zur Herstellung synthetischer Produkte gemäß einer Ausführungsform.
13 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm eines Systems zur Herstellung synthetischer Produkte gemäß einer Ausführungsform.
14 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm eines Systems zur Herstellung synthetischer Produkte gemäß einer Ausführungsform.
15 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung synthetischer Produkte gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben. Es ist jedoch beabsichtigt, dass, sofern nicht besonders gekennzeichnet, Abmessungen, Materialien, Formen, relative Positionen und dergleichen von Komponenten, die in den Ausführungsformen beschrieben werden, nur als illustrativ interpretiert werden und nicht beabsichtigt, den Umfang der vorliegenden Erfindung zu begrenzen.
So ist beispielsweise ein Ausdruck für eine relative oder absolute Anordnung wie „in einer Richtung“, „entlang einer Richtung“, „parallel“, „orthogonal“, „zentriert“, „konzentrisch“ und „koaxial“ nicht so auszulegen, dass er nur die Anordnung im strengen Wortsinn bezeichnet, sondern auch einen Zustand einschließt, in dem die Anordnung um eine Toleranz oder um einen Winkel oder einen Abstand relativ verschoben ist, wodurch es möglich ist, die gleiche Funktion zu erreichen.
So ist beispielsweise ein Ausdruck für einen gleichen Zustand wie „gleich“, „gleich“ und „einheitlich“ nicht so auszulegen, dass er nur den Zustand angibt, in dem das Merkmal strikt gleich ist, sondern auch einen Zustand, in dem es eine Toleranz oder einen Unterschied gibt, mit dem noch die gleiche Funktion erreicht werden kann.
Darüber hinaus ist beispielsweise eine Form wie eine rechteckige Form oder eine zylindrische Form nicht nur als die geometrisch strenge Form zu verstehen, sondern schließt auch eine Form mit Unebenheiten oder abgeschrägten Ecken innerhalb des Bereichs ein, in dem dieselbe Wirkung erzielt werden kann.
Andererseits sind Ausdrücke wie „umfassen“, „einschließen“, „haben“, „enthalten“ und „darstellen“ nicht so zu verstehen, dass sie andere Bestandteile ausschließen.
1 bis 9 und 11 bis 14 sind jeweils ein schematisches Konfigurationsdiagramm eines Systems zur Herstellung synthetischer Produkte 100 (100A, 100B, 100C, 100D, 100E, 100F, 100G, 100H, 1001, 100J, 100K, 100L, 100M) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Synthetik-Produkt-Herstellungssystem 100 ist ein Synthetik-Produkt-Herstellungssystem, wie beispielsweise Kraftstoff und chemische Materialien. Bei dem synthetischen Produkt kann es sich zum Beispiel um Methanol, Methanol oder Dimethylether (DME) handeln.
In einigen Ausführungsformen, zum Beispiel, wie in den 1 bis 9 und 11 bis 14 gezeigt, umfasst das System 100 zur Herstellung eines synthetischen Produkts eine Nebenprodukt-Wasserstoff-Abgabeanlage 10, die so konfiguriert ist, dass sie Nebenprodukt-Wasserstoff ableitet, eine Kohlendioxid-Abgabeanlage 20, die so konfiguriert ist, dass sie ein kohlendioxidhaltiges Gas ableitet, eine Syntheseanlage 30, die so konfiguriert ist, dass sie ein synthetisches Produkt durch Kombinieren des Nebenprodukt-Wasserstoffs und des in dem kohlendioxidhaltigen Gas enthaltenen Kohlendioxids herstellt, und eine Flussraten-Einstellvorrichtung 40, die so konfiguriert ist, dass sie das Kohlendioxid in die Syntheseanlage 30 mit einer Flussrate einleitet, die entsprechend der Flussrate des der Syntheseanlage 30 zugeführten Nebenprodukt-Wasserstoffs eingestellt wird.
In dieser Konfiguration produziert das Synthetik-Produkt-Herstellungssystem 100 ein synthetisches Produkt unter Verwendung des kohlendioxidhaltigen Gases, das aus der Kohlendioxid-Abgabeanlage 20 entladen wird, und des Nebenprodukt-Wasserstoff, das aus der Nebenprodukt-Wasserstoff-Abgabeanlage 10 entladen wird. In diesem Fall werden die Kosten für die Gewinnung von Wasserstoff verringert, so dass die Kosten für die Herstellung des synthetischen Produkts gesenkt werden.
Ferner ist die Flussraten-Einstellvorrichtung 40 so konfiguriert, dass das Kohlendioxid in die Syntheseanlage 30 mit einer Flussrate eingeleitet wird, die entsprechend der Flussrate des der Syntheseanlage 30 zugeführten Nebenprodukt-Wasserstoff eingestellt wird. Da in diesem Fall die Zufuhrmenge an Kohlendioxid entsprechend der Zufuhrmenge an Nebenprodukt-Wasserstoff angepasst wird, kann die Verwendungsrate von Wasserstoff erhöht werden.
In einigen Ausführungsformen, zum Beispiel wie in den 1 bis 9 und 11 bis 14 gezeigt, umfasst die Flussraten-Einstellvorrichtung 40 eine Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung 42, die so konfiguriert ist, dass sie das Kohlendioxid aus dem kohlendioxidhaltigen Gas zurückgewinnt, das aus der Kohlendioxid-Abgabeanlage 20 ausgetragen wird, und ein Rückgewinnungsmengen-Einstellteil 41, das so konfiguriert ist, dass es die Rückgewinnungsmenge des Kohlendioxids durch die Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung 42 steuert. Die Flussrateneinstellvorrichtung 40 kann beispielsweise einen Sensor (nicht dargestellt) zum Messen der Wasserstoff-Flussrate in einer Zufuhrleitung zur Syntheseanlage 30 und einen Sensor (nicht dargestellt) zum Messen der verbleibenden Menge in einer Nebenprodukt-Wasserstoffspeichervorrichtung 50 umfassen, um die Flussrate von Kohlendioxid entsprechend der Flussrate von Nebenprodukt-Wasserstoff einzustellen.
Die Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung 42 kann so konfiguriert sein, dass sie Kohlendioxid nach dem Druckwechseladsorptionsverfahren (PSA) abtrennt und zurückgewinnt, oder sie kann so konfiguriert sein, dass sie Kohlendioxid beispielsweise nach dem Aminabsorptionsrückgewinnungsverfahren abtrennt und zurückgewinnt. Bei der PSA-Rückgewinnungsmethode wird die Rückgewinnungsmenge oder Rückgewinnungsrate des Kohlendioxids beispielsweise durch wiederholte Druckbeaufschlagung und Druckentlastung eingestellt. Bei der Amin-Absorptions-Rückgewinnungsmethode wird die Rückgewinnungsmenge oder Rückgewinnungsrate des Kohlendioxids beispielsweise durch Einstellen der Flussrate der Absorptionsflüssigkeit eingestellt.
Das Einstellteil 41 für die Rückgewinnungsmenge kann so konfiguriert sein, dass es die Rückgewinnungsrate durch die Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung 42 einstellt, oder es kann so konfiguriert sein, dass es die Menge des kohlendioxidhaltigen Gases, das in die Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung 42 eingeleitet wird, und die Menge des kohlendioxidhaltigen Gases, das nicht in die Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung 42 eingeleitet, sondern nach außen abgegeben wird, anstelle der Rückgewinnungsrate einstellt. Somit kann das Abgas aus der Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung 42 das kohlendioxidhaltige Gas enthalten, das nicht in die Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung 42 eingeleitet, sondern nach außen abgegeben wird, oder es kann ein Abgas sein, das nach der Rückgewinnung des Kohlendioxids aus dem in die Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung 42 eingeleiteten kohlendioxidhaltigen Gas entsteht.
Mit dieser Konfiguration ist es möglich, die Rückgewinnung einer unnötigen Menge an Kohlendioxid zu vermeiden, indem die Rückgewinnung von Kohlendioxid aus dem kohlendioxidhaltigen Gas im Verhältnis zur Produktions- oder Versorgungsmenge an Wasserstoff gesteuert wird. Auf diese Weise ist es möglich, die Kosten für die Rückgewinnung von Kohlendioxid aus dem kohlendioxidhaltigen Gas in hoher Reinheit zu senken.
In einigen Ausführungsformen, zum Beispiel wie in den 1 bis 6 und 9 gezeigt, kann das Synthetik-Produkt-Herstellungssystem 100 eine Nebenprodukt-Wasserstoffspeichervorrichtung 50 zur Speicherung des von der Nebenprodukt-Wasserstoffabgabeanlage 10 abgegebenen Nebenprodukt-Wasserstoffs umfassen und kann so konfiguriert sein, dass der Nebenprodukt-Wasserstoff von der Nebenprodukt-Wasserstoffspeichervorrichtung 50 der Syntheseanlage 30 zugeführt werden kann. Der Nebenprodukt-Wasserstoffspeicher 50 ist eine Vorrichtung zur Speicherung von Wasserstoff, beispielsweise eine wasserstoffabsorbierende Legierung oder ein Speichertank.
Mit dieser Konfiguration ist es möglich, die Syntheseanlage 30 stabil mit Nebenproduktwasserstoff zu versorgen. Zum Beispiel, auch wenn die Menge an Nebenprodukt-Wasserstoff von der Nebenprodukt-Wasserstoff-Abgabeanlage 10 in dem Ausmaß schwankt, dass sie von dem Bereich abweicht, der dem einstellbaren Bereich der Flussrate von Kohlendioxid entspricht, die in die Syntheseanlage 30 durch die Flussraten-Einstellvorrichtung 40 eingeführt wird, kann die Nebenprodukt-Wasserstoff-Speichervorrichtung 50 verwendet werden, um die Syntheseanlage 30 mit Nebenprodukt-Wasserstoff innerhalb des einstellbaren Bereichs der Flussrate von Kohlendioxid zu versorgen. Auf diese Weise ist es möglich, die Betriebsrate der Syntheseanlage 30 zu verbessern.
In einigen Ausführungsformen, beispielsweise wie in 2 gezeigt, kann das System zur Herstellung synthetischer Produkte 100 eine erste Versorgungsleitung für die Zufuhr des von der Nebenprodukt-Wasserstoffabgabeanlage 10 abgegebenen Nebenprodukt-Wasserstoffs zur Syntheseanlage 30 umfassen. Die Nebenprodukt-Wasserstoffspeichervorrichtung 50 kann an einer ersten Versorgungszweigleitung angeordnet sein, die von der ersten Versorgungsleitung abzweigt. In 2 ist die Versorgungsleitung von der Nebenprodukt-Wasserstoffspeichervorrichtung 50 zur Syntheseanlage 30 eine weitere Versorgungsleitung, die parallel zur ersten Versorgungsleitung angeordnet ist. Die Zuleitung von der Nebenprodukt-Wasserstoffspeichervorrichtung 50 zur Syntheseanlage 30 kann jedoch die erste Zuleitung sein. Mit anderen Worten: Der Nebenprodukt-Wasserstoffspeicher 50 kann so konfiguriert sein, dass er Nebenprodukt-Wasserstoff in die erste Versorgungsleitung einspeist oder dass er von der ersten Versorgungsleitung mit Nebenprodukt-Wasserstoff versorgt wird.
Da bei dieser Konfiguration die Nebenprodukt-Wasserstoffspeichervorrichtung 50 an der ersten Versorgungszweigleitung angeordnet ist, die von der ersten Versorgungsleitung abzweigt, kann Nebenprodukt-Wasserstoff von der ersten Versorgungsleitung zur Syntheseanlage 30 geliefert werden, ohne durch die Nebenprodukt-Wasserstoffspeichervorrichtung 50 zu gehen. In diesem Fall kann der Nebenprodukt-Wasserstoffspeicher 50 auch bei laufendem Betrieb der Syntheseanlage 30 aufrechterhalten werden, indem die erste Versorgungsleitung von dem Nebenprodukt-Wasserstoffspeicher 50 abgetrennt wird (Absperren der ersten Versorgungszweigleitung). Auf diese Weise ist es möglich, die Betriebsrate der Syntheseanlage 30 zu verbessern.
In einigen Ausführungsformen kann zum Beispiel die in den 1 bis 6 und 9 gezeigte Durchflusseinstellvorrichtung 40 so konfiguriert sein, dass sie die Flussrate des Kohlendioxids entsprechend der verbleibenden Menge in der Nebenprodukt-Wasserstoffspeichervorrichtung 50 steuert.
Mit dieser Konfiguration ist es beispielsweise möglich, die Flussrate des Kohlendioxids so zu steuern, dass sie niedriger als normal ist, wenn die verbleibende Menge im Nebenprodukt-Wasserstoffspeicher 50 (das heißt die Speichermenge des Nebenprodukt-Wasserstoffs) unter einen Schwellenwert fällt (beispielsweise, 10 % des Nennwerts), was darauf hinweist, dass die verbleibende Menge unzureichend ist, oder die Flussrate des Kohlendioxids so zu steuern, dass sie höher als normal ist, wenn die verbleibende Menge in der Nebenprodukt-Wasserstoffspeichervorrichtung 50 einen Schwellenwert (beispielsweise 90 % des Nennwerts) überschreitet, was darauf hinweist, dass die Kapazität wahrscheinlich überlastet ist. Auf diese Weise kann das Risiko verringert werden, dass die Restmenge im Nebenprodukt-Wasserstoffspeicher 50 zu niedrig oder zu hoch ist.
In einigen Ausführungsformen, zum Beispiel, wie in den 1 und 2 gezeigt, kann das System zur Herstellung synthetischer Produkte 100 eine Kohlendioxidspeichervorrichtung 60 zum Speichern des Kohlendioxids umfassen und kann so konfiguriert sein, dass das Kohlendioxid von der Kohlendioxidspeichervorrichtung 60 der Syntheseanlage 30 zugeführt werden kann. Die Kohlendioxidspeichervorrichtung 60 ist eine Vorrichtung zur Speicherung von Kohlendioxid, beispielsweise ein Speichertank.
Mit dieser Konfiguration ist es möglich, der Syntheseanlage 30 stabil Kohlendioxid zuzuführen. Zum Beispiel, selbst wenn die Menge an Nebenprodukt-Wasserstoff aus der Nebenprodukt-Wasserstoff-Abgabeanlage 10 in dem Ausmaß schwankt, dass sie von dem Bereich abweicht, der dem einstellbaren Bereich der Flussrate des Kohlendioxids entspricht, kann die Kohlendioxid-Speichervorrichtung 60 verwendet werden, um die Syntheseanlage 30 mit Kohlendioxid in einer Menge zu versorgen, die nahe an derjenigen liegt, die der Menge an Nebenprodukt-Wasserstoff entspricht. Auf diese Weise ist es möglich, die Betriebsrate der Syntheseanlage 30 zu verbessern.
In einigen Ausführungsformen, beispielsweise wie in 2 gezeigt, kann das Synthetik-Produkt-Herstellungssystem 100 eine zweite Versorgungsleitung für die Zufuhr des Kohlendioxids, das in dem kohlendioxidhaltigen Gas enthalten ist, das von der Kohlendioxidabgabeanlage 20 abgegeben wird, zur Syntheseanlage 30 umfassen. Die Kohlendioxidspeichervorrichtung 60 kann an einer zweiten Versorgungszweigleitung angeordnet sein, die von der zweiten Versorgungsleitung abzweigt. In 2 ist die Versorgungsleitung von der Kohlendioxid-Speichervorrichtung 60 zur Syntheseanlage 30 eine weitere Versorgungsleitung, die parallel zur zweiten Versorgungsleitung angeordnet ist. Die Versorgungsleitung von der Kohlendioxidspeichervorrichtung 60 zur Syntheseanlage 30 kann jedoch die zweite Versorgungsleitung sein. Mit anderen Worten kann die Kohlendioxid-Speichervorrichtung 60 so konfiguriert sein, dass sie der zweiten Versorgungsleitung Kohlendioxid zuführt oder von der zweiten Versorgungsleitung mit Kohlendioxid versorgt wird.
Da bei dieser Konfiguration die Kohlendioxid-Speichervorrichtung 60 an der zweiten Versorgungszweigleitung angeordnet ist, die von der zweiten Versorgungsleitung abzweigt, kann Kohlendioxid von der zweiten Versorgungsleitung der Syntheseanlage 30 zugeführt werden, ohne durch die Kohlendioxid-Speichervorrichtung 60 zu gehen. In diesem Fall kann die Kohlendioxidspeichervorrichtung 60 auch bei laufendem Betrieb der Syntheseanlage 30 aufrechterhalten werden, indem die zweite Versorgungsleitung von der Kohlendioxidspeichervorrichtung 60 abgetrennt wird (Absperrung der zweiten Versorgungszweigleitung). Auf diese Weise ist es möglich, die Betriebsgeschwindigkeit der Syntheseanlage zu verbessern.
Die in den 1 und 2 gezeigte Flussraten-Einstellvorrichtung 40 umfasst eine Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung 42, die so konfiguriert ist, dass sie das Kohlendioxid aus dem kohlendioxidhaltigen Gas zurückgewinnt, das aus der Kohlendioxid-Abgabeanlage 20 ausgetragen wird, und das Kohlendioxid der Kohlendioxid-Speichervorrichtung 60 und der Syntheseanlage 30 zuführt, sowie ein Teil 41 zur Einstellung der Rückgewinnungsmenge, das so konfiguriert ist, dass es die Rückgewinnungsmenge des Kohlendioxids durch die Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung 42 steuert. In einigen Ausführungsformen kann in dieser Konfiguration die Flussrateneinstellvorrichtung 40 so konfiguriert sein, dass sie die Rückgewinnungsmenge des Kohlendioxids entsprechend der verbleibenden Menge in der Kohlendioxid-Speichervorrichtung 60 steuert. Ferner kann die Flussraten-Einstellvorrichtung 40 einen Sensor (nicht dargestellt) zur Messung der verbleibenden Menge in der Kohlendioxidspeichervorrichtung 60 und einen Sensor (nicht dargestellt) zur Messung der Zufuhrmenge an Kohlendioxid zur Kohlendioxidspeichervorrichtung 60 und der Zufuhrmenge an Kohlendioxid aus der Kohlendioxidspeichervorrichtung 60 umfassen.
Mit dieser Konfiguration ist es beispielsweise möglich, die Rückgewinnungsmenge an Kohlendioxid so zu steuern, dass sie größer als normal ist, wenn die verbleibende Menge in der Kohlendioxid-Speichervorrichtung 60 (das heißt die Speichermenge an Kohlendioxid) unter einen Schwellenwert fällt (beispielsweise, 10 % des Nennwerts), was bedeutet, dass die verbleibende Menge nicht ausreicht, oder die Rückgewinnungsmenge an Kohlendioxid so zu steuern, dass sie kleiner als normal ist, wenn die verbleibende Menge in der Kohlendioxid-Speichervorrichtung 60 einen Schwellenwert (beispielsweise 90 % des Nennwerts) überschreitet, was bedeutet, dass die Kapazität wahrscheinlich überlastet ist. Auf diese Weise kann das Risiko verringert werden, dass die verbleibende Menge in der Kohlendioxid-Speichervorrichtung 60 zu niedrig oder zu hoch ist.
In einigen Ausführungsformen kann die Nebenprodukt-Wasserstoff-Abgabeanlage 10 (10A), wie sie in den 3 bis 6 und 9 gezeigt ist, kann die Nebenprodukt-Wasserstoff-Abgabeanlage 10 eine Anlage sein, die Natronlauge herstellt und so konfiguriert sein kann, dass sie das Nebenprodukt Wasserstoff in der Salzelektrolyse zur Herstellung der Natronlauge erzeugt.
Das Kohlendioxid und der Wasserstoff, die der Syntheseanlage 30 zugeführt werden, müssen in hoher Reinheit gereinigt werden. Wenn Verunreinigungen im Nebenprodukt Wasserstoff enthalten sind, kann beispielsweise die Reaktionsgeschwindigkeit bei der Herstellung des synthetischen Produkts verringert werden, was die Herstellung des synthetischen Produkts beeinträchtigen kann. Da die Nebenprodukt-Wasserstoff-Abgabeanlage 10 (10A) hochreinen Nebenprodukt-Wasserstoff abgibt, können bei der obigen Konfiguration die für die Reinigung des Wasserstoffs erforderlichen Kosten reduziert werden.
In einigen Ausführungsformen, zum Beispiel wie in den 3, 4, 7 und 8 gezeigt, wird zumindest ein Teil der von der Kohlendioxid-Abgabeanlage 20 erzeugten Elektrizität an die Nebenprodukt-Wasserstoff-Abgabeanlage 10 oder die Syntheseanlage 30 geliefert. In dem in 4 gezeigten Beispiel ist die Kohlendioxid-Abgabeanlage 20 ein Zementwerk 20 (20B), und zumindest ein Teil des von einer Stromerzeugungsvorrichtung 90 unter Verwendung der Abwärme des Zementwerks 20 (20B) erzeugten Stroms wird der Nebenprodukt-Wasserstoff-Abgabeanlage 10 oder der Syntheseanlage 30 zugeführt. Bei dem in den 3, 7 und 8 gezeigten Beispiel ist die Kohlendioxid-Abgabeanlage 20 ein kohlebefeuertes Kraftwerk 20 (20A), und zumindest ein Teil des von der Anlage erzeugten Stroms wird der Nebenprodukt-Wasserstoff-Abgabeanlage 10 oder der Syntheseanlage 30 zugeführt.
Da bei dieser Konfiguration zumindest ein Teil des in der Kohlendioxid-Abgabeanlage 20 erzeugten Stroms an die Nebenprodukt-Wasserstoff-Abgabeanlage 10 oder die Syntheseanlage 30 geliefert wird, kann die Effizienz der Energienutzung verbessert werden.
In einigen Ausführungsformen, zum Beispiel wie bei dem in 9 dargestellten System 100 (1001) zur Herstellung synthetischer Produkte, kann das System 100 zur Herstellung synthetischer Produkte so konfiguriert sein, dass es Abwärme aus der Kohlendioxid-Abgabeanlage 20 an die Syntheseanlage 30 liefert.
Da die Syntheseanlage 30 die Abwärme der Kohlendioxid-Abgabeanlage 20 nutzt, kann bei dieser Konfiguration die Effizienz der Energienutzung verbessert werden.
Hier wird ein Beispiel für die Konfiguration der Syntheseanlage 30 beschrieben. 10 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm der Syntheseanlage 30 gemäß einer Ausführungsform. Wie in 10 gezeigt, umfasst die Syntheseanlage 30 einen Wasserstoff-Reinigungsteil 31 zur Reinigung von Wasserstoff und einen Kohlendioxid-Reinigungsteil 32 zur Reinigung von Kohlendioxid. Wenn hochreiner Wasserstoff und hochreines Kohlendioxid als Nebenprodukt zugeführt werden, sind diese Komponenten nicht erforderlich. Ferner umfasst die Syntheseanlage 30 einen Heizteil 33 zum Erhitzen eines Mischgases aus Wasserstoff und Kohlendioxid, einen Katalysator 34 zur Herstellung eines synthetischen Produkts (Methanol) durch chemische Reaktion von Wasserstoff und Kohlendioxid und einen Destillationsteil 36, der zur Durchführung einer Destillation konfiguriert ist. Ferner umfasst die Syntheseanlage 30 einen Kühlteil 35 zur Zirkulation eines Gases, das nicht zur Herstellung des synthetischen Produkts beiträgt, einen Spültank 37 und einen Kompressor 38.
Der Wasserstoff und das Kohlendioxid, die aus dem Wasserstoff-Reinigungsteil 31 und dem Kohlendioxid-Reinigungsteil 32 zugeführt werden, werden durch den Heizungsteil 33 im gemischten Zustand erhitzt und in den Katalysator 34 eingeleitet. In dem Katalysator 34 wird das Gasgemisch aus Wasserstoff und Kohlendioxid einer chemischen Reaktion unterzogen. Als Ergebnis wird das synthetische Produkt hergestellt. Das erzeugte Syntheseprodukt wird durch Destillation im Destillationsteil 36 in Wasser und ein Endprodukt (hochreines Methanol) getrennt. In der Syntheseanlage 30 ist eine Beheizung im Heizungsteil 33 und im Destillationsteil 36 erforderlich.
So kann in einigen Ausführungsformen beispielsweise die Abwärme aus der Kohlendioxid-Abgabeanlage 20 des in 9 dargestellten Systems zur Herstellung synthetischer Produkte 100 (1001) zum Erhitzen verwendet werden, um das Kohlendioxid und das Nebenprodukt Wasserstoff in der Syntheseanlage 30 zur Reaktion zu bringen (das heißt Erhitzen durch den Heizteil 33 vor der Einleitung in den Katalysator 34).
Da bei dieser Konfiguration die Syntheseanlage 30 die Abwärme der Kohlendioxid-Abgabeanlage 20 zum Heizen verwendet, um das Kohlendioxid und das Nebenprodukt Wasserstoff in der Syntheseanlage 30 zur Reaktion zu bringen, kann die Effizienz der Energienutzung verbessert werden.
Ferner wird in einigen Ausführungsformen die Abwärme aus der Kohlendioxid-Abgabeanlage 20 des in 9 gezeigten Systems zur Herstellung synthetischer Produkte 100 (1001) zum Erhitzen verwendet, um ein Endprodukt aus dem synthetischen Produkt der Syntheseanlage 30 zu reinigen (das heißt zum Erhitzen, das für die Destillation im Destillationsteil 36 erforderlich ist).
Da die Syntheseanlage 30 die Abwärme der Kohlendioxid-Abgabeanlage 20 zum Heizen verwendet, um ein Endprodukt aus dem synthetischen Produkt zu reinigen, kann bei dieser Konfiguration die Effizienz der Energienutzung verbessert werden.
In einigen Ausführungsformen, beispielsweise wie in 5 gezeigt, ist die Anlage 10 (10A) zur Ableitung des Nebenprodukt-Wasserstoff so konfiguriert, dass sie unter Verwendung von reinem Wasser, das von der Anlage 20 zur Ableitung von Kohlendioxid geliefert wird, Natronlauge herstellt.
Da sich die Nebenprodukt-Wasserstoff-Abgabeanlage 10 und die Anlage zur Ableitung des Kohlendioxids 20 reines Wasser teilen, kann bei dieser Konfiguration die Einrichtung zur Versorgung mit reinem Wasser vereinfacht werden.
In dem kohlebefeuerten Kraftwerk 20 (20A) wird Dampf in einem Kessel erzeugt, und ein Generator wird von einer Dampfturbine angetrieben. Als Speisewasser für diesen Kessel wird reines Wasser verwendet. Das kohlebefeuerte Kraftwerk 20 (20A) verfügt über eine Reinwasserleitung (nicht dargestellt) zur Versorgung des Kessels mit Speisewasser. Im Zementwerk 20 (20B) wird Dampf durch die bei der Zementherstellung entstehende Abwärme erzeugt, und die Stromerzeugungsvorrichtung 90 wird von einer Dampfturbine angetrieben, um den Strom im Werk zu nutzen. Daher enthält das Zementwerk 20 (20B) eine Reinwasserversorgungsleitung, um der Dampfturbine reines Wasser zur Dampferzeugung zuzuführen. Somit kann die Kohlendioxid-Abgabeanlage 20 (beispielsweise das Kohlekraftwerk 20 (20A), das Zementwerk 20 (20B)) eine Reinwasserversorgungsleitung umfassen.
So kann das Synthetik-Produkt-Herstellungssystem 100 (100F), wie in 6 gezeigt, in einigen Ausführungsformen eine Reinwasserversorgungsvorrichtung 91 enthalten. Die Reinwasserzufuhrvorrichtung 91 ist so konfiguriert, dass sie durch Entfernen von Verunreinigungen aus dem Rohwasser reines Wasser erzeugt und das reine Wasser an die Nebenprodukt-Wasserstoffabgabeanlage 10 und die Kohlendioxidabgabeanlage 20 liefert.
Da sich die Nebenprodukt-Wasserstoff-Abgabeanlage (10) und die Anlage zur Ableitung des Kohlendioxids (20) die Vorrichtung zur Zuführung von reinem Wasser (91) teilen, kann die Einrichtung zur Zuführung von reinem Wasser bei dieser Konfiguration vereinfacht werden.
In einigen Ausführungsformen, zum Beispiel wie bei dem in 11 bis 14 dargestellten Anlage 100 (100J, 100K, 100L, 100M), kann die Kohlendioxid-Abgabeanlage 20 (20C) so konfiguriert sein, dass sie das durch Reformieren von Naphtha erhaltene kohlendioxidhaltige Gas abgibt. Die Kohlendioxid-Abgabeanlage 20 (20C) umfasst eine Reformiervorrichtung 94 zum Reformieren von Naphtha, eine PSA-Vorrichtung 95 zum Abtrennen von Wasserstoff aus dem reformierten Naphtha durch das PSA-Verfahren, ein Dreiwegeventil 96 zum Ableiten des PSA-Abgases von der PSA-Vorrichtung 95 zu einem Heizofen 97 und eine Flussraten-Einstellvorrichtung 40 (40B) sowie einen Heizofen 97 zur Durchführung der Ölraffination. Der von der PSA-Vorrichtung 95 abgetrennte Wasserstoff wird nicht für das synthetische Produkt verwendet, sondern als Produkt an eine Wasserstoffstation geliefert. Die Nebenprodukt-Wasserstoffabgabeanlage 10 (10C) ist eine Wasserstofferzeugungsvorrichtung und ist so konfiguriert, dass sie Nebenprodukt-Wasserstoff abgibt, der durch die Durchführung einer Wasserstoffreinigung eines wasserstoffhaltigen Gases (kohlendioxidarmes Gas) erhalten wird, das aus dem kohlendioxidhaltigen Gas (kohlendioxidreiches Gas) erhalten wird, das von der Kohlendioxidabgabeanlage 20 (20C) abgegeben wird.
Mit dieser Konfiguration kann das System in einer Raffinerie eingesetzt werden. In 11 bis 14 veranschaulichen die Zahlenwerte, die keine Bezugszeichen sind, das Verhältnis des Gasvolumens in jedem Durchgang auf der Grundlage von 100 % des Gasvolumens des PSA-Abgases, das aus der PSA-Vorrichtung 95 austritt. Die Zusammensetzung des PSA-Abgases beträgt beispielsweise 50 Vol% Kohlendioxid, 40 Vol% Wasserstoff, 10 Vol% Methan usw.
In einigen Ausführungsformen, beispielsweise wie in 11 gezeigt, kann das Synthetik-Produkt-Herstellungssystem 100 eine Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung 42 umfassen, die so konfiguriert ist, dass sie das Kohlendioxid aus dem kohlendioxidhaltigen Gas zurückgewinnt, das aus der Kohlendioxidabgabeanlage 20 (20C) abgegeben wird. Die Nebenprodukt-Wasserstoffabgabeanlage 10 (10C) kann so konfiguriert sein, dass sie eine Wasserstoffreinigung des wasserstoffhaltigen Gases durchführt, aus dem das Kohlendioxid durch die Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung 42 zurückgewonnen wurde.
Da die Nebenprodukt-Wasserstoff-Abgabeanlage 10 (10C) bei dieser Konfiguration die Wasserstoffreinigung des wasserstoffhaltigen Gases (kohlendioxidarmes Gas) durchführt, aus dem das Kohlendioxid zurückgewonnen wurde, kann Nebenprodukt-Wasserstoff effizient gewonnen werden. Da das von der Nebenprodukt-Wasserstoff-Abgabeanlage 10 (10C) behandelte Volumen im Vergleich zu dem Fall, in dem das kohlendioxidhaltige Gas (kohlendioxidreiches Gas) behandelt wird, verringert wird, kann die Nebenprodukt-Wasserstoff-Abgabeanlage 10 (10C) verkleinert werden (geringe Kapazität).
In einigen Ausführungsformen, zum Beispiel, wie in 12 gezeigt, kann das Synthetik-Produkt-Herstellungssystem 100 eine Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung 42 umfassen, die so konfiguriert ist, dass sie das Kohlendioxid aus dem kohlendioxidhaltigen Gas zurückgewinnt, das aus der Kohlendioxid-Abgabeanlage 20 (20C) abgeleitet wird. Die Nebenprodukt-Wasserstoffabgabeanlage 10 (10C) kann eine Wasserstoffreinigungsvorrichtung umfassen, die an einem Strömungskanal angeordnet ist, durch den das kohlendioxidhaltige Gas von der Kohlendioxidabgabeanlage 20 (20C) zur Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung 42 strömt.
Da die Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung 42 bei dieser Konfiguration Kohlendioxid aus dem kohlendioxidhaltigen Gas (wasserstoffarmes Gas) zurückgewinnt, nachdem die Nebenprodukt-Wasserstoff-Abgabeanlage 10 (10C) eine Wasserstoffreinigung durchgeführt hat, kann Kohlendioxid effizient zurückgewonnen werden. Da das von der Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung 42 behandelte Volumen im Vergleich zu dem Fall, in dem das Kohlendioxid vor der Wasserstoffreinigung aus dem kohlendioxidhaltigen Gas (wasserstoffreiches Gas) zurückgewonnen wird, reduziert wird, kann die Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung 42 kleiner dimensioniert werden (geringe Kapazität).
In einigen Ausführungsformen, zum Beispiel wie in den 11 und 12 gezeigt, ist die Flussrateneinstellvorrichtung 40 (40A) so konfiguriert, dass sie das Kohlendioxid in die Syntheseanlage 30 mit einer Flussrate einleitet, die entsprechend der Flussrate des der Syntheseanlage 30 zugeführten Nebenprodukt-Wasserstoff durch Steuerung der Rückgewinnungsrate der Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung 42 eingestellt wird.
Bei dieser Konfiguration kann beispielsweise durch die Steuerung der Rückgewinnungsrate von Kohlendioxid auf der Grundlage der Kohlendioxidmenge, die zur Herstellung des synthetischen Produkts bei einer Wasserstoffrückgewinnungsrate von 100 % erforderlich ist, die Rückgewinnungsrate von Wasserstoff auf 100 % festgelegt werden, selbst wenn sich die Zusammensetzung des kohlendioxidhaltigen Gases, das aus der Kohlendioxidabgabeanlage 20 (20C) abgeleitet wird, ändert.
In einigen Ausführungsformen, zum Beispiel wie in den 13 und 14 gezeigt, umfasst das Synthetik-Produkt-Herstellungssystem 100 eine Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung 42, die so konfiguriert ist, dass sie das Kohlendioxid aus dem kohlendioxidhaltigen Gas zurückgewinnt, und mindestens ein Ventil 43 zum Einstellen eines Durchflussverhältnisses zwischen einer Hauptdurchflussleitung, die mit der Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung 42 verbunden ist, und einer Bypassleitung, die die Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung 42 umgeht. In den in den 13 und 14 dargestellten Beispiele ist das mindestens eine Ventil 43 ein Dreiwegeventil. Das Ventil 43 muss jedoch nicht unbedingt ein Dreiwegeventil sein, sondern kann auch aus zwei Ventilen bestehen, mit denen die Flussrate der Hauptleitung und der Bypassleitung eingestellt werden kann.
Insbesondere umfasst das in 13 dargestellte Synthetik-Produkt-Herstellungssystem 100 (100L) die Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung 42, die so konfiguriert ist, dass sie das Kohlendioxid aus einem durch das Ventil 43 geteilten Strom des kohlendioxidhaltigen Gases zurückgewinnt. Die Nebenprodukt-Wasserstoffabgabeanlage 10 (10C) führt die Wasserstoffreinigung des anderen Stroms des durch das Ventil 43 geteilten kohlendioxidhaltigen Gases und des kohlendioxidhaltigen Gases durch, aus dem das Kohlendioxid durch die Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung 42 zurückgewonnen wurde. Da die Nebenprodukt-Wasserstoffabgabeanlage 10 in diesem Fall die Wasserstoffreinigung des anderen Stroms des kohlendioxidhaltigen Gases, der durch das Ventil 43 geteilt wird, und des kohlendioxidhaltigen Gases, aus dem das Kohlendioxid durch die Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung 42 zurückgewonnen wurde, durchführt, kann Nebenprodukt-Wasserstoff effizient gewonnen werden.
Das in 14 gezeigte System 100 (100M) zur Herstellung synthetischer Produkte führt eine Wasserstoffreinigung des kohlendioxidhaltigen Gases durch, das aus der Kohlendioxidabgabeanlage 20 (20C) abgegeben wird, und das Ventil 43 teilt das kohlendioxidhaltige Gas in zwei Ströme, nachdem die Nebenprodukt-Wasserstoffabgabeanlage 10 (10C) eine Wasserstoffreinigung durchgeführt hat, und die Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung 42 gewinnt das Kohlendioxid aus einem Strom des durch das Ventil 43 geteilten kohlendioxidhaltigen Gases zurück. In diesem Fall, da die Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung 42 das Kohlendioxid aus einem Strom des kohlendioxidhaltigen Gases zurückgewinnt, der durch das Ventil 43 geteilt wird, nachdem die Nebenprodukt-Wasserstoffabgabeanlage 10 eine Wasserstoffreinigung durchgeführt hat, kann Kohlendioxid effizient gewonnen werden.
Bei dieser Konfiguration kann durch Einstellen des Durchflussverhältnisses zwischen der Hauptstromleitung und der Bypassleitung das Volumen des von der Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung behandelten kohlendioxidhaltigen Gases verringert werden, so dass die Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung verkleinert werden kann (geringe Kapazität).
In einigen Ausführungsformen, zum Beispiel wie in den 13 und 14 gezeigt, kann die Flussrateneinstellvorrichtung 40 (40B) so konfiguriert sein, dass sie das Kohlendioxid in die Syntheseanlage 30 mit einer Flussrate einleitet, die entsprechend der Flussrate des der Syntheseanlage 30 zugeführten Nebenprodukt-Wasserstoff durch Steuerung des Flussratenverhältnisses eingestellt wird.
Bei dieser Konfiguration können die Rückgewinnungsrate von Kohlendioxid und die Rückgewinnungsrate von Wasserstoff beispielsweise durch Steuerung des Durchflussverhältnisses festgelegt werden.
In einigen Ausführungsformen ist die Syntheseanlage 30 so konfiguriert, dass sie mindestens eines der folgenden Produkte herstellt: Methanol, Methan oder Dimethylether als synthetisches Produkt. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, ein synthetisches Produkt herzustellen, das bessere Konservierungseigenschaften aufweist als Wasserstoffgas.
Es wird nun ein Synthetik-Produkt-Herstellungsverfahren gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 15 ist ein Flussdiagramm des Verfahrens zur Herstellung synthetischer Produkte gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 15 gezeigt, abgibt das Synthetik-Produkt-Herstellungssystem 100 den Wasserstoff des Nebenprodukts (Schritt S1). Das Synthetik-Produkt-Herstellungssystem 100 entlässt ein kohlendioxidhaltiges Gas (Schritt S2). Diese Schritte können gleichzeitig oder zu verschiedenen Zeiten durchgeführt werden.
Das System 100 zur Herstellung eines synthetischen Produkts extrahiert einen Teil des im Kohlendioxid-Abgabeschritt ausgetragenen Kohlendioxids und führt dann das Kohlendioxid mit einer Flussrate ein, die entsprechend der Flussrate des im nächsten Schritt S4 zur Synthese verwendeten Nebenprodukts eingestellt ist (Schritt S3). Das Synthetik-Produkt-Herstellungssystem 100 stellt ein synthetisches Produkt her, indem es das Nebenprodukt Wasserstoff und das in dem kohlendioxidhaltigen Gas enthaltene Kohlendioxid kombiniert (Schritt S4).
Bei diesem Verfahren werden das kohlendioxidhaltige Gas, das in der Kohlendioxid-Entladungsstufe (Stufe S1) entladen wird, und das Nebenprodukt Wasserstoff, das in der Nebenprodukt-Wasserstoff-Entladungsstufe (Stufe S2) entladen wird, zur Herstellung des synthetischen Produkts verwendet. In diesem Fall werden die Kosten für die Gewinnung von Wasserstoff verringert, so dass die Kosten für die Herstellung des synthetischen Produkts gesenkt werden. Ferner wird in dem Schritt zur Einstellung der Flussrate (Schritt S3) das Kohlendioxid mit einer Flussrate eingeleitet, die entsprechend der Flussrate des im Schritt zur Herstellung des synthetischen Produkts verwendeten Nebenprodukts für die Synthese (Schritt S4) eingestellt wird. Da in diesem Fall die Zufuhrmenge des Kohlendioxids entsprechend der Zufuhrmenge des Nebenprodukt-Wasserstoff angepasst wird, kann die Verwendungsrate des Wasserstoffs erhöht werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern umfasst Modifikationen der oben beschriebenen Ausführungsformen und Ausführungsformen, die aus Kombinationen dieser Ausführungsformen bestehen.
Bezugszeichenliste

10: Nebenprodukt-Wasserstoff-Abgabeanlage
20: Kohlendioxid-Abgabeanlage
20A: Kraftwerk mit Kohlefeuerung
20B: Zementwerk
30: Syntheseanlage
31: Wasserstoffaufbereitungsteil
32: Kohlendioxid-Reinigungsteil
33: Heizungsteil
34: Katalysator
35: Kühlungsteil
36: Destillationsteil
37: Spültank
38: Kompressor
40: Flussraten-Einstellvorrichtung
41: Rückgewinnungsmengen-Einstellteil
42: Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung
43: Ventil
50: Wasserstoffspeicher für Nebenprodukte
60: Kohlendioxid-Speichergerät
90: Stromerzeugungsgerät
91: Reinwasser-Versorgungsgerät
94: Umformgerät
95: PSA-Gerät
96: Drei-Wege-Ventil
97: Heizkessel
100: Synthetik-Produkt-Herstellungssystem

Claims

Ein System zur Herstellung von synthetischen Produkten, umfassend: eine Nebenprodukt-Wasserstoff-Abgabeanlage, die so konfiguriert ist, dass sie Nebenprodukt-Wasserstoff ableitet; eine Kohlendioxid-Abgabeanlage, die so konfiguriert ist, dass sie ein kohlendioxidhaltiges Gas ableitet; eine Syntheseanlage, die so konfiguriert ist, dass sie ein synthetisches Produkt durch Kombinieren des Nebenprodukt-Wasserstoffs und des in dem kohlendioxidhaltigen Gas enthaltenen Kohlendioxids herstellt; und eine Flussraten-Einstellvorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie das Kohlendioxid in die Syntheseanlage mit einer Flussrate einleitet, die entsprechend einer Flussrate des der Syntheseanlage zugeführten Nebenprodukt-Wasserstoffs eingestellt wird.
Synthetik-Produkt-Herstellungssystem nach Anspruch 1, wobei die Flussraten-Einstellvorrichtung Folgendes umfasst: eine Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie das Kohlendioxid aus dem kohlendioxidhaltigen Gas zurückgewinnt, das aus der Kohlendioxid-Abgabeanlage abgegeben wird; und ein Rückgewinnungsmengen-Einstellteil, das so konfiguriert ist, dass es eine Rückgewinnungsmenge des Kohlendioxids durch die Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung steuert.
Synthetik-Produkt-Herstellungssystem nach Anspruch 1 oder 2, das eine Nebenprodukt-Wasserstoffspeichervorrichtung zur Speicherung des aus der Nebenprodukt-Wasserstoffabgabeanlage abgegebenen Nebenprodukt-Wasserstoffs umfasst, wobei das Synthetik-Produkt-Herstellungssystem so konfiguriert ist, dass es in der Lage ist, den Nebenprodukt-Wasserstoff aus der Nebenprodukt-Wasserstoffspeichervorrichtung an die Syntheseanlage zu liefern.
Synthetik-Produkt-Herstellungssystem nach Anspruch 3, das eine erste Versorgungsleitung für die Zufuhr des von der Nebenprodukt-Wasserstoffabgabeanlage abgegebenen Nebenprodukt-Wasserstoffs zur Syntheseanlage umfasst, wobei die Nebenprodukt-Wasserstoffspeichervorrichtung an einer ersten Versorgungszweigleitung angeordnet ist, die von der ersten Versorgungsleitung abzweigt.
Synthetik-Produkt-Herstellungssystem nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Flussraten-Einstellvorrichtung so konfiguriert ist, dass sie die Flussrate des Kohlendioxids entsprechend einer verbleibenden Menge in der Nebenprodukt-Wasserstoffspeichervorrichtung steuert.
Synthetik-Produkt-Herstellungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das eine Kohlendioxid-Speichervorrichtung zur Speicherung des Kohlendioxids umfasst, wobei das Synthetik-Produkt-Herstellungssystem so konfiguriert ist, dass es in der Lage ist, das Kohlendioxid aus der Kohlendioxidspeichervorrichtung an die Syntheseanlage zuzuführen.
Synthetik-Produkt-Herstellungssystem nach Anspruch 6, das eine zweite Versorgungsleitung zur Zuführung des Kohlendioxids, das in dem von der Kohlendioxidabgabeanlage abgegebenen kohlendioxidhaltigen Gas enthalten ist, zu der Syntheseanlage umfasst, wobei die Kohlendioxidspeichervorrichtung an einer zweiten Versorgungszweigleitung angeordnet ist, die von der zweiten Versorgungsleitung abzweigt.
Synthetik-Produkt-Herstellungssystem nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Flussraten-Einstellvorrichtung umfasst: eine Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie das Kohlendioxid aus dem kohlendioxidhaltigen Gas zurückgewinnt, das von der Kohlendioxid-Abgabeanlage abgegeben wird, und das Kohlendioxid der Kohlendioxid-Speichervorrichtung und der Syntheseanlage zuführt; und ein Rückgewinnungsmengen-Einstellteil, das so konfiguriert ist, dass es eine Rückgewinnungsmenge des Kohlendioxids durch die Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung steuert, und wobei die Flussraten-Einstellvorrichtung so konfiguriert ist, dass sie die Rückgewinnungsmenge durch die Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung gemäß einer verbleibenden Menge in der Kohlendioxid-Speichervorrichtung steuert.
Synthetik-Produkt-Herstellungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Nebenprodukt-Wasserstoff-Abgabeanlage eine Anlage ist, die Natronlauge herstellt und den Nebenproduktwasserstoff in der Salzelektrolyse zur Herstellung der Natronlauge erzeugt.
Synthetik-Produkt-Herstellungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem zumindest ein Teil des von der Kohlendioxid-Abgabeanlage erzeugten Stroms an die Nebenprodukt-Wasserstoff-Abgabeanlage oder die Syntheseanlage zugeführt wird.
Synthetik-Produkt-Herstellungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei eine Abwärme aus der Kohlendioxid-Abgabeanlage der Syntheseanlage zugeführt wird.
Synthetik-Produkt-Herstellungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei eine Abwärme der Kohlendioxid-Abgabeanlage zum Heizen verwendet wird, um das Kohlendioxid und das Nebenprodukt Wasserstoff in der Syntheseanlage zur Reaktion zu bringen.
Synthetik-Produkt-Herstellungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei eine Abwärme der Kohlendioxidabgabeanlage zum Heizen verwendet wird, um ein Endprodukt aus dem synthetischen Produkt der Syntheseanlage zu reinigen.
Synthetik-Produkt-Herstellungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Nebenprodukt-Wasserstoff-Abgabeanlage unter Verwendung von reinem Wasser, das von der Kohlendioxid-Abgabeanlage geliefert wird, Natronlauge herstellt.
Synthetik-Produkt-Herstellungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, das eine Reinwasserzufuhrvorrichtung umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie durch Entfernen von Verunreinigungen aus dem Rohwasser reines Wasser erzeugt und das reine Wasser an die Nebenprodukt-Wasserstoff-Abgabeanlage und die Kohlendioxid-Abgabeanlage liefert.
Synthetik-Produkt-Herstellungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Kohlendioxid-Abgabeanlage das durch Umformen von Naphtha erhaltene kohlendioxidhaltige Gas ableitet, und wobei die Nebenprodukt-Wasserstoff-Abgabeanlage den Nebenprodukt-Wasserstoff ableitet, der durch Durchführen einer Wasserstoffreinigung eines wasserstoffhaltigen Gases erhalten wird, das aus dem von der Kohlendioxid-Abgabeanlage abgeleiteten kohlendioxidhaltigen Gas gewonnen wurde.
Synthetik-Produkt-Herstellungssystem nach Anspruch 16, das eine Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie das Kohlendioxid aus dem kohlendioxidhaltigen Gas zurückgewinnt, das von der Kohlendioxid-Abgabeanlage abgeleitet wird, wobei die Nebenprodukt-Wasserstoffabgabeanlage eine Wasserstoffreinigung des wasserstoffhaltigen Gases durchführt, aus dem das Kohlendioxid durch die Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung zurückgewonnen wurde.
Synthetik-Produkt-Herstellungssystem nach Anspruch 16, das eine Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie das Kohlendioxid aus dem kohlendioxidhaltigen Gas zurückgewinnt, das aus der Kohlendioxid-Abgabeanlage abgeleitet wird, wobei die Nebenprodukt-Wasserstoffabgabeanlage eine Wasserstoffreinigungsvorrichtung enthält, die an einem Strömungskanal angeordnet ist, durch den das kohlendioxidhaltige Gas von der Kohlendioxidabgabeanlage zu der Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung strömt.
Synthetik-Produkt-Herstellungssystem nach Anspruch 17 oder 18, wobei die Flussraten-Einstellvorrichtung so konfiguriert ist, dass sie das Kohlendioxid in die Syntheseanlage mit einer Flussrate einleitet, die entsprechend der Flussrate des der Syntheseanlage zugeführten Nebenprodukt-Wasserstoff eingestellt ist, durch Steuerung einer Rückgewinnungsrate der Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung.
Synthetik-Produkt-Herstellungssystem nach Anspruch 16, umfassend eine Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie das Kohlendioxid aus dem kohlendioxidhaltigen Gas zurückgewinnt; und mindestens ein Ventil zum Einstellen eines Durchflussverhältnisses zwischen einer Hauptdurchflussleitung, die mit der Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung verbunden ist, und einer Bypassleitung, die die Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung umgeht.
Synthetik-Produkt-Herstellungssystem nach Anspruch 20, wobei die Flussraten-Einstellvorrichtung so konfiguriert ist, dass sie das Kohlendioxid in die Syntheseanlage mit einer Flussrate einleitet, die entsprechend der Flussrate des der Syntheseanlage zugeführten Nebenprodukt-Wasserstoff eingestellt ist, durch Steuerung des Flussratenverhältnisses.
Synthetik-Produkt-Herstellungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei die Syntheseanlage mindestens eines aus der Gruppe von Methanol, Methan und/oder Dimethylether als synthetisches Produkt erzeugt.
Ein Synthetik-Produkt-Herstellungsverfahren, umfassend: einen Nebenprodukt-Abgabeschritt zum Abgeben von Nebenprodukt-Wasserstoff; einen Kohlendioxid-Abgabeschritt, bei dem ein kohlendioxidhaltiges Gas abgegeben wird; einen Schritt zur Herstellung eines synthetischen Produkts durch Kombinieren des Nebenprodukt-Wasserstoffs und des Kohlendioxids, das in dem kohlendioxidhaltigen Gas enthalten ist; und einen Schritt zum Einstellen der Flussrate, bei dem ein Teil des in dem Kohlendioxid-Abgabeschritt abgegebenen Kohlendioxids extrahiert wird und das Kohlendioxid mit einer Flussrate eingeleitet wird, die entsprechend einer Flussrate des in dem Syntheseprodukt-Herstellungsschritt verwendeten Nebenprodukts zur Synthese eingestellt wird.