DE2730210A1 - Energiegewinnung durch methanolverbrennung - Google Patents

Description

DR. BERG Di?L.-lNÜ. STAPF DIPL-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAIR

PATENTANWÄLTE 27 302 Postfach 860245, 8000 München 86

Anwaltsakte 28 263
Be/Ro

DONALD RAY CUMMINGS Cheltenham, Gloucestershire, England

"Energiegewinnung durch Methanolverbrennung"

Diese Erfindung betrifft die Leistungsverbesserung von mit Methanol betriebenen Gasturbinen. In einer bevorzugten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein mit einer Gasturbine betriebenes Verfahren zur Herstellung eines brennbaren technischen oder Verbrennungs-, bzw.) Heizgases (nachfolgend technisches oder Verbrennungsgas bezeichnet) aus Methanol und ein mit einer Gasturbine betriebenes Verfahren unter Bildung eines technischen Gases aus Methanol und dessen nachfolgende Verwendung in einem energieverbrauchenden Verfahren, wie zur Her-

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stellung und Verflüssigung von Wasserstoff oder zur Herstellung eines Reduktionsgases und dessen nachfolgende Verwendung zur Herstellung von Metallen durch unmittelbare Reduktion. In Bezug auf die Energieanforderungen können diese Verfahren völlig selbständig betrieben werden.

Seit vielen Jahren ist bekannt, daß Umwandlung von entfernten oder schwierig zu transportierenden Brennstoffreserven, im besonderen Gasreserven in Methanol ,Transport- und Verwendungsschwierigkeiten beheben könnten.

Der Transport von Methanol hat gegenüber dem Transport von Naturgas beträchtliche Vorteile, da u.a. mehr Energie in Form von Methanol als Naturgas in einer Leitung mit einem gegebenen Durchmesser befördert werden kann, und daß weiter hin Methanol eine Flüssigkeit ist, die bei allen normalen Umgebungstemperaturen, einschließlich arktischen Temperaturen, leicht gelagert und mittels herkömmlicher Mittel, nämlich Tankschiffen, Straßentankfahrzeugeη und Kesselwagen befördert werden kann.

Bin weiterer Vorteil von Methanol besteht darin, daß es leicht aus kohlenstoffhaltigen Brennstoffen geringer Qualität wie Lignit, geringwertigen Kohlearten, Schwerölen und Abfallkohlenwaseerstoffen gewonnen werden kann, und daß es eine geeignete Möglichkeit bietet, die Energiewerte dieser Brennstoffe zu befördern und zu verwenden.

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Aus diesen Gründen wurden "bisher beträchtliche Anstrengungen unternommen, die Herstellung von LIethanol in technischen Umfang und seine Verwendung als Brennstoff als Alternative 3u flüssigen Kohlenwasserstoff-Brennstoffen zu untersuchen, wie dies beispielsweise in dem Bericht beschrieben ist von R.K. Pefley u.a. in den 1971 "Intersociety Energy Conference Proceedings" und erneut verlegt wurde von der "Society of Automotive Engineers Inc." Seiten 36 bis 45, Paper Ho. 719008, August 1971.

Es ist bekannt, daj3 bei erhöhten Temperaturen !!ethanol zu Kohlenmonoxid und Wasserstoff nach der folgenden Gleichung dissoziiert:

GH,OH CO + 2H,

ι.

Es ist weiterhin bekannt, daß die Dissoziierung durch Katalysatoren unterstützt werden kann und Katalysatoren für diese Dissoziierung sind ebenso allgemein bekannt.

Das Gas, wenn es völlig dissoziiert ist, hat einen um etwa 2O/e höheren Kalorienwert als das nicht dissoziierte LIethanol, was sich aus der Energie von etwa 1333,4 KBH kcal/kg, ergibt, die beim Verdampfen, Überhitzen und Dissoziieren des Methanols aufgenommen wurde.

Aufgrund dieser Tatsachen haben Pefley u.a. Versuche mit der Verwendung eines teilweise oder völlig dissoziierten

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Methanols als Brennstoff in einem Otto-Motor vorgenommen und die Möglichkeit untersucht, die Energie für die Digüoziierung aus der Y/ärme der Llotorenabgase zu gewinnen.

Die berichteten Ergebnisse sind jedoch nicht ermutigend. Obgleich eine wesentliche Dissoziierung bei relativ niederen Temperaturen, z.B. 300 - 400⁰C, in G-egenv/art geeigneter Katalysatoren erreicht werden kann und obgleich die Llaschinenabgase Temperaturen von etwa 500 - 55O⁰C aufweisen, wurde errechnet, daß etv/a zehn Überhitzungsstufen, wechselnd mit zehn Dissoziierungsstufen erforderlich v/ären, um eine so geringe wie 30$ige Dissoziierung zu erreichen.

Darüberhinaus lassen die berichteten Ergebnisse erkennen, daß der potentielle Nutzen des höheren Kalorienwertes des dissoziierten Materials nahezu vollständig aufgehoben wird durch eine bedeutende Verringerung des thermischen Y/irkungsgrads der Maschine. Weiterhin betrug die Leistungs- oder Energieausbeute der Maschine nur etv/a 80 $ gegenüber der bei Verwendung von nicht dissoziiertem Methanol.

Auf jeden Fall wurde in letzten Jahren von der Möglichkeit Abstand genommen, dissoziiertes Methanol als Brennstoff zu verwenden.

Es wurde jedoch nunmehr gefunden, daß der Verlust an thermischem Wirkungsgrad, der von Pefley u.a. beobachtet wurde, dann nicht auftritt, v/enn man eine Gasturbine verwendet, und

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daß &s tatsächlich möglich ist, unter der Voraussetzung, daß Verbrennungsbedingungen und die Umv/ülzgeschwindigkeit so nodifisiert werden, daß sie der veränderten ITatur des Brennstoffs entsprechen, eine Erhöhung des ',Virkungsgrades zu erzielen. Obgleich darauf hinzuweisen ist, daß es nicht beabsichtigt ist, die vorliegende Erfindung an eine besondere Theorie zur Erläuterung dieses Phänomens zu bindenwird angenommen, daß dies den während der Verdichtung des dissoziierten Methanols enthaltende Luft-Brennstoffgemischs in dem Zylinder eines Kolbenmotors möglicherweise auftretenden schädlichen Reaktionen bei Methanbildung zuzuschreiben ist, die unter vorzeitiger Abgabe von Energie vor der Verbrennung auftreten, da Kohlenmonoxid und Wasserstoff in dem Gemisch zusammen unter Bildung von Lie than nach der folgenden Gleichung

CO + 3H₂ 9 CH. + H₂O + 7/ärme

reagieren können. Unter den Bedingungen, wie sie andererseits in der Zuführung zu einer Gasturbine vorhanden sind, v/ird, v/eil die Verdichtung von luft und Kraftstoff getrennt erfolgt, der Kraftstoff nicht den Verdichtungsbedingungen eines Kolbenmotors unterworfen und auch dann, wenn eine Llethanbildung in der Gasturbine vor oder in der Verbrennungskammer auftreten sollte, beeinflußt diese exotherme Reaktion nicht den Wirkungsgrad der Lias chine, wie im Falle eines herkömmlich arbeitenden Kolbenmotors.

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Es wurde weiterhin gefunden, daß die Temperatur der Abgase aus einer Gasturbine, die mit dissoziiertem Methanol betrieben wird, wesentlich geringer ist, als die der Abgase eines Kolbenmotors, aber die in diesen Gasen brauchbare Energiemenge mehr als ausreichend ist, das LIethanol zu dissoziieren. Beispielsweise bildet eine Gasturbine mit einem thermischen Wirkungsgrad von 33 /'»» die mit 95/'aigem dissoziiertem Methanol arbeitet, 34 kg/kg verbrauchten Kraftstoff Abgase mit einer Temperatur von etwa 45O⁰C und mit einer Eigenwärme von etwa 3861 kcal/kg und einer spezifischen Durchschnittswärme von etwa 0,265. Die erforderliche Energie, um das flüssige LIethanol von Raumtemperatur auf beispielsv/eise etwa 400⁰C aufzuheizen und mit 95 i° su dissoziieren, beträgt etwa 1144 kcal/kg. Dies erreicht man leicht mittels der Abgase durch indirekten Gegenotrom-Wärmeaustausch. Die hierzu erforderliche Senkung der Abgastemperatur beträgt nur etwa 127°C.

Es wurde weiterhin gefunden, daß die Dissoziierung sehr einfach und in v/irksamer Weise unter Verwendung der Energien in diesen Abgasen dadurch erzielt werden kann, daß man verdampftes und überhitztes Methanol durch mit Katalysator gefüllte Röhren leitet, deren Oberflächen den Abgasen ausgesetzt sind. Die Anfangsverdampfung und Überhitzung des Methanols für nachfolgende Dissoziierung kann ebenso durch einfachen indirekten Wärmeaustausch mit den Abgasen erreicht werdenβ

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Obgleich der Wirkungsgrad durch das Dissoziieren des Methanols auf ein Maximum gebracht wird, ist ebenso eine brauchbare Erhöhung der Leistungsfähigkeit einfach durch Verdampfen des I.Iethanols vor der Verbrennung in der Gasturbine zu erzielen.

Die vorliegende Erfindung betrifft demgemäß ein Verfahren zur Kraftgewinnung durch Verbrennung eines methanolhaltigen Brennstoffe in einer Gasturbine, wozu man das Methanol vor der Verbrennung verdampft und die Verdanpfungsenergie aus der Wärme der heißen Verbrennungsgase gewinnt.

Im besonderen wird das Methanol vor der Verbrennung wenigstens teilweise bei erhöhten Temperaturen und in Gegenwart eines Dissoziierungskatalysators dissoziiert und es wird die Energie für die Dissoziierung aus der 7/ärme der heißen Verbrennungsgase gewonnen»

Sowohl durch das Verdampfen und das wenigstens teilweise Dissoziieren des Methanols wird die potentielle Energie des Ivlethanolbrennstoffs auf ein Maximum gebracht, wobei die größten Werte mit den höheren Dissoziierungsgraden erreicht werden β

Während das Methanol bei etwa 65 C bei atmosphärischem Druck völlig verdampft (d.h. siedet), erfordert eine meßbare Discoziierung beträchtlich höhere Temperaturen, z.B. 23O⁰C odej höher und es führt eine weitere Erhöhung der Temperatur zu

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einer Erhöhung der Dissoziierung. Y/enn daher sowohl die Verdampfung als auch die Disooziierung gewünscht wird, kann das heiße Gas von der Verbrennung zuerst zur Förderung der Dissoziierung des voraus verdampften Methanols verwendet werden und die Rückstandsv/ärme in den: Sauch.\T,Ljstrom kann dann verwendet werden, um weiteres Methanol für die nachfolgende Dissoziierung zu verdampfen ο Es kann aber auch ein Teil des Abgases von der Verbrennung zur Förderung der Dissoziierung des Methanols und ein anderer, _L-;eringerer Teil, zur Verdampfung des Methanols verwendet worden.

Es ist möglich, die Erfindung so einzusetzen, daß iucm nur einen Teil des Abgases zum Verdampfen, Erhitzen und Dissozi ieren des Methanols verwendet, wobei ein anderer Teil als technische 7/iirme zum Überspannen von Dampf, usw«, verwendet werden kann.

Man bewirkt die Dissoziierung in Gegenwart eines geeigneten Katalysators. Im allgemeinen sind Katalysatoren, die die Herstellung von Methanol aus Kohlenmonoxid und Wasser fördern, ebenso zur Förderung der Dissoziierung des Methanols in Kohlenmonoxid und V/asserstoff bei erhöhten Temperaturen geeignet. Ein geeigneter Katalysator ist ein Gemisch von Zink- und Chromoxiden, gegebenenfalls ergänzt mit Kupferoxid. V/eitere geeignete Katalysatoren sind dem Fachmann bekannt.

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Die Lissoziierung wird durch die Erhöhung der Temperatur und Senkung des Drucks gefördert. Es v/ird jedoch u.a. die maximale Temperatur durch die IJatür des Katalysators bestimmt, v/eil die Katalysatoren, wenn sie längere Zeit überhitzt worden, zur Dealcti vie rung neigen. Sin Teil der Katalysatoren kann bei Temperaturen bis zu etwa 400⁰C verv/ondet werden, während andere, z„B. kupferhaltige Katalysatoren, vorzugsweise Temperaturen über 500⁰C nicht ausgesetzt v/orden sollen. Da die Dissoziierung unter etwa 200 C nur langsam ablauft, werden Temperaturen von 200 bis 300⁰C für kupferhaltige Katalysatoren und von 300 bis 400⁰C für Iloclitemperaturkatalysatoren bevorzugt ο

Dio Verdampfung und wenigstens Teildissoziierung des Llethanols verbessert den Heizwert des Llethanols und seine Verbrennungsgeschwindigkeit und senkt die untere Entflammbarkeitsgrenze und verbessert damit den V/irkungsgrad einer Gasturbine, die diesen Brennstoff verwendet. In dem bevorzugten Falle, bei dem der Gesamtwärmebedarf für die Verdampfung und Dissoziierung des Llethanols aus der Wärme der heißen Verbrennungsgase stammt, ist die Erhöhung der Leistungsfähigkeit deutlich und sie kann so groß wie 20 °ß> oder sogar höher sein_o

Es wurde nach einen besondere bedeutenden Gegenstand der Erfindung gefunden, daß die verfügbare Wärme in den heißen Verbrennungsgo.sen im v/es ent liehen den Bedarf überschreitet, der zur Bildung dor Energie für die Dissoziierung erforder-

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lieh ist, und daß die überschüssige Wärme zweckmäßigerweise zum Verdampfen und Dissoziieren weiteren Methanols verwendet werden kann, so daß das Verfahren nicht nur Kraft aus der Gasturbine liefert, und möglicherweise überschüssige Wärme in den Abgasen für andere Verfahren, sondern auch ein technisches oder Brennstof!gas, das Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthält. Beispielsweise kann eine so große Menge wie 1,8 kg Methanol zu 95 $ dissoziiert werden pro kg als Brennstoff erforderliches dissoziiertes Methanole

Die Erfindung schafft daher in weiterer Hinsicht ein Verfahren, bei dem man sowohl Kraft als auch ein technisches oder Verbrennungsgas aus Methanol gewinnen kann, wozu man das Methanol verdampft und wenigstens teilweise dissoziiert bei erhöhten Temperaturen und in Gegenwart eines Dissoziierungskatalysators unter Bildung von Kohlenmonoxid und Wasserstoff, wobei man die Dissoziierungsenergie aus der Wärme der heißen Verbrennungsgase aus einer Gasturbine gewinnt, die mit einem ersten Gas, das aus dem verdampften und wenigstens teildissoziierten Methanol stammt, betrieben wird, und ein zweites Gas, das von dem verdampften und wenigstens teildissoziierten Methanol stammt, welche das technische oder Verbrennungsgas zur Verfügung stellt.

Die verfügbare Wärme in den heißen Verbrennungsgasen aus der Turbine kann verwendet werden, um die gesamte Energie für die Dissoziierung zu liefern, und es kann daher mittels

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dieser Ausführungsform der Erfindung eine selbständige Einheit für die Kraftversorgung und zur Herstellung eines wertvollen technischen Gases, das Kohlenmonoxid und Y/asserstoff enthält, verwendet werden«

In einer Gasturbine ist es üblich, Luft in einer Menge zuzuführen, die wesentlich über der liegt, die zum Verbrennen des Brennstoffs erforderlich ist. Begründet wird dies damit, daß man die auf die Turbinenschaufeln einwirkende Temperatur verringern v/ill. In einer weiteren bevorzugten Ausführun/ssform der Erfindung v/ird der nicht verwendete Sauerstoff in den heißen, von der Turbine kommenden Gasen dazu verwendet, ■.veiteren Brennstoff zu verbrennen, der zwecianäßigerweise, aber nicht notwendigerweise Methanol ist, oder aus dem wenigstens teildissoziierten Methanol zugeführt wird» Die so erhaltene zusätzliche Energie spiegelt sich teilweise in der Temperaturerhöhung der Abgase wieder und kann ebenso teilweise in mechanische Energie umgewandelt werden, z.B. in der Endkraftturbine einer Turbine mit geteilter Wellei Diese Anordnung schafft eine größere Beweglichkeit hinsichtlich des aus dem Verfahren erhältlichen Verhältnisses an thermischer und mechanischer Energie und ee kann daher das Verhältnis der abnehmbaren Kraft zu der Menge technischem oder Verbrennungsgas, die aus dem Verfahren zur Verfügung steht, variiert werden.

Im besonderen kann die zur Dissoziierung des Methanols verfügbare Wärme erhöht werden, ohne daß man die Zuführung an ^x (Endstufe einer Mehretufenturbine)

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Verbrennungsluft erhöht. V/enn man die überschüssige Luft vor statt nach der Endkraftturbine verbrennt, erhält man einen höheren Gesamtwirkungsgrad und es ist dies leistungswirksamer als die Verbrennung von weiterem Kraftstoff mit mehr Luft, um die erforderliche Wärme zu bilden.

Der Brennstoff für die Gasturbine und das technische oder Verbrennungsgas, das für andere Verwendung vorgesehen ist, können von dem wenigstens teildissoziierten Methanol stammen, wozu man beispielsweise dieses in zwei Ströme aufteilt Es kann aber auch das gesamte oder ein Teil des wenigstens teildissoziidrten Methanols in bekannter Weise in einen oder mehrere kohlemionoxidangereicherte Ströme und in einen oder mehrere wasserstoffangereicherte Ströme aufgeteilt werden. Es kann daher der Brennstoff für die Turbine, den man aus dem dissoziierten Methanol erhält, einen Strom umfassen, der von dem dissoziierten Methanol abgeteilt wird bevor das Letztere der Trennung unterworfen wird, oder es kann der Kraftstoff aus einem oder mehreren kohlenmonoxidangereicherten und/oder wasserstoffangereicherten Strömen stammen, die man aus der Abtrennung erhält oder der Brennstoff kann gebildet werden aus einer Kombination von (a) einem Strom, der von dem dissoziierten Methanol abgeteilt wird und (b) wenigstens einem Strom, der von den Strömen abgeteilt wird, die man durch die Abtrennung erhält. Die gleichen Möglichkeiten stehen für das zur Abnahme bestimmter technische oder Verbrennungsgase zur Verfügung. Es kann daher beispielsweise das dissoziierte Methanol in drei

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Ströme aufgeteilt werden, von denen man einen der Abtrennung unterwirft, wobei die getrennten Teile getrennt mit den anderen beiden Strömen gemischt werden, wodurch man zv/ei Ströme mit steuerbarer Zusammensetzung erhält, von denen jeder beispielsweise als Turbinenbrennstoff verwendet v/erden kann.

Y/enn die Aufteilung in mehr als drei Ströme erfolgt, wobei einer oder mehrere dieser Ströme der Abtrennung unterworfen v/urden, kann man einen verbesserten Bereich an Gasdurchfluß und Zusammensetzung erreichen.

Während man die gesamte Energie zur Abtrennung mittels einem anderen Verfahren wie durch eine herkömmliche mit Kraftstoff "betriebene Kraftmaschine erhalten kann, wird in einer bevorzugten Au3führungsform wenigstens ein Teil dieser Energie durch Verbrennung eines Brennstoffs erhalten, der wenigstens teilweise von dem teildissoziierten Methanol abstammt, beispielsweise in Form von Wärmeenergie und/oder in Form von mechanischer Energie durch Verbrennung des Brennstoffs in einer oder mehreren Kraftmaschinen. Der Brennstoff kann diasoziiertes Methanol sein, das nicht der Trennung unterworfen wurde und/oder er kann aus einem oder mehreren Strömen von der Abtrennung abstammen. Zweckmäßigerweise kann die Gasturbine die mechanische Energie liefern, wobei jedoch diese Turbine ebenso zusammen mit einer oder mehreren anderen Kraftmaschinen verwendet werden kann.

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2.3

Durch geeignete Auswahl des Anteils an dissoziiertem Methanol, das zur Zuführung des Brennstoffs (vor oder nach der Abtrennung) verwendet wird und des Anteils, der abgetrennt wird, ist es möglich, die gesamte Energie für die Trennung aus der Verbrennung des Brennstoffs zu erhalten, wobei man dadurch ein völlig verselbständigtes Verfahren erhält.

Die Abtrennung kann in bekannter Weise bewirkt werden, wie beispielsweise durch Adsorption, wobei man in diesem Falle die Energie benötigt als Kraft zum Verdichten und/ oder als Wärme zum Erhitzen des Gasstroms der nachfolgenden Behandlung, z.B. durch schwingende Druckadsorption oder schwingende thermische Adsorption. Vorzugsweise wird jedoch die Abtrennung mindestens hauptsächlich durch partielle Kondensation bei cryogenen Temperaturen mittels bekannter Verfahren durchgeführt, wobei in diesem Falle die Energie für die Abtrennung hauptsächlich als mechanische Energie zugeführt wird, wobei man das wenigstens teildissoziierte Methanol zu dem Druck verdichtet, der erforderlich ist, um die gewünschten Kühltemperaturen zu erreichen unter nachfolgender Arbeitsexpansion des verdichteten Stroms. Der gewünschte Druck kann durch Pressen des Methanols vor der Dissoziierung oder durch Pressen des dissoziierten Methanols erreicht werden.

Die Abtrennung kann durchgeführt werden, um Wasserstoff zu erhalten und die Erfindung kann daher als selbständiges

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Verfahren zur Bildung von Wasserstoff und Energie aus einem leicht transportierbaren Brennstoff, z.B. Methanol, angesehen v/erden. Die gewünschte Reinheit des Wasserstoffstrons wird durch den Grad der Trennung bestimmt, die man zu erreichen wünscht. Y/enn man einen hohen Grad an Reinheit wünscht, kann eine Kombination bekannter Verfahren wie Adsorption, Absorption, cryogene Kondensation und cryogene Destillation erforderlich v/erden.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das zweite Gas aus der Abtrennung in einem energieverbrauchenden Verfahren verwendet und die Energie für dieses Verfahren erhält man dadurch, daß man einen Brennstoff verbrennt, der aus dem wenigstens teildissoziierten Methanol stammt.

gie gewonnen werden, wozu man den Brennstoff mit einer oder mehreren Kraftmaschinen, beispielsweise in einer Gasturbine, allein oder zusammen mit einem oder mehreren anderen Kraftmaschinen verbrennt.

Beispielsweise kann das zweite Gas einen Y/asserstoffstrom enthalten und dieser kann verflüssigt werden, wobei ein Teil oder vorzugsweise die gesamte Energie für die Verflüssigung in der oben beschriebenen Weise erhalten wird. Vorzugsweise wird der Brennstoff durch einen Strom gebildet, der von dem dissoziierten Methanol vor der Abtrennung abgeteilt ist. Es kann aber auch alternativ oder zusätzlich der Brennstoff aus dem Kohlenmonoxid angereicherten Gas,

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das man aus der Abtrennung erhalten hat, erhalten werden. Wenn die Trennung eine mehrstufige Abtrennung ist, kann der Brennstoff beispielsweise aus dem kohlenmonoxidangereicherten Gas herrühren, den man aus einer oder mehreren Trennstufen erhalten hat.

In dieser Ausführungsform kann eine Vielzahl von Kraftmaschinen verwendet werden, beispielsweise eine zur Er zeugung von Kraft für die Trennung und eine zur Erzeugung von Kraft für die Verflüssigung. Diese Kraftmaschinen können mit Kraftstoff aus gleichen oder verschiedenen Quellen versorgt werden; beispielsweise kann wenigstens eine dieser Kraftmaschinen mit wenigstens einem teildissoziierten Methanol und wenigstens einer anderen durch Kohlenmonoxid angereichertes Gas aus der Abtrennung des Brennstoffs versorgt werden.

Ein Teil des aus der Abtrennung gevionnenen Wasserstoffs kann ebenso als Brennstoff verwendet werden, obgleich dies die. IlettoKienge des aus den Verfahren verfügbaren Viasserstoffs verringert.

Es ergibt sich, daß durch Steuerung des Verhältnisses, beispielsweise des Anteils des wenigstens teildissoziierten Methanols, den man als Brennstoff verwendet und den Teil, den man als Wasserstoffquelle verwendet, nicht nur der Gesamtenergiebedarf sowohl für die Trennung als auch für die nachfolgende Verflüssigungsstufe durch Verbrennung des zu-

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erst erwähnten Teils gedeckt werden kann, sondern daß v/eitere Energie gewonnen werden kann, die wenn gewünscht, für andere Zwecke zur Verfügung steht.

In einer anderen Ausführungsform kann das zweite Gas, beispielsweise in einem chemischen oder metallurgischen Verfahren, z.B. als Reduktionsgas, verwendet werden. Im besonderen kann das zweite Gas geeigneterweise zur Herstellung eines Metalls oder einer Legierung des Metalls mittels einem Verfahren verwendet werden, bei dem man unmittelbar eine chemische, metallhaltige Verbindung, im besonderen ein Metalloxid reduziert. Zu Beispielen derartiger Verfahren gehört die Herstellung von Zink, Kupfer und Blei aus ihren entsprechenden Oxiden, die ihrerseits beispielsweise durch Rösten der natürlich vorkommenden Sulphide erhalten werden könnte.

Ein industrielles Verfahren, für das das Verfahren der vorliegenden Erfindung besonders geeignet ist, ist die Herstellung von Metallen aus metallhaltigen Erzen durch unmittelbare Reuuktion des Erzes oder eines chemisch veränderten Derivats des Erzes und die nachfolgende Behandlung des so gebildeten Rohinetalls in einem Lichtbogen zur weiteren Raffination. Beispiele eines solchen Verfahrens sind die Herstellung von Stahl aus Eisenerz und die Herstellung von Kupfer aus Kupferoxid.

In jedem Falle kann die Reduktion des Erzes durch das aus

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Ζψ

der Dissozation von Methanol erhaltene Gas oder insbesondere des Wasserstoffs, der aus diesem (Jas stammt, bewirkt werden. Wasserstoff ist ein besonders bevorzugtes Reduktionsmittel zur Reduktion von Metallerzen, weil es im allgemeinen bei solchen Reduktionen erforderlich ist, beträchtlich mehr reduzierendes Mittel als stüchiometrioch für die Reduktion des Erzes erforderlich ist, zu verwenden, und es daher wirtschaftlich wünschenswert ist, das nicht verwendete Reduktionsmittel im Kreislauf zurückzuführen. Sofern Wassserstoff das Reduktionsmittel ist, ist das hauptsächliche Oxidationsprodukt Wasser, das leicht von dem aus der Reduktionszone zurückgewonnenen Wasserstoff entfernt werden kann, wodurch die Notwendigkeit einer großen Reinigung für den im Kreislauf geführten Strom vermieden wird. Wenn andererseits kohlenstoffhaltige Reduktionsmittel verwendet werden, sind die Ilauptoxidationsprodukte Oxide von Kohlenstoff, die schwieriger zu entfernen sind, besonders im Falle des Dioxids. Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Wasserstoff besteht darin, daß die Gefahr der unerwünschten Methanbildung durch Umsetzung mit Kohlenmonoxid bei Verwendung eines im wesentlichen reines Stromes verringert oder vermieden werden kann.

Es ist daher ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, sofern sie bei einem Erzreduktionsverfahren Verwendung findet, daß der Wasserstoff in einem im wesentlichen trockenen Zustand mit höchstens nur Spurenmengen an Wasser und Kohlenoxidverunreinigungen hergestellt werden kann, im besonderen dann,

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wenn die Abtrennung durch cryogene Partialkondensation erfolgt .

Es wurde im besonderen festgestellt, daß mittels der Erfindung eine im wesentlichen selbständige Anlage unter Verwendung von Methanolbrennstoff betrieben werden kann, wobei beispielsweise der gesamte Bedarf an Reduzierungsgas und der gesamte Kraftbedarf zur Herstellung von Walzstahl aus Eisenerz gedeckt werden kann, ohne daß zusätzliche Kraftversorgung erforderlich ist.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Abtrennung so durchgeführt werden, daß einer der Ströme, die man aus der Abtrennung erhält, ein Gas ist, das Kohlenmonoxid und Wasserstoff in einem Molarverhältnis enthält, das zur nachfolgenden Bildung von Methan durch Umsetzung von Kohlenmonoxid und Wasserstoff geeignet ist. Es kann auch ein Strom mit dem gewünschten Verhältnis dadurch erhalten werden, daß man wenigstens einen Strom, der von den kohlenmonoxidangereicherten und wasserstoffangereicherten Strömen, die man von der Abtrennung erhält, abstammt, mit einem Strom kombiniert, den man von dem dissoziierten Methanolstrom vor der Abtrennung abzieht und/oder mit wenigstens einem anderen Strom kombiniert, den man von den kohlenmonoxidangereicherten und wasserstoffangereicherten Strömen auswählt. Ein geeignetes Verhältnis ist etwa ein Mol Kohlenmonoxid zu drei Molen Wasserstoff, wobei die Methanbildung nach der folgenden Gleichung bewirkt werden kann:

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- -26 -29

CO + 3H₂ » CH- + H₂O

Die Methanbildung v/ird mittels bekannter Verfahren durchgeführt, wobei man zur Hethanherstellunr Standardbeciindungen und bekannte Katalysatoren verwendet.

Wenn man die Gasturbine zum Antreiben eines Generators verwendet, kann diese Ausführung^ form der Erfindung verwendet werden, um als abgeschlossene Einheit zur Erzeugung von elektrischer Energie und Methangas benutzt zu werden. Die Einheit kann beispielsweise verwendet werden, um als Be reit Schaftskapazität während Spitzen an Elektrizitäts- und Gasverbrauch zu dienen.

Die Erfindung v/ird nunmehr in weiteren Einzelheiten unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführunjsfornen mit Hilfe der begleitenden Zeichnungen erläutert, wobei in

Pig. 1 in Diagrammform eine Gasturbine gezeigt v/ird, die entsprechend der Erfindung modifiziert arbeitet und bei der ebenso kohlenmonoxidangereicherte und wasserstoffangereicherte technische Gase zugeführt v/erden können}

Fig. 2 ein Verfahren nach der Erfindung zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit der Turbine und weiterhin eine bevorzug te Anordnung der Methanol-Dissosiierungsvorrichtung, wie in ?ig. 1 verwendet, gezeigt wird;

Pig. 3 in einem Pließdiagramm die Art und TCeise gezeigt wird, wie man die Erfindung zur Herstellung von flüssigem

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Wasserstoff verwendet;

Pig β 4 in einem Fließuiagramm die Verwendung des erfinduncsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Walzstahlprodukten gezeigt wird}

Pig. 5 in v/eiteren Einzelheiten eine bevorzugte Anordnung für den Erzreduktionsofen gezeigt wird, der in der in Fig. 4 erläuterten Anordnung verwendet wird, und

Pig. 6 eine Modifizierung der Anordnung von Pig. 1 zur gemeinsamen Herstellung von elektrischer Kraft und Methangas gezeigt wird.

Unter Bezugnahme auf die Fi^n. 1 und 2 der Zeichnungen, enthält 2 eine Dissoziierungsvorrichtung, in der das Methanol verdampft, überhitzt und dissoziiert wird, 4 eine Gasturbine und 6 eine wahlweise angeordnete Niedertemperaturabtrenneinheit.

Flüssiges Methanol wird der Anlage über die Leitung 100 zugeführt und durch die Dissoziierungsanlage 2 geleitet, in der es verdampft, überhitzt und wenigstens teildissoziiert wird in Kohlenmonoxid und Wasserstoff. Wie Fig. 2 zeigt, umfaßt die Dissoziierungsanlage ein Paar Wärmeaustauscher 2A und 2B. 2B ist ein Verdampfer und Überhitzer und 2A ist eine Dissoziierungsanlage für das Methanol und enthält die Röhren 206, durch die das Methanol geleitet wird und die mit Katalysatormaterial bepackt sind, um die Dissoziierung des Methanols su fördern. Es kann beispielsweise jedes ka-

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talysatorgefüllte Rohr, das aus korrosionsresistentem Cr/ Mo-Legierungsstahl besteht, eine Länge von 6 η bei einem Durchmesser von 5|08 cm haben. Die ersten 2,40 m des Rohrs beim Hochtemperaturende des Austauschers ist mit einem 6,3 mm zylindrischen Methanol-Dissoziierungskatalysator auf Zinkbasis bepackt, wie er z.B. von Wentworth Bros, of Cincinatti, Ohio, USA auf den Markt gebracht wird und die verbleibenden 3,60 m des Rohrs sind mit einem liiedertemperaturkatalysator auf Kupfer- oder Zinkbasis sowie einem ICI-Katalysator 51 bepackt, der von Imperial Chemical Industries, Ltd., London, England auf den Markt gebracht wird. Das Methanol kann zu einer wenigstens 95^igen Dissoziierung unter geeigneten Temperaturbedingungen, v/ie sie beispielsweise im nachfolgenden Beispiel 1 angegeben sind, während dem Durchlaufen durch dieses Rohr mit einer Geschwindigkeit von 12,5 kg/Std. dissoziiert werden.

Das flüssige Methanol durchläuft zuerst bei Raumtemperatur den Verdampfer/Überhitzer 2B, wo es verdampft und überhitzt wird und wird dann über die Leitung 204 zu der Dissoziierungsvorrichtung 2B durch die katalysatorgepackten Röhren 206 geleitet und weitgehend zu Kohlenmonoxid und Wasserstoff dissoziiert wird.

Im einfachsten Falle, wie in Pig. 2 erläutert, wird das gesamte dissoziierte von der Dissoziierungsvorrichtung 2A gewonnene Methanol, das geeigneterweise zu etwa 95 fi dissoziiert ist, über die Leitung 104 zu dem Einlaß der G-as-

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- Xr-12.

turbine geleitet, v/o es mit Luft, die durch die Leitung 124 zugeführt wird, verbrannt v/ird. Die Abgase von der Turbine v/erden in der Leitung 132 aufgenommen und zuerst der l)isr;oziierungsvorrichtung 2B zugeführt, wo sie durch die Außenschale im Gegenstrom zum indirekten Wärmeaustausch mit dem Strom, der durch die Katalysator gepackten Röhren 206 geleitet wird, laufen, um die Wärme für die endotherme Dissoziierung zu liefern. Die so gekühlten Abgase werden dann von der Discoziierungsvorrichtung gewonnen und über die Leitung 202 zur Verdampfungs-Züberhitzungsvorrichtung 2B geleitet, v/o sie das Methanol in der Leitung 100, das als Zuführung für die Dissoziierungsvorrichtung gedacht ist, verdampfen und überhitzen. Die von den Verdampfern und Überhitzern 2B gewonnenen Abgase v/erden dann über die Leitung 1J6 in die Atmosphäre abgegeben.

Mittels dieser Anordnung erhält man die gesamte Energie zum Dissoziieren des I.Iethanolbrennstoffs für die Gasturbine aus der 'Värme der heißen Abgase und es v/ird dadurch die Leistung der Turbine (llettokraft pro Einheit Brennstoff, der in einer Stunde verbraucht wird), bezogen auf die Nettokalorienwerte von beispielsweise bis zu 20 yo oder sogar mehr, erhöht.

Tatsächlich, wie bereits oben erörtert, ist die in den heißen Abgasen zur Verfügung stehende Energie wesentlich größer als die Energie, die zur Dissoziierung des Methanols

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zum Betreiben der Gasturbine erforderlich ist und in einer verbesserten Ausführungsform kann dieser Energieüberschuß zur Dissoziierung von weiterem Methanol verwendet werden. Diese Modifizierung ist in Pig. 1 erläutert, in der die Einheiten und Leitungen, die der Anordnung von Figo 2 entsprechen, die gleichen Bezugszahlen haben.

In der Anordnung der Fig. 1 ist jedoch die Leitung 102, in der das dissoziierte Methanol von der Dissoziierungsvorrichtung 2 gewonnen wird, mit zwei Leitungen 104 und 106 verbunden, von denen jede mit einem Ventil 108 bzw. 110 ausgestattet ist. Die Leitung 106 führt zu einer Niedertemperatureinheit, wie in Diagrammform mit 6 bezeichnet ist, wo das dissoziierte (Jas in der Leitung 106 mittels bekannter Verfahren in einen kohlenmonoxidangereicherten Strom, der durch die Leitung 112 gewonnen wird und in einen wasserstoffangereicherten Strom, der durch die Leitung 114 gewonnen wird, aufgeteilt wird. Die Leitung 112 versorgt zwei Leitungen und 118 über die Ventile 120 und 122. Die Leitung 114 versorgt zwei Leitungen 124 und 126 über die Ventile 128 und 130.

Das kohlenmonoxidangereicherte Gas kann aus der Anlage aus der Leitung 118 und das wasserstoffangereicherte Gas kann aus der Leitung 126 entnommen werden. Weiterhin kann, da die Leitungen 104, 116 und 124 mit dem Kraftstoffeinlaß der Gasturbine verbunden sind, die Gasturbine mittels einem Teil des dissoziierten Methanolstroms, der von der Dissozi-

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ierungsvorrichtung 2 in der Leitung 102 gewonnen wird, oder bei einem Teil oder dem gesamten monoxidangereicherten Gas aus der Abtrennvorrichtung oder mit einem Teil oder dem gesamten wasserstoffangereicherten Gas aus der Abtrennvorrichtung als Brennstoff versorgt werden. Kombinationen dieser Alternative sind ebenso möglich. Es kann daher die Anlage so angeordnet werden, daß kohlsnmonoxidangereichertes Gas und/oder wasserstoffangereichertes Gas sowohl als technisches Gas sowie als zusätzliche Kraft für die Turbine 4 verwendet werden können.

Die Gasturbine 4, kann wenn gewünscht, entsprechend den Kraftwünschen zur Trennung der Gase in der Niedertemperaturtrennvorrichtungseinheit 6 sowie zur Zuführung von Kraft für andere Zwecke, z.B. zur Elektrizitätsherstellung, ausgelegt werden. Die Kraft, die zur Trennung erforderlich ist, v/ird normalerweise nur einen sehr geringen Anteil der von der Turbine zur Verfügung stehenden Gesamtkraft ausmachen.

Es ist weiterhin darauf hinzuweisen, daß die Gasturbine 4, wenn gewünscht, durch mehrere Gasturbinen ersetzt werden kann.

Eine Anpassung der Anordnung ist in allgemeiner Weise in Pig. 1 erläutert, zur Herstellung von flüssigem Wasserstoff aus wasserstoffangereichertem Gas, das in dem Niedertemperaturabscheider 6 hergestellt wird, ist nunmehr unter Bezugnahme auf Pig. 3 beschrieben, in der die Einheiten, die

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der Anordnung von Pig. 1 entsprechen, die gleichen Bezugszahlen aufweisen. Es ist daher 2 eine Methanoldissoziierungsvorrichtung, 3 eine Verbrennungsmaschine, die einen Kraftgenerator antreibt, der in diesem Falle drei Gasturbinen-Hochdruckgasgeneratoren 4a, drei Abgas-Wiedererhitzungsverbrennungsvorrichtungen 4b und drei Turbinen 4c umfaßt, die die drei Elektrizitätsgeneratoren 10a, 10b und 10c antreiben. Die Anordnung innerhalb der unterbrochenen Linien, die mit 6 bezeichnet ist, ist eine Niedertemperatur-Wasserstoff/Kohlenmonoxid-Trennvorrichtung und umfaßt eine Reinigungseinheit für dissoziiertes Gas 12, einen Wärmeaustauscher 14, einen Flüssigkeit/Gasabscheider 16, einen Wärmeaustauscher 18, einen Flüssigkeit/Gasabscheider 20, eine Expansionsturbine 22 und eine Turbinenbremse 24, die einen Wasserstoffgaskonpressor oder eine Krafterzeugungsanlage oder eine andere geeignete Vorrichtung sein kann. Die Anordnung innerhalb der unterbrochenen Linien, die mit 26 bezeichnet ist, ist eine Wasserstoffverflüssigungseinheit, die eine Gas reinigungseinheit 28, einen Wärmeaustauscher 30, eine Niedertemperatur-Gasreinigungseinheit 32, einen Wärmeaustauscher/Verflüssiger 34, eine Expansionsturbine 36, einen Turbinenbremse 38, einen Wasserstoffkompressor 40 und einen Antriebsmotor 42 und einen Nachkühler 44 umfaßt. 46 ist ein Abgaswiedererhitzer für jede der Turbinen entsprechend 3·

Es ist darauf hinzuweisen, daß die Niedertemperaturabtrenneinheit 6 und die Verflüssigungsanlage 26 nur durch Symbole

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dargestellt sind, wobei aber ihre Konstruktions- und Arbeit seinzelheit en den allgemein bekannten Prinzipien und Verfahren entsprechen.

Es ist weiterhin darauf hinzuweisen, daß der ITiederuemperaturabscheider 6 und die Verflüssigungsanlage 26 keine getrennten Anlagen sind, wie dies im Diagramm gezeigt ist, sondern daß sie eine einzige Verfahrenseinheit bilden können»

Methanol v/ird der Dissoziierungsvorrichtung zugeführt, die die in Pig. 2 beschriebene und erläuterte Konstruktion aufweist, und zwar über die Leitung 300. In der Dissoziierungsvorrichtung v/ird das Methanol, wie oben beschrieben, erhitzt, und einem Katalysator bekannter Art ausgesetzt, wodurch os verdampft und in bekannter V/eise wenigstens dissoziiert v/ird zu Kohlenmonoxid und Wasserstoff, wobei der Grad der Dissoziierung teilweise durch die Art des Katalysators und teilweise durch die Temperatur gesteuert wird. Wenn gewünscht, kann die Erhitzung in einer Stufe oder in einer Mehrzahl von Stufen bewirkt v/erden, wobei zunächst das Methanol verdampft und dann in Gegenwart eines Katalysators zur Bewirkung der Dissoziierung erhitzt wird.

Das dissoziierte Gas leitet man über die Leitung 302 zur Reinigungseinheit 12, in der das Gas gekühlt und zur Entfernung von Wasserdampf, überschüssigem Methanol und Kohlendioxid mittels geeigneter Verfahren behandelt wird. Das rückgewonnene Methanol, das Wasser und andere Verunreini-

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gungen enthalten kann, wird über die Leitung 303 abgeführt und kann als solches entfernt werden oder ganz oder teilweise als Wiedererhitzungsbrennstoff in den Einheiten 4b oder 46 oder als zusätzlicher Kraftstoff für die Turbinen 4a verwendet werden.

Das gereinigte Gas von 12 wird über die Leitung 304 zu dem cryogenen Abtrennungsabschnitt geleitet, in dem für die erforderliche Kühlung durch expandierendes Gas in der Expansionsturbine 22 gesorgt wird. Das Gas muß daher diesem Abschnitt mit dem erforderlichen erhöhten Druck zugeführt v/erden und dies kann dadurch erreicht werden, daß man das gereinigte Gas mittels irgendwelcher Vorrichtungen, die nicht aufgezeigt sind, verdichtet, bevor man e3 dem Wärmeaustauscher 14 als Beschickung zuführt. Es kann aber auch das Methanol als solches bei einem geeignet erhöhten Druck der Leitung 300 zugeführt v/erden.

In dem Wärmeaustauscher 14 wird das verdichtete Gas gekühlt und ein Teil des Kohlenmonoxids verflüssigt. Das verdichtete Gas/flüssige Gemisch wird dem Abscheider 16 zugeleitet, v/o das Gas befreit von dem Kohlenmonoxid, gewonnen und über die Leitung 306 dem Wärmeaustauscher 18 zugeleitet wird, wo es weiter gekühlt und weiteres Kohlenmonoxid auskondensiert wird. Das so erhaltene verdichtete Gas/Flüssigkeitsgemisch wird dann dem Abscheider 20 zugeführt, wo das wasserstoffangereicherte Gas bei erhöhtem Druck über die Leitung 308 abgezogen und durch den Wärmeaustauscher 18 zur Wiedererwärmung

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vor der ^xpunüion in der Expansionsturbine 22 wiedererhitzt wird. Kaltes Niederdruck wasserstoffangereichertes Gas von der Expansionsturbine v/ird dann über die Leitung 310 dem Austauscher 18 zugeleitet, wo es die erforderliche Kulte erhält. Dieses Gas leitet man dann durch den wärmeren Wärmeaust aus eher 14 und dann zu den Ventilen 312 und 316. Über das Ventil 312 wird ein Teil des wasserstoffangeroicherten Gases über die Leitung 314 im allgemeinen verwendet in anderen Verfahren usw., nach Wunsch abgezogen. Der Rest v/ird über das Ventil 316 und die Leitung 318 zu dein WasserstoffverflüsGiger 26 geleitet.

Die kohlenmonoxidangereicherte Flüssigkeit von dem Abscheider 16 wird über das Ventil 320 abgezogen und über die Leitung 332 in den Gasstrom der Leitung 330 vom Wärmeaustauscher 18 geleitet und dem Wärmeaustauscher 14 zugeführt. Die kohlenmonoxidangereicherte Flüssigkeit vom Abscheider 20 wird über das Ventil 324 abgezogen und über die Leitung 326 der Leitung 330 zugeführt und dann über die Wärmeaustauscher 18 und 14 geleitet. Wenn gewünscht, kann der kohlenmonoxidangereicherte Strom in der Leitung 330 mit Wasserstoff angereichertem Gas aus der Leitung 308 über das Ventil 328 ergänzt werden. Auf diese Weise kann die Qualität und Quantität des kohlenmonoxidangereicherten Gas, das den Abscheider verläßt, gesteuert werden, wodurch man ein Verfahren zur Steuerung der Fließgeschwindigkeit und des Energiegehalts des Gasstroms in der Leitung 330 erhält, was wie

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nachfolgend erwähnt, verwendet werden kann, um den Gasturbinenkomplex 4a, 4b mit Brennstoff zu versorgen.

Das kohlenmonoxidangereicherte Gas in der Leitung 330 kann über das Ventil 332 und die Leitung 334 geleitet und für allgemeine Zwecke in anderen Verfahren usw., nach Wunsch, abgezogen werden. Das kohlenmonoxidangereicherte Gas kann ebenso über die Leitung 336 als Brennstoff für die Kraftversorgungsanlage 3, wie nachfolgend noch eingehender beschrieben, abgezogen werden.

Das v/asserstoffangereicherte Gas der Leitung 313, das den Verflüssiger 26 verläßt, wird zuerst einer Reinigungseinheit 28 zugeführt, wo das wasserstoffangereicherte Gas durch Adsorption oder anderen Verfahren behandelt werden kann, um wenigstens einen Teil des verbliebenen Kohlenmonoxids und alle anderen Verunreinigungen zu entfernen, die sonst in der Verflüssigungseinheit sich verfestigen könnten» Das Gas in der Leitung 318 kann ebenso, wenn gewünscht, mittels nicht gezeigter Verfahren verdichtet werden. Das Gas wird dann über die Leitung 352 dem Wärmeaustauscher 30 zugeführt, wo es gekühlt und dann einer Niedertemperatur-Reinigungseinheit 32 zugeführt wird. Diese Behandlungseinheit entfernt durch Adsorption, Absorption oder durch ähnliche Verfahren alles verbliebene Kohlenmonoxid und andere Verunreinigungen, die noch in dem Gas enthalten sind, die ausgefroren werden könnten und sich in dem Niedertemperatur-Wärmeaustausoher/ Verflüssiger 34 ablagern können. Die aus den Einheiten 28

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und 32 gewonnenen kohlenmonoxidenthaltenden Ströme können als Brennstoff dem Turbinenkomplex 3 zugeführt werden» Der gereinigte Wasserstoff aus der Einheit 32 wird über die Leitung 554 dem V/änneaustauscher/Verflüssiger 34 zugeleitet und als flüssiger Wasserstoff abgezogen. Eine aus verdichtetem Wasserstoff bestehende geschlossene Ringleitung wird als Verflüssigungskühlmittel verwendet. In diesem Ring wird verdichteter und gekühlter Wasserstoff dem Wärmeaustauscher 30 über die Leitung 362 zugeführt und nachdem er dort gekühlt wird, wird er der Expansionsturbine 36 zugeleitet, die mit der Turbinenbremse 38 zusammenarbeitet. Die Turbinenbremse 38 kann eine Krafterzeugungsanlage oder eine Wasserstoffverdichtungsanlage oder eine ähnliche Vorrichtung sein, die Energie von der Turbine 36 abnimmt. Der gekühlte Niederdruckwasserstoff aus der Expansionsvorrichtung 36 wird über die Leitung 356 und den Wärmeaustauscher/ Verflüssiger 34 geleitet, wo er als notwendiges Kühlmittel zur Kühlung und Verflüssigung des Wasserstoffs in dem Gasstrom 354 dient. Der Niederdruokkühlwasserstoff in der Leitung 356 wird dann vom Wärmeaustauscher/Verflüssiger 34 in den Wärmeaustauscher 30 geleitet, wo er vor dem Einleiten in den Wasserstoffkompressor 40 erwärmt wird. Heißer, verdichteter Wasserstoff wird dann von dem Kompressor 40 dem Nachkühler 44 zugeleitet, wo er mit Kühlwasser gekühlt wird, das über die Leitung 360 zugeführt wird und der gekühlte, verdichtete Wasserstoff wird dann über die Leitung 362 im Kreislauf zurückgeführt.

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Die für die Y/asserstoffverflüssigung erforderliche Energie wird hauptsächlich durch den Kompressormotor 42 geliefert, der seinerseits mit Elektrizität von der Krafterzeugungseinheit 3 versorgt wird.

Die Krafterzeugungseinheit 3 ist als Gasturbineneinheit gezeigt, die Strahl- oder Hochdruckgas_t°;eneratoren 4a umfaßt, die mit Brennstoff über das Ventil 348 durch einen Teil des dissoziierten Methanols in der Leitung 302 stromab der Dissoziierungsvorrichtung 2 oder über das Ventil 340 durch kohlenmonoxidangereichertes Abgas über die Leitung 336 von dem Abscheider 6 oder durch ein Gemisch von diesem versorgt wird. Die Beschaffenheit des Brennstoffs, der jedem Generator 4a zugeführt wird, kann gleich oder verschieden sein. Der methanolhaltige Strom von der Reinigungseinheit 12 in der Leitung 303 und/oder irgendwelche Kohlenmonoxid-Reinigungsgasströme von den Einheiten 12, 28 und 32 können ebenso als Brennstoff für diese Generatoren verwendet werden, wobei sie jedoch im allgemeinen ein erneutes Verdichten erforderlich machen. Heißes, unter Druck befindliches Abgas von jedem Gasgenerator 4a läuft über einen gegebenenfalls angeordneten Wiedererhitzungsbrenner 4b, in dem v/eiterer Kraftstoff verbrannt werden kann, um die Arbeitsleistung der Krafterzeugungsanlage 3 ausgleichen zu helfen und die für die Dissoziierungsvorrichtung 2 erforderliche Wärme zu schaffen. In dieser Weise kann der zur Verfügung stehende flüssige Wasserstoff, das wasserstoffangereicherte Gas, Kohlenmonoxidangereicherte Gas und überschüssige Kraft im gewissen Aus-

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ί/Χ

maß variiert v/erden, sowohl durch die Umwandlung der zusätzlichen Brennstoffenergie in mechanische Energie in der Kraftturbine 4c, als auch in Form einer Temperaturerhöhung des Abgases in der Abgasleitung 164. Der Brennstoff für den 'i7iedererh.it zer 4b kann sein ein herkömmlicher flüssiger oder gasförmiger Brennstoff oder Methanol, zugeführt über das Ventil 346 aus der Leitung 342, dissoziiertes Methanol, zugeführt über das Ventil 350 aus der Leitung 302, kohlenmonoxidanoereichertes Gas in Form von Abgas aus dem Abscheider 6, zugeführt aus der Leitung 336 über das Ventil 338, oder ein Gemisch von zwei oder mehr dieser Materialien. Die Brennütoffwerte in dem methanolhaltigen Material aus der Leitung 303 und/oder irgendeinem Niederdruck-Spülgasstrom, den man von irgendeiner der Reinigungseinheiten 12, 28 und 32 erhält, kann ebenso für diesen Zweck verwendet werden.

Das unter !Druck stehende heiße Abgas aus jedem Strahlgasgenerator 4a, das weiter in dem Wiedererhitzer 4b erhitzt werden kann, durchläuft dann eine Kraftexpansionsturbine 4c, wo Energie als elektrische Energie in den Generatoren 10a, 10b und 10c gev/onnen wird. Das heiße Abgas von der Expansionsvorrichtung wird über die Leitung 364 geleitet, und wenn gewünscht, kann ein Teil in die Atmosphäre oder zu einer anderen Wärmegewinnungsvorrichtung, wie einem Kessel, über das Ventil 366 und die Abgasleitung 370 abgeleitet werden.

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In der Erfindung leitet man wenigstens einen Teil des Abgases über das Ventil 368 und die Leitungen j72 und 376 zu der Dissoziierungsvorrichtung 2, wo die Wärme dieser Gase verwendet wird, um Methanol in der Leitung 300 durch indirekten Wärmeaustausch zu erhitzen und zu dissoziieren. Wenn gewünscht, kann das Abgas vor der Einführung in die Dissoziierungsvorrichtung 2 durch einen gegebenenfalls eingeschalteten Abgas-Wiedererhitzer 46 geleitet werden, der zur weiteren Wiedererhitzung des Abgases verwendet werden kann, wodurch die Abgastemperatur und das Verhältnis der Krafterzeugung zu der Methanoldissoziierung variiert werden kann. Brennstoff wird dem Wiedererhitzer 46 über die Leitung 374 zugeführt, und es kann dies irgendein flüssiger oder gasförmiger Brennstoff oder irgendeiner der Brennstoffe sein, der innerhalb der Anlage zur Verfügung steht, wie Methanol, dissoziiertes Methanol oder kohlenmonoxidangereicher tes Gas ο Es kann aber auch die Einheit des Brennstoffs mit Niederdruck-Spülgasströmen von irgendeiner der Sasreinigungs einheiten 12, 28 und 32 oder mit zurückgewonnenem Methanol aus der Reinigungseinheit 12 versorgt werden.

Das Abgas von der Dissoziierungsvorrichtung 2 wird über die Abgasleitung 378 in die Atmosphäre abgeleitet.

Es ist darauf hinzuweisen, daß viele Änderungen vorgenommen werden können. Beispielsweise kann anstelle des Elektromotors 42, der den Wasserstoffkompressor 40 antreibt, eine unmittelbare mechanische Antriebsverbindung zwischen einer

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oder mehrerer der Gasturbinen 4a und dem Kompressor 40 vorgesehen werden.

Die erläuterte Anordnung schafft eine beträchtIiehe Beweglichkeit hinsichtlich der Krafterzeugungsanlagen in bezug auf die iJ'iedertemperatur-Abscheidereinheit 6 und die Verflüssigungsanlage 26 und hinsichtlich der Art und V/eise, in der die Einheit als Ganzes mit Kraftstoff versorgt werden kann, wodurch die Anpassungen nach den vorherrschenden örtlichen Bedingungen möglich sind.

Nach der Erfindung deckt das Abgas von wenigstens einer der Turbinen 4a wenigstens einen Teil des Wärmebedarfs der Dissoziierungsvorrichtung, wobei es jedoch in der Praxis bevorzugt wird, daß die gesamte Wärme für die Dissoziierungsvorrichtung auf diese Weise zur Verfügung gestellt wird, so daß der Wiedererhitzer 46 nicht benötigt wird.

Sofern ein wesentlicher Bedarf an wasserstoffangereichertem Gas oder kohlenmonoxidangereichertem Gas aus dem dissoziier ten Gasstrom besteht, wird es im allgemeinen bevorzugt, die zur Befried%jngdieses Bedarfs zur Verfügung stehende Gasmenge in erster Linie durch Verwendung der Wiedererhitzer 4b und zweitens durch Verwendung des Wiedererhitzers 46 zu befriedigen.

Es ist darauf hinzuweisen, daß mittels dieser Anordnung ein im wesentlichen selbständig ablaufendes Verfahren zur in situ Herstellung von flüssigem Wasserstoff aus einer leicht

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zur Verfügung stehenden, sicheren und leicht zu transportierenden und zu lagernden Flüssigkeit; d.h. Methanol, zur Verfügung steht.

Wenn gewünscht, kann der flüssige Wasserstoff destilliert werden, um Deuterium zu gewinnen und die Kraft für die Destillation kann zweckmäßigerweise durch den Gasturbinenkomplex 3 zur Verfugung gestellt werden.

Es wird nunmehr die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Walzstahl beschrieben unter Bezugnahme auf die Fign. 4 und 5 der Zeichnungen, worin die Einheiten mit den Anordnungen der Fign. 1 und 2 entsprechen und die gleichen BeZugnummern haben. Es ist demgemäß unter Bezugnahme auf die Zeichnungen die Bezugsnumiaer 2 eine Methanoldissoziierungsvorrichtung, 4 eine Gasturbine (oder eine Uehrzahl von Gasturbinen), 6 ein Niedertemperaturabscheider, für den von der Dissoziierungsvorrichtung gewonnenen Gasstrom, wobei der Abscheider so gebaut ist und arbeitet, wie es oben unter Bezugnahme auf die Fig. 3 beschrieben wurde; 50 ist ein Erzreduzierungskomplex , der einen Wärmeaustauscher 66, einen Waschkessel 68, einen Vorerhitzer 70, einen JSrzreduzierungsofen 62, Gasabsperrvorrichtungen 60 und 64 und ein Umwälzgebläse 72 umfaßt} 52 ist ein Lichtbogenofen, 54 eine Gießanlage, 56 ein Wiedererhitzer, 58 eine Metallblechwalzanlage und 60 eine Elektrizitätserzeugungsanlage.

Das Methanol wird in die Dissoziierungsanlage 2 über die

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Leitung 402 eingeführt und in der Anlage verdampft und wenigstens teildissoziiert in Kohlenmonoxid und Wasserstoff. Die Dissoziierungsanlage kann wie oben unter Bezugnahme auf Pig. 2 beschrieben, gebaut sein.

Die Gesamtwärme für die Dissoziierung wird durch die Abgase aus der Gasturbine 4 zur Verfügung gestellt, wobei die Gase gesammelt und der Dissoziierungsanlage in der Leitung 404 zugeführt und von der Dissoziierungsanlage zu der Leitung 406 abgeführt werden. Wenn gewünscht, kann aus den oben angegebenen Gründen, wenn die Gasturbine eine Einheit mit geteilter Welle ist, diese mit einem Wiedererhitzer, Brenner oder Brennern nach oder vorzugsweise vor der Endexpansion in die Kraftturbine ausgestattet werden, wie dies beispielsweise oben unter Bezugnahme auf die Anordnung, wie in Fig.3 erläutert, beschrieben wurde.

Den aus der Dissoziierungsvorrichtung erhaltenen Gasstrom, der ein Gemisch in erster Linie von Kohlenmonoxid, Wasserstoff und möglicherweise etwas nicht dissoziiertem Methanol ist, gewinnt man in der Leitung 108 und leitet ihn dem Niedertemperaturabecheider 6 zu.

Der Niedertemperaturabscheider 6 ist zweckmäßigerweise so konstruiiert und angeordnet, daß er entsprechend der oben beschriebenen Einheit wie unter Pig. 3 beschrieben, arbeitet und verwendet eine Expansionsturbine oder eine von außen wirkende Abkühlanlage, um die erforderlichen cryogenen Tempera-

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türen zu erreichen. Wenn diese mit Hilfe der Expansionsturbine erreicht sind, ist es klar, daß der zur Abtrennung bestimmte Gasstrom dem Abscheider bei erhöhtem Druck zugeführt werden muß. Dies kann dadurch erreicht werden, daß man die der Dissoziierungsvorrichtung zugeführte Methano!beschickung oder den Gasstrom in der Leitung 408 unter Druck bringt.

Die zur Abscheidung erforderlichen Temperaturen hängen in erster Linie von dem Grad der gewünschten Abscheidung ab, wobei dies wiederum abhängig ist von dem Grad der gewünschten Wasserstoffreinheit in dem wassersjoffangereicherten Strom, den man als Ergebnis der Abscheidung erhält. Wenn gewünscht, können weitere Stufen zur Erhöhung der Reinheit des wasserstoffangereicherten Stroms verwendet werden, wie eine Adsorptionsstufe. Alle diese Anlagen sind bekannt. Aus dem Abscheider wird ein wasserstoffangereicherter Strom in der Leitung 410 und ein kohlenmonoxidangereicherter Strom in der Leitung 450 gewonnen. Die Leitungen 452 und 454 und die Ventile 456 und 458 sind dazu vorgesehen, Gas aus diesem kohlenmonoxidangereicherten Strom als Brennstoff zu der Gasturbine 4 und für andere Zwecke in der Anlage oder für den Verkauf als Verbrennungs- oder technisches Gas zu liefern.

Der wasserstoffangereicherte Strom aus dem Niedertemperaturabscheider 6 wird einer Erzreduzierungseinheit zugeleitet, die im allgemeinen mit der Bezugsnummer 50 bezeichnet

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ist, wo es wenigstens einen Teil der Reduzierungsatmosphäre zum Reduzieren der Eisenoxide in Eisenerz zu Eisenmetall in bekannter Weise liefert. Während in dem Verfahren, wie es in den Zeichnungen erläutert ist, ein Schachtofen 62 zur Reduktion verwendet wird, können ebenso andere Vorrichtungen verwendet werden, wie beispielsweise ein Wirbelbett, Pestbett oder eine Drehofen-Reduziervorrichtung.

Es ist vorgesehen, daß der Wasserstoff in dem Erzreduzierungsofen 62 im Überschuß gegenüber der zur Reduktion erforderlichen Menge eingeführt wird, um die Wärme für die endotherme Reduktion zuzuführen und Wärmeverluste auszugleichen. Das zurückgewonnene Gas, das den Wasserstoffüberschuß und weiterhin Kohlenoxide und Stickstoff aus irgendeiner Zuführung oder einem Zutritt von Luft oder inertem Gas enthält, kann gereinigt als Brennstoffgas geringer Qualität als allgemein verwendbarer Brennstoff oder beispielsweise als Brennstoff für den Wiedererhitzer 56 verwendet werden.

Unter Bezugnahme auf Pig. 5 wird das zur Reduktion vorgesehene Erz über eine Gasschleuse 60 und über die Leitung 444 dem Ofen 62 zugeführt. In dem Ofen wird das Erz in der Vorerhitzungszone 62A erhitzt und in der Reduktionszone 62B reduziert durch heiße, wasserstoffhaltige Gase, die in den Ofen über die Düsenvorrichtung 414 eingeführt werden und den Ofen aufwärts durchlaufen und das Erz wird fortschreitend zu metallisiertem Erz reduziert. Unterhalb der

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Düaenvorrichtung 414 wird das metallisierte Erz weiter teilreduziert und in der Kühlzone 62C durch gekühltes, wasserstoffhaltiges Gas gekühlt, das am Boden des Ofens 62 über die Leitung 422 zugeführt wird.

Gekühltes, metallisiertes, reduziertes Erz wird aus dem Ofen 62 über die Schleuse 64 und den Entleerungsverschluß 446 abgezogen.

Wasserstoff, der in die Erzreduktionseinheit 50 eiritritt, geht über die Leitung 410 in die Leitung 412, in der gekühltes, wassergesättigtes Wasserstoffgas befördert wird, das im Kreislauf zu dem Ofen 62 über die Einspeisvorrichtung 414 zurückgeführt. Das gemischte Gas in der Leitung 412wird dem Wärmeaustauscher 66 zugeführt, wo es im Gegenstrom zu den heißen Gasen, die den Ofen über die Leitung 416 verlassen, erhitzt, und dann der Vorerhitzereinheit 70 zugeführt wird, wo Luft, sauerstoffangereicherte Luft oder Sauerstoff über die Leitungen 432 und 434 zugeführt und zur teilweisen Verbrennung des wasserstoffangereicherten Gasstroms verwendet werden, um seine Temperatur auf 600 bis 1000⁰C zu erhöhen, bevor er über die Leitung oder Düsenvorrichtung 414 einer Stelle oberhalb des unteren Teil des Ofens 62 zugeführt wird. Luft, säuerstoffangereicherte Luft oder Sauerstoff, die der Anlage über die Leitung zugeführt werden, können ebenso über die Leitung 442 geleitet und dem Ofen bei einem oder mehreren Funkten über der Gaseintrittsleitung oder Düsenvorrichtung 4'= 4 zugeführt

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Sir

werden. Wie der Zeichnung zu entnehmen ist, sind drei Zugabestellen mit den Ventilen 436, 4-38 und 440 vorgesehen. Luft, sauerstoffangereicherte luft oder Sauerstoff können bei diesen Punkten zugeführt werden, um weitere Wärme für die Verbrennung zu bilden und der Temperaturverringerung entgegenzuwirken, die durch die endotherme Erzreduktionsreaktion verursacht wird. Die heißen, wasserstoffhaltigen Gase, bewegen sich aufwärts im Gegenstrom zu dem sich abwärts bewegenden, in Reduktion befindlichem Erz be, und die heißen Gase, die zusätzlich Wasserdampf, der durch Verbrennung eines Teils des Wasserstoffs durch Zuführung von Sauerstoff und durch die Reduktion des Erzes gebildet wird, und weiterhin Kohlendioxid aus irgendwelchem Kohlenmonoxid, das in dem anfangs wasserstoffangereicherten Gas, das über die leitung 410 zugeführt wird, enthalten, verlassen über die Leitung 416 den Ofen und werden in dem Wärmeaustauscher 66 gekühlt, bevor sie das Gefäß zur Wasserwäsche 68 durchlaufen, wo die Gase weiterhin gekühlt und der überschüssige Wasserdampf kondensiert und durch unmittelbare Zugabe von Kühlwasser über die Leitung 430 entfernt wird.

Bas gekühlte, wassergesättigte, wasserstoffhaltige Gas verläßt den Wäscher 68 über die Leitung 418 zu einem Umwälzgebläse 72. Hinter dem Gebläse 72 wird ein erster Teil des Gasstroms der Leitung 412 der Kreislaufführung zu dem Wärmeaustauscher 66 zur Wiedererhitzung und ein zweiter Teil der Leitung 420 zugeführt.

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Ein erster Teil des Stroms in der Leitung 420 wird über das Ventil 426 und die Leitung 422 dem Boden des Ofens 62 zugeleitet, von wo das Gras aufwärts durch den unteren Teil des Ofens läuft und das sich abwärts bewegende reduzierte Erz kühlt. Gleichzeitig wird das aufwärts fließende Gas erhitzt und reduziert weiterhin teilweise einen Teil des heiß reduzierten Erzes unterhalb der Zuleitung oder Düse 414* Dar Wasserdampfgehalt dieses Gases, das in den Boden des Ofens über die Leitung 422 eingeführt wird, kann so gesteuert werden, daß die Oberfläche des reduzierten Erzes mit einer dünnen Magnetitschicht abgedeckt wird, die dazu hilft, das reduzierte Erz gegenüber Oxidation resistenter und damit für die Lagerung geeigneter zu machen.

Ein zweiter Teil des Gasstroms in der Leitung 420 wird aus der Einheit über das Ventil 428 und die Leitung 424 entnommen, um die Ansammlung von Kohlenoxiden, die man durch irgendwelches Kohlenmonoxid, das in dem Wasserstoff angereicherten Beschickungsgas enthalten ist, sowie von Stickstoff und inerten Materialien, die über Lufteinbruch und durch die Leitung 432 eingeführt werden, zu entfernen.

Dae Roheisenmetall, das durch unmittelbare Reduktion des Eisenoxids in der Ofeneinheit 50 gebildet wurde, leitet man einem Lichtbogenofen 52 zu, um den Stahl zu veredeln.

Der Elektrizitätsbedarf des Lichtbogenofens wird mittels dem Generator 60 gedeckt, der von der Turbine 4 angetrie-

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ben wird, wobei die heißen Abgase die Wärme für die Dissoziierung des Methanols in der Dissoziierungsvorrichtung 2 liefern.

In der in den Zeichnungen erläuterten Ausführungsform wird der in dem Lichtbogenofen gebildete Stahl in Barren in einer Gießeinheit 54 gegossen, in dem Wiedererhitzer 56 wiedererhitzt und dann in einer Walzstraße 58 gewalzt· Der gesamte Wärmebedarf des Wiedererhitzers 56 kann aus dem Brennwert des Spülgases der Leitung 424 von dem Erzreduktionsofen 62 gedeckt werden. Weiterhin kann der gesamte Kraftbedarf für die Gießvorrichtung 54 und die Walzstraße 58 durch den Generator 60 gedeckt werden, wobei wenigstens ein Teil der Kraft für Hilfszwecke verwendet werden kann, wie für allgemeine Zwecke, Krane, Sauerstoffproduktion, usw.

Wie oben gezeigt, wird der Kraftstoff für die Turbine 4 über die Leitung 450/452 und das Ventil 456 durch den kohlenmonoxidangereicherten Strom geliefert, den man aus dem Niedertemperaturabscheider 6 gewinnt.

Ein Teil des dissoziierten Methanolstroms, den man aus der Dissoziierungsvorrichtung 2 gewinnt, kann man ebenso als Brennstoff oder als Ergänzung des Brennstoffs für die Gasturbine verwenden, das gleiche gilt ebenso für irgendeinen Methanolstrom von dem Abscheider 6.

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Lie Pig. 6 erläutert die Anwendung der Erfindung für eine in sich abgeschlossene Anordnung zur gemeinsamen Herstellung von elektrischer Kraft und Methangas. In Fig. 6 sind gemeinsame Einheiten mit den Fign. 1 und 2 mit den gleichen Bezugsnummern bezeichnet. Es enthält demgemäß die Anordnung eine Dissoziierungsvorrichtung 2, wie sie oben unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben wurde, eine Gasturbine 4, einen Niedertemperaturabscheider 6, eine Methanherstellungseinheit 80 und eine Kesselstromerzeugungsanlage 82.

In der Anordnung der Fign. 1 und 2 wird Methanol in der leitung 100 der Dissoziierungsvorrichtung 2 zugeleitet, wo es verdampft, überhitzt und dissoziiert wird durch Wärme austausch mit den Abgasen der Gasturbine 4» die über die Leitung 132 zugeführt und durch die Leitung 136 in die Atmosphäre abgegeben werden. Das dissoziierte Methanol wird in der Leitung 102 abgeführt. Ein erster Teil des Gases in der Leitung 102 wird als Teil des Brennstoffs der Turbine 4 über die Leitung 104 und das Ventil 108 zugeführt. Sin zweiter Teil wird dem Niedertemperaturabscheider 6 über die Leitung 106 und das Ventil 110 zugeführt, und ein dritter Teil wird über das Ventil 522 der Leitung 512 zur nachfolgenden Verwendung, wie weiter unten beschrieben, zugeführt. In dem Niedertemperaturabscheider 6 wird das dissoziierte Methanol in der Leitung 106 durch mehrstufige Partialkondensation bei cryogenen Temperaturen aufgeteilt in einen ersten Strom, der leicht kondensierbare Materialien, in erster Linie CO₂ und Methanol, enthält, und der

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durch die Leitung 516 gewonnen wird, in einem zweiten Strom, der hauptsächlich Kohlenmonoxid enthält, und der über die Leitung 518 gewonnen wird und in einen dritten Strom, der hauptsächlich Wasserstoff enthält und der durch die Leitung 514 gewonnen wird. Die Art und Weise, wie diese Einheit arbeitet, um diese Ströme zu gewinnen, ist bekannt und bildet keinen Teil der Erfindung und ist in beispielhafter Weise in Fig. 3 gezeigt.

Der methanoihaltige Strom der Leitung 516 und der kohlenmonoxidangereicherte Strom der Leitung 518 wird in der Leitung 520 gemischt, in den dissoziierten Methanolstrom der Leitung 104 unter Bildung des Brennstoffs für die Gasturbine 4 eingeführt. Der wasserstoff angereicherte Strom der Leitung 514 wird mit dem dissoziierten Methanolstrom der Leitung 512 gemischt und die Fließgeschwindigkeit in den Leitungen 106 und 512 und die Bedingungen des Niedertemperaturabscheiders werden so eingestellt, daß das Produkt der gemischten Ströme in den Leitungen 512 und 514 ein CO:Hp-Verhältnis von etwa 1*3 hat. Dieser Strom wird in der Leitung 524 der Methanierungsanlage 80 zugeführt, wo er unter bekannten Bedingungen in Gegenwart von Wasser und einem Methanierungskatalysator bei erhöhten Temperaturen umgesetzt wird unter Bildung von Methan entsprechend der nachfolgenden Gleichung:

CO + 3H₂ * CH₄ + H₂O

Ein methanhaltiger Strom wird über die Leitung 540 und ein Niederdruckdampf über die Leitung 528 gewonnen.

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fr

Mit der Grasturbine 4 treibt man die Elektrizitäterzeugungsanlage 82 an und den Kraftbedarf für den Niedertemperaturabscheider 6 und die Methanherstellungseinheit 80 können aus dieser Erzeugungsanlage gedeckt werden, wobei ein klarer Überschuß an elektrischer Kraft bleibt, der zum Verkauf zur Verfügung steht. Die Erfindung beinhaltet demgemäß eine in sich abgeschlossene Anlage für die gemeinsame Herstellung von Methangas und Elektrizität aus Methanol.

Obgleich die vorausgehenden Ausführungsformen in bezug auf die Verwendung von im wesentlichen reinen Methanol beschrieben wurden, können im Handel erhältliche Methanolqualitäten mit den darin üblicherweise auftretenden Verunreinigungen verwendet werden.

Sofern das Methanol Wasser enthält, kann das durch die Dissoziierung des Methanols gebildete Kohlenmonaxid in eine ümlagerungsreaktion mit dem Wasser bei der Dissoziierungstemperatur, entsprechend der nachfolgenden endothermen Reaktion eintreten

CO + H₂O > H₂ + CO₂ ,

wodurch sich der Wasserstoffgehalt des dissoziierten Gases erhöht. Es kann sogar wünschenswert sein, Wasser oder Dampf entweder zu dem Methanol oder zu dem dissoziierten Gasstrom zur weiteren Erhöhung der Wasserstoffproduktion zuzugeben. Damit erhöht man jedoch ebenso den Kohlendioxidgehalt, und

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-Af-

obgleich dies oft vorteilhaft sein kann, wo man einen CO₂-haltigen Verfahrensstrom zu erhalten wünscht, wird dadurch der Brennwert des Gasgemischs verringert. Dies wird normalerweise nicht erwünscht sein, wenn man das dissoziierte Gas als Brennstoffgas zu verwenden wünscht.

Wenn große Mengen Dampf oder Wasser eingeführt werden, kann im wesentlichen das gesamte durch die Dissoziierung des Methanols gebildete Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid durch die Umsetzung mit Wasser umgewandelt werden und die Abtrennung erfolgt dann im wesentlichen durch Trennung von Kohlendioxid von Wasser.

Während die vorausgehende Erörterung davon ausgeht, daß man Wasser zuführt, das mit dem Kohlenmonoxid reagiert, ist es weiterhin möglich, daß eine Reaktion des Wassers mit dem Methanol als solchem nach der folgenden Gleichung erfolgt

CH₅OH + H₂O * 3H₅ + CO₂

Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß das Methanol andere Verunreinigungen, wie höhere Alkohole und Dimethyläther enthalten kann. Die höheren Alkohole sollten besser durch Destillation zum getrennten Verkauf entfernt als als Brennstoff verwendet werden. Wenn man jedoch diese Verunreinigungen in dem Methanol beläßt, werden sie sich zusammen mit dem in dem Methanol befindlichen Wasser zu Kohlenmonoxid und Wasserstoff umsetzen. Es kann daher wünschenswert sein, wenn

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das Methanol hohe Konzentrationen an höheren Alkoholen wie Dimethyläther und einen geringen Wassergehalt aufweist, etwas Wasser zuzuführen, um ihren Zerfall zu unterstützen.

Während es möglich ist, bestimmte Katalysatoren und bestimmte Konstruktionsmaterialien für die Dissoziierungsvorrichtung und stromab von der Dissoziierungsvorrichtung für Vorrichtungen zu verwenden, wo eine gewisse Methanbildung auftreten kann, ist dies in den meisten Fällen nicht vorteilhaft, wenn Stufen eingebaut werden, um die Methanbildung zu unterdrücken, beispielsweise durch Vermeiden der Gegenwart von Metallen der Gruppe VIII und ihren Oxiden in der Dissoziierungsvorrichtung und den nachfolgenden Heißgaszonen.

Die nachfolgenden Seispiele erläutern die Erfindung. Dabei wird angenommen, daß keine bedeutende Methanbildung erfolgt.

Beispiel 1

Dieses Beispiel erläutert die Anwendung der Erfindung zur Erhöhung des Wirkungsgrades der Brennstoffverwendung in einer Turbine. Man verwendet als Beispiel die Anordnungen von Pig, 2 mit einer Methanolzuführung, die mit 2 Mol-# Wasser verunreinigt ist, von 29.370 kg/Std. und einem Druck, daß man einen Dampf von 18,8 Atmosphären in der Leitung erhält. Es kann eine Kraftleistung von 60 MW aus einer Elek-

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se

trizitätserzeugungsanlage, die von der Gasturbine angetrieben wird, erhalten werden, was einem Verbrauch von 489 kg/h Methanol pro MW entspricht.

Die Fließgeschwindigkeiten in den verschiedenen Leitungen sind nachfolgend angegeben.

leitung	Zusammen setzung	Fließgeschwin digkeit (kg/h)	1,46 χ 10b	Tempera tur	Druck (Atm. abs.)	19,0
100	flüssiges Methanol	29.370	1,46 χ 106	Raumtempera- etwa tür 19,2	18,8
204	Methanol dampf	29.370	1,46 χ 106	2100C	-
102	95#iges dis- 29-370 soziiertes Methanol	3870C	-
132	Abgas	45O0C
202	Abgas	3590C
136	Abgas	3230C

Die Kraft, um das Methanol auf den erforderlichen Druck zu bringen, ist nur der Bruchteil eines MW und diese kann durch die Elektrizitätsanlage zugeführt werden.

Wenn man zu Yergleichszwecken die Verdampfunga-und Dissoziierungsanlage entfernt und die Turbine mit flüssigem Methanol betreibt und das Abgas unmittelbar in die Atmosphäre abläßt, sind 34.509 kg/h Methanol für eine Kraftleistung von 60 MW erforderlich, was einem Verbrauch von 575 kg/h Methanol pro MW entspricht. Es wird daher die Nettoleistung um17,5# erhöht.

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SI

Beispiel 2

Dieses Beispiel dient der Erläuterung, wie man etwa 60 MW Kraft und einen Verfahrensstroin, der etwa 2800 kg/h Wasserstoff enthält, mit einer in sich geschlossenen Anlage nach der Erfindung herstellen kann.

Unter Bezugnahme auf die Anordnung von Fig. 1 führt man 52.368 kg/h flüssiges Methanol, das 601 kg/h Wasser (2 Mol-#) als Verunreinigung enthält, der Dissoziierungsvorrichtung bei Raumtemperatur und erhöhtem Druck zu. Die Dissoziierungsvorrichtung entspricht in ihrer Auslegung der Pig. 2 und man verdampft und erhitzt in dem Verdampfer/Überhitzer 2A zunächst auf 210⁰C und danach gleichzeitig auf 387⁰C und 95#Lge Dissoziierung der Dissoziierungsvorrichtung 2A. Das flüssige Methanol führt man der Einheit 2 in einem solchen Druck zu, daß man das 95#ige dissoziierte Methanol aus der Dissoziierungsvorrichtung bei 387⁰C in der Leitung 102 bei einem Druck von 18,8 Atm. absolut erhält. Das dissoziierte Methanol in der Leitung 310 enthält 42597 kgA CO, 6285 kg/h H₂, 2618 kg/h CH₃OH und 1469 kg/h CO₂. Das CO₂ wird durch die Umsetzung des in dem Methanol vorhandenen Wassers mit CO, wie oben beschrieben, gebildet.

Etwa 55»5 # des Stroms der Leitung 102 leitet man über die Leitung 104 und das Ventil 108 als Brennstoff zu der Gasturbine. Es verbleiben 44,5 #, die 2797 kg/h H₂ liefern, das in der Leitung 106 als technisches Gras oder Brennstoffgas zum Verkauf zur Verfügung steht.

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Die Abgase aus der Gasturbine werden der Dissoziierungsvorrichtung 2A bei 45O⁰C zugeleitet, daraus bei 286⁰C gewonnen und dann durch die Verdampfer/Überhitzereinheit geleitet, von wo sie in die Atmosphäre bei 220 C abgegeben v/erden.

Die Gasturbine treibt (mit einem Wirkungsgrad von 33 #) einen Generator (Wirkungsgrad 95 $>) (nicht gezeigt) an, der 60 MW Kraft für den Verkauf liefert. Ein kleiner Anteil dieser Kraft (0,12 MW) kann verwendet werden, um die für die Anlage vorgesehene Methanolbeschickung auf den erforderlichen Druck zu bringen.

Beispiel 3

Der Verfahrensstrom in der Leitung 106 von Beispiel 2 oben wird in einem Niedertemperaturabscheider 6 (Fig. 1) in einem wasserstoffangereicherten Strom und einem kohlenmonoxidangereicherten Strom aufgeteilt. Der Verfahrensstrom hat einen ausreichend hohen Druck (18,8 Atm. abs.) um den gesamten Kältebedarf zur Trennung durch cryogene Partialkondensation zu decken, wodurch man einen95$ reinen Wasserstoffstrom erhält, den man der Arbeitsexpansion des wasserstoffangereicherten Stroms, den man von der Abtrennung erhält, zuführt. Auf diese Weise kanpaus dem Verfahrensstrom ein 95$ig reiner Wasserstoff gewonnen werden. Die Kraft für irgendwelche Hilfseinrichtungen kann, wenn gewünscht, ebenso durch die Elektrizitätserzeugungsanlage gedeckt werden. Als Abscheidereinheit 6 kann z.B. eine

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solche wie in Pig. 3 gezeigt, verwendet werden.

Beispiel 4

Dieses Beispiel erläutert,wie das in Figo 3 erläuterte Verfahren zur Herstellung von etwa 4500 kg/h flüssigem Wasserstoff verwendet werden kann. 50679 kg/h flüssiges Methanol mit einem Wassergehalt von 5 Mol-$ füllt man über die Leitung 300 mit 19 Atm. abs. und Raumtemperatur zu. Man erhitzt das Methanol auf 393⁰C und gewinnt 95$ dissoziiertes Methanol in der Dissoziierungsvorrichtung 2 mit einem
Druck von 18,8 atm. abs. Dieses Methanol leitet man zu der Reinigungseinheit für dissoziiertes Gas 12, die beispielsweise umfaßt (a) einen Vierstufenaustauscher, wo das Gas
auf -30 C gekühlt und teilkondensiert wird, (b) einen Gasflüssigabscheider, und (c) eine Adsorptionsvorrichtung für irgendwelches verbliebenes Methanol und Kohlendioxid, das
man aus dem Gas für den Abscheider gewinnt. Die vier Stufen von dem Wärmeaustauscher werden gekühlt, nämlich durch die der Dissoziierung zugeführte flüssige Methanolbeschickung, durch kaltes Wasser, durch das aus dem Gasflüssigabscheider gewonnene Gas, bevor man dieses der Adsorptionsvorrichtung zuführt und durch einen geschlossenen Kühlring.

Das Gas aus der Reinigungseinheit wird bei -30⁰C dem Niedertemperaturteil der Einheit 6 zugeführt, die so ausgelegt ist, daß ein 95#ig reiner Wasserstoffgasstrom gebildet wird, wobei das Gas 4518 kg/h H₂ und 3329 kgA CO enthält. Man

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entfernt das Kohlenmonoxid aus dem Gas, den Reinigungseinheiten 28 und 32 und verflüssigt den erhaltenen Wasserstoff, der im wesentlichen den gesamten Wasserstoff in der Leitung 318 umfaßt, wobei man ihn aus der Verflüssigungseinheit 26 in der Leitung 354 als flüssigen Wasserstoff gewinnt.

Ein erster Strom, der durch Mischen der Kondensate, die man aus den Gas/Flüssigabscheidern 16 und 20 gewinnt und der Nebenproduktströme aus den Reinigungseinheiten 28 und 32, nachdem diese als Spülgas für die Adserbereinheit in der Reinigungseinheit 12, wie nachfolgend beschrieben, verwendet wurden, mischt und einen zweiten Gasstrom, der das Kondensat aus dem Gas/Plüssigabscheider in der Reinigungseinheit 12 enthält, werden zusammengemischt unter Bildung eines Brennstoffstroms für die Gasturbine, der 2535 kg/h CH₅OH, 3764 kg/hCO₂, 40291 kg/h CO und 1859 kg/h H₂ enthält, wobei der Strom einen Druck von 16 atm abs. aufweist. Diesen Strom verbrennt man in der Turbine (mit einem thermischen Wirkungsgrad von 33 #) unter Bildung eines Abgases, das man mit 45O⁰C der Dissoziierungsvorrichtung zuführt und daraus mit 239⁰C entnimmt.

Der Kraftbedarf für 57,4 MW für die Wasserstoff-Reinigungsund -verflüssigungsanlage und 0,61 MW für die Kühlanlage in der Reinigungseinheit 12 wird aus der Gasturbine gedeckt, die weiterhin über eine Gaserzeugungsmaschine mit einem 95#igen Wirkungsgrad einen Überschuß von 2,47 MW erzeugt.

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Die Kraft, um die Methanolbeschickung auf 19 atm zu bringen, kann leicht, wenn gewünscht, aus diesem Überschuß gedeckt werden.

Das Spülgas für die Adsorbereinheit in der Reinigungseinheit 12 bildet einen Teil des ersten oben erwähnten Stroms. Dieser Spülgasstrom wird mittels Wärmeaustausch mit dem Abgas, das von der Dissoziierungsvorrichtung mit einer Temperatur von 239⁰C abgegeben wird, erhitzt, und es wird nach Durchlaufen der Adsorbiervorrichtung mit dem ersten Strom zusammengegeben, bevor dieser Strom mit dem zweiten Strom unter Bildung des Brennstoffs der Gasturbine gemischt wird.

Beispiel 5

Dieses Beispiel erläutert die Anwendung des in den Fign. und 5 beschriebenen Verfahrens zur Herstellung von 440 t/ Jahr Walzstahl aus Eisenerz (bei der Annahme von 330 Arbeitstagen pro Jahr). 53431 kg/h Methanol, das 5 Mol-# (1573 kg/h) Wasser als Verunreinigung enthält, wird über die Leitung 402 zugeführt und zu 95$ in der Dissoziiervorrichtung dissoziiert. Das dissoziierte Gas wird in bekannter Weise durch Niedertemperaturabscheidung abgetrennt, wodurch man (a) einen 95# reinen Wasserstoffstrom, der 4751 kg/h Wasserstoff enthält, und einen Brennstoffstrom in der Leitung 452 für die Turbine erhält, der 2672 kg/h CH₅OH, 3861 kg/h CO₂, 38611 kg/h CO und 2033 kg/h H₂ enthält.

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6«

Mit 79187 kg/h FepO·* als Eisenerz beschickt man bei Raum

temperatur die Erzreduktionsanlage 50, wo das Eisenerz auf 800 C durch Verbrennen eines Teils des der Anlage zugeführten Wasserstoffgases erhitzt und durch den nicht verbrannten Wasserstoff reduziert und gegebenenfalls von dem Boden des Ofens bei 60⁰C in Form von 55386 kg/h Eisenschwamm abgezogen wird, um diesen in dem Lichtbogenofen, in der Gießvorrichtung, in dem Wiedererhitzerofen und in der Walzstraße in herkömmlicher Weise unter Bildung von Walzstahl zu verarbeiten.

Die Zubereitungen und die Pließgeschwindigkeiten von den verschiedenen Gasströmen der Erzreduzieranlage sind unten angegeben. Aus Vereinfachungsgründen wird angenommen, daß das Hp 100 io rein ist und daß Sauerstoff rein zugeführt wird. Tatsächlich enthält jedoch der Wasserstoff etwa 5 Μο1-?έ Kohlenmonoxid und es wird im allgemeinen bevorzugt, den Sauerstoff als Luft zuzuführen. Es werden daher die im Kreislauf geführten Ströme ebenso Stickstoff und Oxide von Kohlenstoff enthalten. Wenn gewünscht, kann jedoch ein nahezu CO-freier Wasserstoff dadurch erhalten werden, daß man einen liiedertemperatur-Propan- oder Stickstoff wäscher oder andere eingeführte Adsorptionsverfahren verwendet.

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	H2	H2O	(kg/h)	273021Q
<>ε	4715	-	°2	Temperatur
Pließgeschwindigkeit	14566	12971	-	(0C)
12813	49421	-	15,5
12813	16694	-	597
2017	2516	-	619
986	1207	-	50
		-	50
	6363	50
15,5

Leitung

410 414 416 418 422 424 432

Der Strom in der Leitung 424 wird zur Verbrennung in die Wiedererhitzungseinheit 56 geleitet.

Der Brennstoff, der in der Leitung 452 enthalten ist, wird in der Gasturbine 4 (mit einem Wirkungsgrad von 33 fi) verbrannt und die Abgase aus der Turbine werden der Dissoziierungsvorrichtung 2 bei 450 C zugeführt und daraus mit C entnommen.

Der Kraftbedarf der verschiedenen Einheiten beträgt

Niedertemperaturabscheider 0,86 MW

Lichtbogenofen 52 28,25 MW

Gießvorrichtung 54 0,25 MW

Walzstraße 32 5,37 MW

Allgemeine Zwecke 8,53 MW

Gesamt 43,26 MW

Die Gasturbine wird verwendet, um eine Elektrizitätser- zeugungsanlage 36 anzutreiben, die mit 95#iger Ausbeute

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Ci

60 MW Kraft liefert, so daß etwa 16,7 MW zur Abgabe außerhalb des Betriebs zur Verfügung steht.

Angesetzt wird ein Wert von 0,86 MW für die äußere Kühlung, wobei angenommen wird, daß die restliche Energie durch das Arbeitsexpandieren des voraus auf Druck gebrachten dissoziierten Methanols geliefert wird. Die Energie, die erforderlich ist, um das dissoziierte Methanol auf den gewünschten Druck zu bringen, kann leicht aus dem Überschuß an verfügbarer Kraft gedeckt werden, wobei diese Kraft nur einen Bruchteil eines Megawatts beträgt.

Beispiel 6

In einem spezifischen Beispiel, daß das Verfahren beschreibt unter Bezugnahme auf Fig. o, wird Methanol, das 2 Mol-# Wasser als Verunreinigung enthält, bei Raumtemperatur und bei einem erhöhten Druck und mit einer iiließgeschwindigkeit, daß man nach Dissoziierung einen Strom erhält, der die folgende ZnaRTtimpnapt^iing bei 18,8 atm abs. Druck aufweist.

CO 42597 kg/h

H₂ 6285 kg/h

CH₃OH 2618 kg/h

CO₂ 1469 kg/h

Dieser Strom wird bei einer Temperatur von 387⁰C gewonnen, dann so geteilt, daß man ein Verhältnis der kombinierten Fließgeschwindigkeit in den Leitungen 104 und 106 zu der Fließgeschwindigkeit in der Leitung 512 von 2,10111 und ein Verhältnis der Fließgeschwindigkeit in den Leitungen 104 und

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106 von 2,1255:1 erhält.

Die Zusammensetzungen, Fließgeschwindigkeiten (kg/h), Temperaturen und Drücke der verschiedenen Ströme dieser Anordnung sind:

Leitung	CO	H2	CH,OH	CO0	Temp.	Druck
			j		(0O	(atm)
104	19627	2774	1206	622	387	16
106	9234	1305	568	318	387	18,8
512	13736	2206	844	474	387	18,8
5H	1756	1294	kein	kein	Räumt emp	. atm.Druck
520	7478	11	568	318	n.b.	16
520+104	27105	2785	1774	995	n.b.	16
524	15492	3500	844	474	n.b.	atm.Druck

n.b. = nicht bestimmt

Die Methanherstellung benötigt 84.270 kg/h Boilerbeschikkungswasser mit einer Temperatur von 156⁰C und man erhält 39680 kg/h Niederdruckdampf und einen Produktstrom an Methan von 9853 kg/h H₂O, 8970 kg/h CH₄, 310 kg/h CO, 123 kg/h H₂ und 1054 kg/h CO₂.

Der Druck, mit dem das Methanol mit 19 atm zugeführt wird, ist ausreichend hoch, um die gesamte Energie für die Niedertemperaturabscheidung zu liefern und die Methanherstellung ist exotherm und erfordert nur geringe oder überhaupt keine Energiezuführung. Unter diesen Bedingungen kann die von der Grasturbine angetriebene Elektrizitätserseugungsanlage netto etwa 60 MW für den Verkauf liefern.

Die gesamte Wärme für die Dissoziierung des Methanols wird

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den heißen Abgasen der Turbine entnommen, wobei sie der Dissoziierungsanlage bei einer Temperatur von 45O⁰C zugeführt und aus dieser mit einer Temperatur von etwa 215 bis 220⁰C abgeführt werden.

Während in den Ausführungsformen der Erfindung, wie vorausgehend beschrieben, der Kraftstoff für die Gasturbine vollständig aus dissoziiertem Methanol (entweder als solchem oder in Form von Produkten, die aus Methanol abgetrennt wurden), besteht, ist es klar, daß ebenso andere Brennstoffe im Gemisch mit dem dissoziierten Methanol oder den daraus erhaltenen Produkten, z.B. Butan, verwendet werden können.

Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß die aus der Erfindung erzielbaren Vorteile erhöht werden, wenn das dissoziierte Methanol den Hauptteil oder im wesentlichen den Gesamtteil der Brennstoffzuführung zu der Gasturbine bildet.

Um eine zufällige Überhitzung des Katalysators in der Dissoziierungsvorrichtung zu vermeiden, kann es wünschenswert sein, thermostatisch gesteuerte Vorrichtungen zum Einleiten der Turbinenabgase um die Dissoziierungsvorrichtung vorzusehen»

Die nach der Erfindung arbeitendei Gasturbinen können unter Verwendung von flüssigem Methanol oder einem herkömmlichen Wasserstoffbrennstoff angelassen werden.

Wenn gewünscht, kann vorhandenes Kohlendioxid, das in dem dissoziierten Gas vorhanden ist, in bekannter Weise durch

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Waschen mit Methanol entfernt werden. Das auf diese Weise entfernte Kohlendioxid, das etwas Methanoldampf enthalten kann, kann in die Verbrennungsluftzuführung der Gasturbine eingeführt werden und als Folge des überschüssigen Luftbedarfs der Turbine kann das darin enthaltene Methanol in wirksamer Weise, ohne nachteilige Beeinflussung des Turbinenverhaltens verbrannt werden.

Patentansprüche:

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Leerseite

Claims (33)

1. Patentansprüche :

   .y Verfahren zur Erzeugung von Kraft und/oder Energie durch Verbrennung von methanolhaltigem Brennstoff in einer Gasturbine, dadurch gekennzeichnet, daß man das Methanol vor der Verbrennung verdampft und die Energie für die Verdampfung von der Wärme der heißen Verbrennungsgase geliefert wird.
2. 2. Verfahren zur Erzeugung von Kraft und/oder Energie durch Verbrennung von methanolhaltigem Brennstoff in einer Gasturbine, dadurch gekennzeichnet, daß man vor der Verbrennung das Methanol bei erhöhten Temperaturen wenigstens teildissoziiert in Gegenwart eines Dissoziierungskatalysators, und daß die Energie für die Dissoziierung aus der Wärme der heißen Verbrennungsgase geliefert wird.
3. 3. Verfahren gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die gesamte Energie aus der Wärme der heißen Verbrennungsgase gewinnt.
4. 4· Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß man die heißen Verbrennungsgase zum indirekten Wärmeaustausch mit dem verdampften Methanol leitet, wodurch man die Energie zur Dissoziierung des verdampften Methanols bei erhöhter Temperatur gewinnt, und daß man die Restwärme der heißen

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   ΛΒΙΛΙΙΙ ai .. . _

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   Gas aus diesem Wärmeaustausch zur Verdampfung von weiterem Methanol verwendet.
5. 5. Verfahren zur Erzeugung von Kraft und/oder Energie zur Erzeugung eines technischen oder Verbrennungsgases aus Methanol, dadurch gekennzeichnet, daß man das Methanol bei erhöhten Temperaturen in Gegenwart eines Dissoziierungskatalysators wenigstens teildissoziiert unter Bildung von Kohlenmonoxid und Wasserstoff, wobei man die Energie für die Dissoziierung der Wärme der heißen Verbrennungsgase aus einer Gasturbine entnimmt, die mit einem ersten Gas, das von dem wenigstens teildissoziierten Methanol abstammt, als Brennstoff betrieben wird, und daß ein zweites Gas, das von wenigstens teildissoziiertem Methanol abstammt, das technische Gas oder Verbrennungsgas liefert.
6. 6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß man die gesamte Energie zur Dissoziierung aus der Wärme der heißen Verbrennungsgase gewinnt.
7. 7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß man zusätzlichen Brennstoff in dem nicht verwendeten Sauerstoff der heißen Abgase aus der Gasturbine verbrennt, und daß man mit den erhaltenen Gasen eine Kraftturbine antreibt.
8. 8. Verfahren gemäß Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch

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   gekennzeichnet , daß man wenigstens einen Teil des wenigstens teildissoziierten Methanols in wenigstens einen kohlenmonoxidangereicherten Strom und wenigstens einen wasserstoffangereicherten Strom trennt, und jedes der ersten und zweiten Gase einen Strom umfaßt, der gebildet ist aus

   a) einem anderen Teil des wenigstens teildissoziierten Methanols und/oder

   b) wenigstens einem der kohlenmonoxidangereicherten und wasserstoffangereicherten Ströme.
9. 9. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens ein Teil der zur Abtrennung erforderlichen Energie durch Verbrennung eines Brennstoffs gewonnen wird, der wenigstens teildissoziiertes Methanol umfaßt.
10. 10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß man diese Energie wenigstens teilweise als mechanische Energie durch Verbrennung des Brennstoffs in einer Kraftmaschine gewinnt.
11. 11. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß man als Kraftmaschine eine Gasturbine verwendet, oder daß die Anlage eine Gasturbine beinhaltet.

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12. 12. Verfahren gemäß Anspruch 9> 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet , daß man die Energie für die Abtrennung aus der Verbrennung gewinnt.
13. 13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß man die Abtrennung mittels einer cryogenen Partialkondensation bewirkt, und daß man wenigstens einen Teil der Energie für die Abtrennung in der Weise zuführt, daß man wengistens das teildissoziierte Methanol auf erhöhten Druck bringt und es danach einem Arbeits-Expansionsverfahren unterwirft.
14. 14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß man ein zweites G-as verwendet, das einen wasserstoffangereicherten Strom, den man aus der Abtrennung erhalten hat, umfaßt.
15. 15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß man das zweite Gas in einem Energie verbrauchenden Verfahren verwendet, und daß man die Energie für das Energie verbrauchende Verfahren durch Verbrennung eines Brennstoffs erhält, der wenigstens teildissoziiertes Methanol umfaßt.
16. 16. Verfahren gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß man die Energie wenigstens teilweise in Form von mechanischer Energie durch Verbrennung des Brennstoffs in einer Kraftmaschine gewinnt.

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17. 17· Verfahren gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daß man als Kraftmaschinen Gasturbinen oder eine Anordnung, die Gasturbinen enthält, verwendet·
18. 18. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß man die gesamte Energie für das Energie verbrauchende Verfahren durch die Verbrennung erhält.
19. 19· Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 18, zur Herstellung von flüssigem Wasserstoff, dadurch gekennzeichnet , daß das zweite Gas einen wasserstoff angereichert en Strom umfaßt, den man durch Abtrennung erhalten hat, und daß das Energie verbrauchende Verfahren die Verflüssigung von Wasserstoff, den man aus diesem Strom erhält, umfaßt.
20. 20. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 18, da-, durch gekennzeichnet, daß man als zweites Gas einen wasserstoffangereicherten Strom verwendet, den man durch Abtrennung erhält, wobei das Energie verbrauchende Verfahren die Herstellung eines Metalls oder einer Legierung derselben mittels eines Verfahrens umfaßt, bei dem die endotherme Reduktion einer chemischen, metallhaltigen Verbindung vorgesehen ist und das Reduktionsmittel für diese Reduktion aus dem wasserstoffangereicherten Strom stammt.

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21. 21. Verfahren gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , daß das Metall Kupfer, Zink und/ oder Blei ist, und daß die chemische Verbindung wenigstens ein Oxid des Metalls umfaßt.
22. 22. Verfahren gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , daß das Metall Eisen und die chemische Verbindung Eisenerz ist.
23. 23. Verfahren gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , daß die Legierung Stahl und die chemische Verbindung Eisenerz ist.
24. 24. Verfahren gemäß Anspruch 23» zur Herstellung von Y/alzstahl, wozu man Eisenerz zu Roheisen reduziert, Eisen zu Stahl umwandelt, den Stahl gießt, den gegossenen Stahl wieder erhitzt und ihn auswalzt, dadurch gekenn zeichnet , daß man als reduzierendes Mittel für die Reduktion des Eisenerzes zu Roheisen den wasserstoffangereicherten Strom verwendet, und daß man ein Gas, das nicht verbrauchten Wasserstoff enthält, aus der Erzreduktions stufe gewinnt und wenigstens einen Teil dieses gewonnenen Gases verbrennt, um die Wärme für die Wiedererhitzung des gegossenen Stahls zur Verfügung zu haben.
25. 25. Verfahren gemäß Anspruch 23 oder 24, zur Herstellung von Stahl mittels einem Verfahren, bei dem man Eisenerz zu Roheisen reduziert und das Eisen zu Stahl in einem Licht-

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    bogen ofen umwandelt, dadurch gekennzeichnet , daß man die elektrische Kraft für den Lichtbogenofen durch einen Generator zur Verfügung stellt, der durch eine Kraftmaschine angetrieben wird.
26. 26. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß man als Reduktionsmittel für die Reduktion von Eisenerz in Eisen den wasserstoffangereicherten Strom verwendet, ein Gas, das unverbrauchten Wasserstoff von der Erzreduktionsstufe enthält, zurückgewinnt, das zurückgewonnene Gas in indirektem Wärmeaustausch mit dem für die Zuführung zu Erzreduktionsstufe vorgesehenen Reduktionsmittel bringt, um letzteres vorzuerhitzen und das erstere zu kühlen, daß man dann Wasser aus dem gekühlten, wiedergewonnenen Gas kondensiert, und daß man das getrocknete Gas zu der Erzreduktionsstufe im Kreislauf zurückführt.
27. 27. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß man die Abtrennung durchführt, um einen Verfahrensstrom zu erhalten, der Kohlenmonoxid und Wasserstoff in einem solchen Molarverhältnis enthält, daß er zur nachfolgenden Bildung von Methan durch Umsetzung von Kohlenmonoxid mit Wasserstoff geeignet ist, und daß man Kohlenmonoxid und Wasserstoff in dem Verfahrenestrom zusammen unter Bildung von Methan umsetzt.
28. 28. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß man einen

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    Verfahrensstrom, der Kohlenmonoxid und Wasserstoff in einem Molarverhältnis enthält, das zur nachfolgenden Bildung von Methan durch Umsetzung von Kohlenmonoxid mit Wasserstoff in dem Verfahrensstrom geeignet ist, dadurch bildet, daß man wenigstens einen Strom, der von den kohlenmonoxidangereicherten und wasserstoffangereicherten Strömen, die man durch die Abtrennung erhält, abstammt, mit wenigstens einem Strom, der von einem anderen Teil des dissoziierten Methanols abstammt und wenigstens einem anderen Strom, der von den kohlenmonoxidangereicherten und wasserstoff angereichert en Strömen abstammt, kombiniert und danach das Kohlenmonoxid mit dem Wasserstoff in dem Verfahrensstrom zur Bildung von Methan umsetzt.
29. 29. Verfahren gemäß Anspruch 1, 2 oder 5, im wesentlichen wie vorausgehend beschrieben, unter besonderem Hinweis auf eine der Figuren 1 bis 6 der begleitenden Zeichnungen.
30. 30. Verfahren gemäß Anspruch 1, 2 oder 5, im wesentlichen wie in einem der Beispiele beschrieben.
31. 31. Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt eine Gasturbine, eine Methanolverdampfungsvorrichtung, die einen indirekten Wärmeaustausoher mit einem Einlaß und einem Auslaß für das Methanol und einen Einlaß und einem Auslaß für das Erhitzungsmedium umfaßt, eine Methanol-Dissoziierungsvorrichtung, die einen indirekten Wärmeaustauscher einschließlich einem Einlaß für

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    Methanol, einem Auslaß für dissoziiertes Methanol, einem Einlaß und einem Auslaß für das Erhitzungsmedium und Röhren umfaßt, die mit Methanol-Dissoziierungskatalysator gepackt und verbunden sind mit dem Einlaß für das Methanol und dem Auslaß für das dissoziierte Methanol, wobei eine

    erste Leitung den Methanolauslaß des Verdampfers mit dem Methanoleinlaß der Dissoziierungsvorrichtung und den Auslaß für dissoziiertes Methanol der Dissoziierungsvorrichtung mit dem Brennstoffeinlaß für die Gasturbine verbindet , und

    eine zweite Leitung den Abgasauslaß von der Turbine mit dem Einlaß für das Erhitzungsmedium des Verdampfers und dem Einlaß für das Erhitzunr,smedium der Dissoziiervorrichtung verbindet.
32. 32. Vorrichtung gemäß Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Leitung Verbindungsmittel umfaßt, die den Abgasauslaß der Turbine mit dem Einlaß des Erhitzungsmediums der Dissoziiervorrichtung und den Auslaß des Erhitzungsmediums der Dissoziierungsvor richtung mit dem Einlaß des Erhitzungsmediums des Verdampfers verbindet.
33. 33. Vorrichtung gemäß Anspruch 31, im wesentlichen wie vorausgehend unter besonderem Hinweis auf die Pign. 1 bis 6 beschrieben.

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