DE3511191A1 - Verfahren zum erzeugen von waermeenergie und gewinnen von kohlenwasserstoffverbindungen - Google Patents

Verfahren zum erzeugen von waermeenergie und gewinnen von kohlenwasserstoffverbindungen

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DE3511191A1 DE19853511191 DE3511191A DE3511191A1 DE 3511191 A1 DE3511191 A1 DE 3511191A1 DE 19853511191 DE19853511191 DE 19853511191 DE 3511191 A DE3511191 A DE 3511191A DE 3511191 A1 DE3511191 A1 DE 3511191A1
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    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals

Description

  • Verfahren zum Erzeugen von Wärmeenergie und Gewinnen von
  • Kohlenwasserstoffverbindungen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Wärmeenergie und Gewinnen von Kohlenwasserstoffverbindungen mit Zufuhr eines reduzierend wirkenden gasförmigen primären Brennstoffs und Luft und Verbrennen in einem Kessel.
  • Dampf ist sowohl für die Erzeugung von Wärme als auch durch Umwandlung in elektrische Energie der größte sekundäre Energieträger.
  • Dampf wird im überwiegenden Maße durch Verbrennung fossiler Brennstoffe erzeugt.
  • In zunehmendem Maße wird Dampf auch mittels der Atomenergie hergestellt.
  • In privaten Haushalten und der gewerblichen Wirtschaft sowie für die Beheizung von Verwaltungen wird Wärme überwiegend durch Verbrennung fossiler Brennstoffe erzeugt.
  • Kraftfahrzeuge, Schiffe und Flugzeuge werden mit Erdölprodukten betrieben.
  • Der primäre Brennstoff bei all diesen energetischen Prozessen ist der Kohlenstoff.
  • Die Kohlenstoffreserven unserer Erde sind begrenzt. Bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe wird der darin enthaltene Kohlenstoff mit Luftsauerstoff zu CO und CO oxidiert und 2 an die Luft abgegeben. Damit ist der wertvolle Rohstoff Kohlenstoff unwiederbringlich verloren. Darüber hinaus werden bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe - je nach Art des eingesetzten Brennstoffes - giftige Nebenprodukte, wie Schwefelverbindungen, Stickoxide und Blei an die Umwelt abgegeben.
  • Wenn diese Verfahrensweise beibehalten wird, wird unsere Umwelt in absehbarer Zeit völlig zerstört sein.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Dampf und damit Wärme und Strom so zu erzeugen, daß hierbei keinerlei Schadstoffe mehr an die Umwelt abgegeben werden.
  • Die Lösung für diese Aufgabe ergibt sich bei einem Verfahren der eingangs genannten Gattung nach der Erfindung dadurch, daß die Verbrennungsprodukte des Kessels mit dem reduzierend wirkenden gasförmigen primären Brennstoff unter Bildung eines kohlenstoffhaltigen sekundären Brennstoffs und einer Kohlenstoffverbindung reduziert werden, der sekundäre Brennstoff dem Kessel zur Verbrennung mit Luft und die Kohlenstoffverbindung einer weiteren Reaktion zugeführt werden.
  • Die Verbrennungsprodukte des Kohlenstoffs und je nach eingesetztem Brennstoff auch Stickoxide werden in einer einen Dampferzeugung oder Kessel enthaltenden Anlage so im Kreislauf geführt, daß sie als wiederverwendbare, so-genannte sekundäre Brennstoffe und/oder chemische Rohstoffe anfallen.
  • Damit liegt ein echtes Kohlenstoffrecycling vor.
  • Bei dem neuen Verfahren wird als primärer Brennstoff wahlweise Methan, Kohlegas, Erdgas, Spaltgas, Synthesegas, Standtgas, Kokereigas, Gichtgas sowie Abgase aus chemischen Prozessen , bevorzugt jedoch Methan (Erdgas), eingesetzt.
  • Die genannten Gase, ausgenommen Methan, können auch einer Methanisierung unterworfen werden. Hierbei wird wie folgt verfahren: Die Verbrennungsprodukte aus einem Dampferzeuger, einem Kessel werden zusammen mit dem primären Brennstoff nach Abtrennung von Wasser und Stickstoff katalytischen Prozessen oder einer thermische Spaltung unterworfen. Es entsteht neuer sekundärer Brennstoff, welcher zur Beheizung des Dampferzeugers dient.
  • Die Verbrennungsprodukte werden im Kreislauf geführt. Da durch die Zufuhr des primären Brennstoffes Kohlenstoff immer neu zugeführt wird, entsteht in der Anlage im Kreislauf ein Überschuß an Kohlenstoff. Dieser Kohlenstoffüberschuß kann durch primären Brennstoff, bzw. falls vorhanden, mit Wasserstoff katalytisch in sekundären Brennstoff überführt werden. Es kann auch beispielsweise als chemischer Rohstoff oder Zwischenprodukt oder als Brennstoff für Kraftfahrzeuge eingesetzt werden.
  • Bei einem solchen Kreisprozeß fällt als einziges Abfallprodukt N2, Luftstickstoff, in reiner Form an. Dieser Stickstoff kann ohne Schaden an die Luft abgegeben werden, oder falls vom Standort bedingt möglich, noch als Kühlmittel bzw. Inertgas beispielsweise für den Abtransport der sekundären Brennstoffe verwendet werden.
  • An dem in der Zeichnung schematisch dargestellten Fließbild wird das Prinzip der Erfindung mit der Kohlenstoff-Rückführung dargestellt. Dieses Prinzip wird mit ausgezogenen Linien wiedergegeben. Das Prinzip läßt Abwandlungen zu. Die Verfahrensabläufe einiger Abwandlungen sind mit strichlierten Linien wiedergegeben.
  • CH4 wird als primärer Brennstoff zugeleitet. Die Verbrennungsrückstände N2, CO und H20, die aus dem Kessel 11 aus-2 2 treten, werden in einem Kühler 12 abgekühlt. Hierbei fällt Wasser als Kondensat an. Als Kühlmittel dient der primäre Brennstoff CH4, der dadurch für eine spätere Reaktion aufgewärmt wird. Hierdurch wird die Abwärme des Kessels 11 verwertet.
  • Die aus dem Kühler 12 austretenden Gase C02 und N2ierden in einem Verdichter 13 verdichtet.In der anschließenden Kolonne 14 werden die beiden Gase getrennt. Am Kopf wird Stickstoff N2 abgezogen. Die Kohlensäure wird im Verdampfer 15 entspannt.
  • Der sekundäre Brennstoff CH3OH wird hier als Heizmittel eingesetzt. Wahlweise kann die Entspannung in einer Entspannungsturbine 16 erfolgen. In dieser wird die Entspannungsenergie in elektrische Energie umgewandelt.
  • In dem nachfolgenden Reaktor 17 werden das in dem Kühler 12 vorgewärmte Methan und die Kohlensäure in Kohlenmonoxid und Wasserstoff gespalten. Kohlenmonoxid und Wasserstoff werden in den anschließenden Katalysereaktor 18 zu dem sekundären Brennstoff CH3OH umgewandelt. Der Prozeß verläuft exotherm. Die hierbei freiwerdende Wärme wird gegen siedendes Wasser isotherm wiedergewonnen und steht als Dampf zur Verfügung.
  • Der sekundäre Brennstoff CH3OH wird im Verdampfer 15 abgekühlt. Ebenso wird im Kessel 11 verbrannt. Diesem wirl dluserstoffträger für die Verbrennung Luft zugeführt. Als Restgas aus dem Reaktor 17 fällt noch Kohlenmonoxid CO an.
  • Dieses Kohlenmonoxid kann auf verschiedene Weise verwendet werden. Zum Beispiel wird es entlang des gestrichelt eingezeichneten Weges einem Reaktor 19 zugeführt und mit Methan zu Acetaldehyd umgesetzt. Acetaldehyd kann vielseitig in der chemischen Industrie Verwendung finden. Im Beispiel wird in einem Katalysereaktor 20 durch Zugabe von Wasserstoff Äthylalkohol erzeugt. Die Reaktion verläuft exotherm. Der Katalysereaktor wird als Naturumlaufverdampfer isotherm gegen siedendes Wasser gefahren. Die freiwerdende Wärmemenge steht als Dampf zur Verfügung. Der Alkohol kann wahlweise dem Kessel 11 zugeführt werden, wodurch CH3OH zur weiteren Verwertung frei wird.
  • Als nutzbare Nebenprodukte des erfindungsgemäßen Verfahrens stehen also neben Stickstoff und Wasser für die Weiterverarbeitung oder für den Verbrauch wahlweise zur Verfügung: Acetaldehyd (CH -CHO) oder 3 Äthylalkohol (C 2H5 OH) oder Methylalkohol (CH OH) und/oder 3 deren Folgeprodukte.
  • Enthalten Abgase die Stickoxide NO und NO2, können diese gemäß den Formeln: NO + CH4 = CH3OH + 1/2 N2 - 47,4 kcal/mol N02 + CH4 = CH O + 1/2 N + H20 - 81,9 kcal/mol 4 4 2 2 2 entfernt werden.
  • Die gefährlichen Umweltgifte werden somit in normalen Luftstickstoff überführt. Die Kohlenwasserstoffverbindungen CII3OH und Cit2 0 können dem erfindungsgemäßen Kreislauf oder einer anderen Verwertung zugeführt werden. So können mit den Alkoholen Kraftfahrzeugmotoren betrieben werden. Der Prozeß verläuft stark exotherm, so daß zusätzlich Wärmeenergie in Dampfform zur Verfügung steht.
  • Vorstehend wurde ein Reaktor 17 erläutert, in dem das Methan und die Kohlensäure endotherm gespalten werden. Ebenso können das Methan und die Kohlensäure über einem Nickelkatalysator auch exotherm gespalten werden.
  • Dem Reaktor 17 kann auch ein Reaktor 21 nachgeschaltet werden. In diesem werden Kohlenmonoxid und Wasser exotherm in Acetaldehyd und Kohlenmonoxid umgewandelt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren läßt eine hohe Wirtschaftlichkeit zu. Der in Form von Methan zugeführte Kohlenstoff findet sich in den Nebenprodukten wieder, während der der Verbrennung dienende Kohlenstoff im Kreislauf geführt wird. Diese Kohlenstoffrückgewinnung ist allein schon deshalb wirtschaftlich, weil die Kohlenstoffkosten bei jeder Verbrennung den größten Kostenfaktor darstellen.
  • Zum Schutzbegehren gehören sämtliche neuen Verfahrensschritte, auch wenn sie nicht Inhalt der folgenden Patentansprüche sind.

Claims (7)

  1. PATENT ANSPRÜCHE: 1 .Verfahren zum Erzeugen von Wärmeenergie und Gewinnen von Kohlenwasserstoffverbindungen mit Zuführ eines reduzierend wirkenden gasförmigen primären Brennstoffs und Luft und Verbrennen in einem Kessel, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsprodukte des Kessels mit dem reduzierend wirkenden gasförmigen primären Brennstoff unter Bildung eines kohlenstoffhaltigen sekundären Brennstoffs und einer Kohlenstoffverbindung reduziert werden, der sekundäre Brennstoff dem Kessel zur Verbrennung mit Luft und die Kohlenstoffverbindung einer weiteren Reaktion zugeführt werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsprodukte und der primäre Brennstoff thermisch gespalten werden.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsprodukte und der primäre Brennstoff exotherm über einem Nickelkatalysator gespalten werden.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Verwendung von Methan oder Erdgas als gasförmiger primärer Brennstoff.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Verwendung von Wasserstoff als gasförmiger primärer Brennstoff.
  6. 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsprodukte des Kessels durch den gasförmigen primären Brennstoff gekühlt beziehungsweise dieser durch die Verbrennungsprodukte vorgewärmt wird.
  7. 7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsprodukte CO2, CO und N einem 2 Trennverfahren unterworfen werden.
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