DE3518467A1 - Verfahren zum erzeugen von waermeenergie durch verbrennen einer kohlenwasserstoffverbindung und gleichzeitiger wiedergewinnung des in dieser enthaltenen kohlenstoffs - Google Patents

Verfahren zum erzeugen von waermeenergie durch verbrennen einer kohlenwasserstoffverbindung und gleichzeitiger wiedergewinnung des in dieser enthaltenen kohlenstoffs

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DE3518467A1
DE3518467A1 DE19853518467 DE3518467A DE3518467A1 DE 3518467 A1 DE3518467 A1 DE 3518467A1 DE 19853518467 DE19853518467 DE 19853518467 DE 3518467 A DE3518467 A DE 3518467A DE 3518467 A1 DE3518467 A1 DE 3518467A1
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C07C29/00—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring
    • C07C29/15—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of oxides of carbon exclusively
    • C07C29/151—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of oxides of carbon exclusively with hydrogen or hydrogen-containing gases
    • C07C29/1516—Multisteps
    • C07C29/1518—Multisteps one step being the formation of initial mixture of carbon oxides and hydrogen for synthesis

Description

  • gekennzeichnet, daß die Zerlegung Verbrennungsprodukte durch ein Fremdgasdiffusions-Verfahre folgt 8.Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Abwärme der Verbrennungsprodukte zum Vorwärmen der Verbrennungsluft u./oder zur Vorwärmung der reduzierend wirkenden gasförmigen Kohlenwasserstoffverbindungen ausgenutzt wird.
  • 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die reduzierend wirkenden Eohlenwasserstoffverbindungen zum Auskondensieren des im Abgas enthaltenen Wasserdampfes benutzt werden.
  • 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmebedarf für die Entspannung der zerlegten Verbrennungsprodukte durch die Abkühlung der Kohlenwasserstoffverbindungen aus der Gaskatalyse gedeckt wird.
  • 11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Reduktion der kohlenstoffhaltigen Verbrennungsprodukte mittels der reduzierend wirkenden gasförmigen Kohlenwasserstoffverbindung endotherm geführt wird.
  • 12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichne+, daß die Reduktion der kohlenstoffhaltigen Verbrennungsprodukte mittels der reduzierend wirkenden gast förmigen Kohlenwasserstoffverbindung aubotherm geführt wird 13. Verfahre nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Reduktion der kohlenstoffhaltigen Verbrennungsprodukte mittels der reduzierend wirkenden gasförmigen Kohlenwasserstoffverbindung katalytisch geführt wird.
  • 14. Verfahren nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet, daß ein nickelhaltiger Katalysator verwendet wird.
  • 15.Verfahren nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet, daß ein mangnesiumhaltiger Katalysator verwendet wird.
  • 16. Verfahren nach einem der vornehend; pruche dadurch gekennzeichnet, daß die heterogene Gaskatalyse katalytisch erfolgt.
  • 17. Verfahren nach Anspruch 16 dadurch gekennzeichnet, daß ein kupferhaltiger Katalysator verwendet wird.
  • 18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeabfuhr der heterogenen Gaskatalyse isotherm gegen siedendes Wasser erfolgt.
  • 19. Verfahren nach Anspruch 16-18 dadurch gekennzeichnet, daß der bei der heterogenen Gaskatalyse anfallende Dampf arbeitsleistend für die Verdichtung der zum Einsatz kommenden Synthese gase benutzt wird.
  • 20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsprozess, das Gastrennungsverfahren, die Synthesegasherstellung und die heterogene Gaskatalyse energethisch miteinander kombiniert sind.
  • 21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß als reduzierend wirkende gasförmige Kohlenwasserstoffverbindung Erdgas verwendet wird.
  • 22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß als reduzierend wirkende gasförmige Kohlenwasserstoffverbindung Paraffine verwendet werden.
  • 23. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß als reduzierend wirkende gasförmige Kohlenwasserstoffverbindung Olefine verwendet werden.
  • 24. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß als reduzierend wirkende gasförmige Kohlenwasserstoffverbindung Acetylene verwendet werden.
  • 25. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß als reduzierend wirkende gasförmige Kohlenwasserstoffverbindung Naphthene verwendet werden.
  • Verfahren zum Erzeugen von Wärmeenergie durch Verbrennen einer Kohlenwasserstoffverbindung und gleichzeitiger Wiedergewinnung des in dieser enthaltenen Kohlenstoffs Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Wärmeenergie durch Verbrennen einer Kohlenwasserstoffverbindung -beispielsweise Alkohole - in einem Wärmeerzeuger und gleichzeitiger Wiedergewinnung des in der Kohlenwasserstoffverbindung enthaltenen Kohlenstoffe.
  • 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 CO2 oxidiert und 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 Wärmeerzeugers in kohlenstoffhaltige - beispielsweise CO und C02 - und nicht kohlenstoffhaltige Bestandteile - beispielsweise N2, NOX und H20 -zerlegt werden, eine reduzierend wirkende gasförmige Kohlenwasserstoffverbindung eingeleitet, die kohlenstoffhaltigen Bestandteile mit dieser unter Bildung eines Synthesegases durch eine thermische und/oder katalytische Reaktion reduziert und die gasförmige Kohlenwasserstoffverbindung oxidiert wird, das Synthesegas durch eine heterogene Gaskatalyse in eine flüssige Kohlenwasserstoffverbindung umgesetzt und diese ganz oder teilweise als Brennstoff zum Erzeugen der Wärmeenergie eingesetzt wird und der Kohlenstoffanteil der kohlenstoffhaltigen Bestandteile im Kreislauf in den Wärmeerzeuger zurückgeführt wird.
  • Die Verbrennungsprodukte des Kohlenstoffs und je nach eingesetztem Brennstoff auch Stickoxide werden in einer einen Dampferzeuger oder Kessel enthaltenden Anlage so im Kreislauf geführt, daß sie als wiederverwendbare, sogenannte 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, Stadtgas, 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 iäßt Abwandlungen zu. Die Verfahrensabläufe einiger Abwandlungen sind mit strichlierten Linien wiedergegeben.
  • CH4 wird als primärer Brennstoff zugeleitet. Die Verbrennungsrückstände N2, CO und H 0, 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 al Heizmittel eingesetzt. Wahlweise kann die Entspannung in ei er 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 CH OH wird im Verdampfer 15 abge--- - - - -. -- - - als kühlt. Ebenso wird im Kessel 11 verbrannt. Diesem wird Sãuerstoffträger 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 OH3OH 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 H OH) oder Methylalkohol (CH3OH) und/oder deren Folgeprodukte.
  • Enthalten Abgase die Stickoxide NO und NO2, können diese gemäß den Formeln: NO + Cl!4 = CH3OH + 1/2 N2 - 47,4 kcal/mol NO + CH4 = CH 0 + 1/2 N + H 0 - 81,9 kcal/mol 2 4 2 2 2 entfernt werden.
  • Die gefährlichen Umweltgifte werden somit in normalen Luftstickstoff überführt. Die Kohlenwasserstoffverbindungen CH OH und CH 0 können dem erfindungsgemäßen Kreislauf oder :3 2 einer anderen Verwertung zugeführt werden. So können mit den Alkoholen Kraftfahrzeugmotoren betrieben werden. Der Prozeß verläuft stark exotherm1 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 (6)

  1. Patentansprüche 0 Verfahren zum Erzeugen von Wärmeenergie durch Verbrennen einer Kohlenwasserstoffverbindung - beispielsweise Alkohole -in einem Wärmeerzeuger und gleichzeitiger Wiedergewinnung des in der Kohlenwasserstoffverbindung enthaltenen Kohlenstoffs, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsprodukte des Wärmeerzeugers in kohlenstoffhaltige - beispielsweise CO und CO2 - und nicht kohlenstoffhaltige Bestandteile - beispielsweise N2, NOx und H20 - zerlegt werden, eine reduzierend wirkende gasförmige Kohlenwasserstoffverbindung eingeleitet, die kohlenstoffhaltigen Bestandteile mit dieser unter Bildung eines Synthesegases durch eine thermische und/ oder katalytische Reaktion reduziert und die gasförmige Kohlenwasserstoffverbindung oxydiert wird, das Synthesegas durch eine heterogene Gaskatalyse in eine flüssige Kohlenwasserstoffverbindung umgesetzt und diese ganz oder teilweise als Brennstoff zum Erzeugen der Wärmeenergie eingesetzt wird und der Kohlenstoffanteil der kohlenstoffhaltigen Bestandteile im Kreislauf in den Wärmeerzeuger zurückgeführt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamten in der Gaskatalyse hergestellten flüssigen Kohlenwasserstoffverbindungen für eine weitere Verwertung abgezogen und für die Beheizung des Kessels oder Wärmeerzeugers ein Fremdbrennstoff - beispielsweise Erdgas, Methan, Propan oder Butan - eingesetzt werden.
  3. 3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsprodukte durch ein Druck-Temperaturverfahren zerlegt werden.
  4. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtrennung der kohlenstoffhaltigen Bestandteile durch eine Waschflüssigkeit erfolgt.
  5. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerlegung der Verbrennungsprodukte durch ein kombiniertes Druck-Temperatur-Waschverfahren erfolgt.
  6. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtrennung der nicht kohlenstoffhaltigen Verbrennungsprodukte mittels semipermeabler Membranen erfolgt.
DE19853518467 1985-03-25 1985-05-23 Verfahren zum erzeugen von waermeenergie durch verbrennen einer kohlenwasserstoffverbindung und gleichzeitiger wiedergewinnung des in dieser enthaltenen kohlenstoffs Withdrawn DE3518467A1 (de)

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