EP2132489A1 - Anlagenkonzept mit geringerem energieeinsatz und verbesserter energieausbeute - Google Patents

Anlagenkonzept mit geringerem energieeinsatz und verbesserter energieausbeute

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EP2132489A1
EP2132489A1 EP08717424A EP08717424A EP2132489A1 EP 2132489 A1 EP2132489 A1 EP 2132489A1 EP 08717424 A EP08717424 A EP 08717424A EP 08717424 A EP08717424 A EP 08717424A EP 2132489 A1 EP2132489 A1 EP 2132489A1
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EP
European Patent Office
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air
combustible
combustion unit
combustion
unit
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08717424A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Claus Peter Kluge
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Ceramtec GmbH
Original Assignee
Ceramtec GmbH
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F23G7/06—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F23G7/061—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the invention relates to a method for the environmentally sound disposal of air / solvent mixtures consisting of combustible gaseous, vapor or liquid waste, with a combustion unit for combustion of the air / solvent mixtures with removal of the resulting in the combustion unit environmentally friendly exhaust air (2) and the waste heat generated.
  • air / solvent mixtures of thermal afterburning must be supplied in order to prevent harmful substances from entering the environment.
  • air / solvent mixtures as they leave the user process must be diluted with air so that no ignitable mixture is formed. This lean air is fed to the thermal afterburning.
  • the mixture air is preheated with the waste heat of the subsequent combustion process, before it reaches the combustion chamber of the thermal afterburning.
  • the air / solvent mixture enters the combustion chamber and is usually supplied with fuel, e.g. Fuel gas or electric energy fired. Also conceivable are catalytic afterburning.
  • fuel e.g. Fuel gas or electric energy fired. Also conceivable are catalytic afterburning.
  • the air / solvent mixture can also be burned, for example, to maintain the operating temperature.
  • the electrical power is generated via a separate circuit of fuel gas or combustible materials.
  • the invention has for its object to improve a method for the environmentally sound disposal of air / solvent mixtures according to the preamble of claim 1 so that the air / solvent mixtures can be decomposed without continuous supply of combustibles.
  • Air / solvent mixtures are partially or completely fed to a recovery unit and converted into a usable form of energy and these are partially or completely supplied to the combustion unit for combustion and thereby during operation, the combustion unit partially or completely by itself Fuel is supplied.
  • Air / solvent mixtures is understood as meaning air and / or inert gas and / or mixtures thereof with combustible or combustible substances (hereinafter also referred to as a mixture).
  • the usable form of energy according to the invention is preferably electricity, gas, steam or a combustible or combustible condensate.
  • the condensate will be discussed in detail below.
  • the air / solvent mixtures in the recovery unit are fed to a Stirling engine and, for example, generates electricity in combination with a generator.
  • the air / solvent mixtures drive the Stirling engine and this the generator.
  • the steam is supplied to a generator for generating electricity.
  • the air / solvent mixtures in the recovery unit are condensed out in a condensation device and the resulting combustible condensate is burned in the combustion unit.
  • the waste heat generated in the combustion unit and / or the current is supplied to the recovery unit for condensing the air / solvent mixture according to the invention.
  • the method or system concept according to the invention uses largely or exclusively the energy which is contained in the combustible substance which has previously been condensed out of the air / solvent mixture. Only starting up can optionally be carried out with a conventional fuel, such as fuel gas.
  • the condensate produced in the recovery unit or, in general, the usable forms of energy generated in the recovery unit are conducted into a tank and supplied from there to the combustion unit as required.
  • the tank also serves as a buffer and can be filled with a quantity of flammable substance (fuel) necessary for starting the plant.
  • Another tank may also be used for the intermediate storage of combustible and / or combustible substances or the mixture.
  • the combustion unit is a conventional thermal afterburner and / or a fuel cell system.
  • K ⁇ ausland ⁇ OZ07018 doc which is generally an energy conversion system which generates heat and / or cold or electrical energy from materials.
  • the recovery unit is an absorption plant, condensation plant, inversion refrigeration plant or adsorption onsstrom.
  • the combustion unit is operated evenly by continuous removal of condensate from the tank.
  • the condensate in the tank is in one embodiment of non-fossil origin, such as bio-ethanol or bio-butanol.
  • pure substances of combustible or combustible substances or even mixtures of at least 2 different combustible or combustible substances are processed in the recovery unit, which may also be mixed with non-combustible or non-combustible substances such as water.
  • the combustible or combustible substances are completely or almost completely removed from the mixture or the air / solvent mixture, and the residual gas component is supplied from the mixture to the supply air of the combustion unit.
  • the amount of heat or waste heat produced in the combustion unit is used partially or completely to operate a Stirling engine.
  • the energy converted in the Stirling engine is preferably used for driving purposes.
  • the Stirling engine can also drive a generator that generates electrical energy.
  • the air / solvent mixture in the recovery unit is converted to electricity as a usable form of energy. This stream can then be reintroduced into the combustion unit for combustion of the air / solvent mixture.
  • the amount of heat produced in the combustion unit is used partially or completely to generate water vapor.
  • the resulting water vapor can then be used again for driving purposes.
  • the water vapor drives a generator which generates electrical energy, i. Electricity generated.
  • the resulting water vapor can also be used for sterilization purposes.
  • the thermal energy supplied from the combustion unit of the recovery unit is distributed in the recovery unit to various types of use. This means that in the recovery unit different usable forms of energy are generated.
  • different types of use are cascaded or operated in combination.
  • the method or system concept according to the invention uses largely or exclusively the energy which is contained in the combustible substance, which has previously been condensed out, for example, from the air / solvent mixture. Only the starting can optionally be done with a conventional fuel gas, or provided in the system as a buffer tank can be filled with a necessary to start the system amount of combustible material.
  • the combustible liquid substance is removed from the tank and treated with air to form an ignitable mixture in the combustion unit. After ignition, the combustible substance may burn and become carbon dioxide and water, and the released energy is used in the above-mentioned recovery unit to carry out the substance extraction or condensation.
  • Figure 1 shows the state of the art, i. a schematic diagram of a process for the environmentally sound disposal of air / solvent mixtures 5, which consist of combustible
  • K ⁇ ausland ⁇ OZ07018 doc Ren waste or liquid waste materials consist, with a combustion unit 1 with removal of the resulting in the combustion unit 1 environmentally friendly exhaust air 2 and the generated waste heat 3 and / or stream. 4
  • the combustion unit 1 is here a thermal post-combustion plant 9, into which an air / solvent mixture 5 is introduced.
  • the air / solvent mixture 5 has been diluted with air so far that no ignitable mixture is present. This lean air is fed to the thermal afterburning.
  • a fuel / fuel gas 11 and / or electrical energy 12, ie, electricity are introduced into the afterburner 9.
  • the exhaust air 2 (CO 2 / H 2 O) and the waste heat 3 are discharged. It is also known to use the waste heat 3 for preheating the air / solvent mixture 1.
  • FIG. 2 also shows the state of the art, except that a fuel cell system 10 is used here as the combustion unit 1, into which an air / solvent mixture 5 is introduced.
  • the air / solvent mixture 5 has also been diluted with air so far that there is no ignitable mixture.
  • This lean air is supplied to the fuel cell system 10.
  • a fuel / fuel gas 11, hydrogen 13 and / or electrical energy 12, i. Electricity introduced.
  • the exhaust air 2, the waste heat 3 and 4 stream are discharged.
  • Figure 3 describes the inventive coupling of combustion unit 1 and recovery unit 6, wherein the combustion unit 1 performs a conversion of the air / solvent mixture 5 in heat energy and exhaust air or exhaust gas.
  • the combustion unit 1 supplies the recovery unit 6 with waste heat recovered from the combustible or combustible matter.
  • the recovery unit 6 separates the air / solvent mixture 5.
  • the combustible or combustible material e.g., the condensate 7) is transferred to a tank 8 from which, in turn, the combustion unit 1 can remove the fuel necessary for operation.
  • the air / solvent mixture 5 is introduced and condensed out there.
  • the condensate 7 is passed into a tank 8.
  • exhaust air 2 and / or waste heat 3 is introduced into the recovery unit, which is obtained in the combustion unit 1. This is, possibly supplemented by electrical energy 12, used for the conversion or condensation.
  • the exhaust air 17 accumulating in the recovery unit 6 is e.g. removed from the recovery unit 6 and introduced into the combustion unit.
  • the condensate 7 is stored until it is introduced as a liquid combustible substance 15 in the combustion unit 1 or another use 14 is supplied.
  • a further material conversion 16 can also be carried out in a corresponding converter, with the material conversion 16 being able to be supplied with electrical energy or process heat.
  • the combustion unit 1 is in this embodiment, a thermal afterburner 9, in which the liquid combustible material 15 is burned.
  • fuel / fuel gas 11 and / or electrical energy 12 can be introduced into combustion unit 1.
  • K ⁇ ausland ⁇ OZ07018 doc be directed.
  • the exhaust air 2 and waste heat 3 of the combustion process is transferred to the recovery unit 6, where it is used for the condensation of the air / solvent mixture 5.
  • the exhaust gas 18 (CO 2 / H 2 O) is discharged.
  • FIG. 4 describes the coupling according to the invention of combustion unit 1, in this case a fuel cell system 10, and recovery unit 6, wherein combustion unit 1 converts the substance or liquid combustible substance 15 into electrical energy 12 or thermal energy 3 or exhaust air 2 or exhaust gas 18.
  • combustion unit 1 supplies the recovery unit 6 with waste heat 3 or exhaust air 2, which has been obtained from the combustible or combustible substance 15.
  • the incinerator 1 can provide electrical energy 12 for the operation of the plant or for other consumers.
  • the recovery unit 6 separates the air / solvent mixture 5.
  • the combustible or combustible substance or the condensate 7 is transferred into a tank 8, from which in turn the combustion unit 1 can remove the fuel necessary for the operation.
  • the air / solvent mixture 5 is introduced and condensed out there.
  • the condensate 7 is passed into a tank 8.
  • exhaust air 2 and / or waste heat 3 which is obtained in the combustion unit 1, is introduced into the recovery unit 6. This is, possibly supplemented by electrical energy 12, used for the conversion or condensation.
  • the exhaust air 17 obtained in the recovery unit 6, possibly including a remainder of the air / solvent mixture 5, is removed from the recovery unit 6 and can optionally be supplied to the fuel cell system 10.
  • the condensate 7 is stored until it is introduced as a liquid combustible substance 15 in the combustion unit 1 or another use 14 is supplied.
  • the combustion unit 1 is a fuel cell system 10 in which the liquid combustible substance 15 is burned.
  • fuel / fuel gas 11 and / or electrical energy 12 and / or supply air 19 can be introduced into combustion unit 1.
  • the exhaust air 2 and waste heat 3 of the combustion process is transferred to the recovery unit 6, where it is used for the condensation of the air / solvent mixture 5.
  • the exhaust gas 18 (CO 2 / H 2 O) is discharged.
  • FIG. 5 schematically shows the recovery plant 6, or into which usable forms of energy the introduced air / solvent mixture 5 is converted.
  • the air / solvent mixture 5, optionally electrical energy 12 and / or exhaust air 2 and waste heat 3 from the combustion unit are introduced as input into the recovery plant 6.
  • the air / solvent mixture 5 is then converted, e.g. for driving a Stirling engine 20, which in turn drives a generator 21 for generating power 22.
  • the air / solvent mixture 5 is converted into steam 24 in a steam conversion unit 23, and the steam 24 is put to use.
  • the air / solvent mixture 5 is condensed out in a condenser 26 and the resulting combustible condensate 7, for example. passed into the combustion unit and burned there or partially fed to another form of use.
  • the plant concept is used for the environmentally sound disposal of mixtures of air and combustible or combustible substances and avoids the use of additional fuel gas for the combustion of combustible or combustible substances.
  • Combustion units can be, for example, conventional thermal afterburning plants or fuel cell plants of the most diverse designs or, in general, energy conversion systems which generate heat or cold or electrical energy from materials.
  • Recovery units may be, for example, absorption plants, condensation plants, inversion refrigeration plants, adsorption plants.
  • the combustion unit is not dependent on the constant concentration of combustible substances in the air mixture, but can be operated evenly by the continuous removal of combustible substances from the tank.
  • the plant Due to the continuous removal of combustible substances from the tank, the plant can also be operated when the supply of
  • Air / solvent mixture or condensate or flammable liquid should be interrupted.
  • the substance stored in the tank by the recovery unit may not be of fossil origin either.
  • One example is bioethanol.
  • the essential feature of the coupling of the combustion unit with the recovery unit is the transfer of waste heat in exhaust air or exhaust gas.
  • electrical current can also be included in the coupling.
  • the characteristic of the coupling of the recovery unit with the combustion unit is the transfer of combustible or combustible materials.
  • the process may be used to process pure substances from combustible or combustible substances or mixtures of at least 2 different combustible or combustible substances.
  • the process may be used to process pure substances of combustible or combustible substances or mixtures of at least 2 different combustible or combustible substances mixed with non-combustible or non-combustible substances such as water.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur umweltgerechten Entsorgung von Luft/Lösemittelgemischen (5), die aus verbrennbaren gasförmigen, dampfförmigen oder flüssigen Abfallstoffen bestehen, mit einer Verbrennungseinheit (1) zur Verbrennung der Luft/Lösemittelgemische (5) unter Abfuhr der in der Verbrennungseinheit (1) entstehenden umweltverträglichen Abluft (2) und der erzeugten Abwärme (3). Damit die Luft/Lösemittelgemische (5) ohne stetige Zufuhr brennbarer Stoffe zersetzt werden können, wird vorgeschlagen, dass die Luft/Lösemittelgemische (5) teilweise oder vollständig einer Rückgewinnungseinheit (6) zugeführt und dort in eine nutzbare Energieform (22, 24, 7) umgewandelt werden und diese teilweise oder vollständig der Verbrennungseinheit (1) zur Verbrennung zugeführt werden und dadurch während des Betriebes die Verbrennungseinheit (1) teilweise oder vollständig von selbst mit Brennstoff versorgtwird.

Description

Anlagenkonzept mit geringerem Energieeinsatz und verbesserter Energieausbeute
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur umweltgerechten Entsorgung von Luft/Lösemittelgemischen, die aus verbrennbaren gasförmigen, dampfförmigen oder flüssigen Abfallstoffen bestehen, mit einer Verbrennungseinheit zur Verbrennung der Luft/Lösemittelgemische unter Abfuhr der in der Verbrennungseinheit entstehenden umweltverträglichen Abluft (2) und der erzeugten Abwärme.
Nach dem Stand der Technik (siehe Figuren 1 und 2) müssen beispielsweise Luft/Lösemittelgemische einer thermischen Nachverbrennung (TNV) zugeführt werden, um keine schädlichen Stoffe in die Umwelt gelangen zu lassen. Aus Gründen der vorgeschriebenen Sicherheit müssen beispielsweise Luft/Lösemittelgemische wie sie den Anwenderprozess verlassen, soweit mit Luft verdünnt werden, dass kein zündfähiges Gemisch entsteht. Diese abgemagerte Luft wird der thermischen Nachverbrennung zugeführt. Teilweise wird dazu die Gemischluft mit der Abwärme des anschließenden Verbrennungsvorganges vorgewärmt, bevor diese die Brennkammer der thermischen Nachverbrennung erreicht.
Vorgewärmt oder nicht kommt das Luft/Lösemittelgemisch in die Brennkammer und diese wird üblicherweise mit Brennstoff, z.B. Brenngas oder elektrischer Energie befeuert. Denkbar sind auch katalytische Nachverbrennungen.
Wendet man statt einer thermischen Nachverbrennung eine Brennstoffzelle (BSZ) an, so kann das Luft/Lösemittelgemisch beispielsweise zur Aufrechterhaltung der Betriebstemperatur mit verbrannt werden. Der elektrische Strom wird über einen separaten Kreislauf von Brenngas oder brennbaren Stoffen erzeugt.
K \ausland\OZ07018 doc Die Konzepte nach dem Stand der Technik benötigen Brenngas um brennbare Stoffe zu verbrennen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur umweltgerechten Entsorgung von Luft/Lösemittelgemischen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so zu verbessern, dass die Luft/Lösemittelgemische ohne stetige Zufuhr brennbarer Stoffe zersetzt werden können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Luft/Lösemittelgemische teilweise oder vollständig einer Rückgewinnungseinheit zugeführt und dort in eine nutzbare Energieform umgewandelt werden und diese teilweise oder vollständig der Verbrennungseinheit zur Verbrennung zugeführt werden und dadurch während des Betriebes die Verbrennungseinheit teilweise oder vollständig von selbst mit Brennstoff versorgt wird. Unter Luft/Lösemittelgemische wird Luft und/oder Inertgas und/oder Mischungen hiervon mit verbrennbaren oder brennbaren Stoffen (im Folgenden auch als Gemisch bezeichnet) verstanden.
Die nutzbare Energieform ist erfindungsgemäß bevorzugt Strom, Gas, Dampf oder ein brennbares oder verbrennbares Kondensat ist. Weiter unten wird im Einzelnen auf das Kondensat eingegangen.
In einer erfinderischen Ausgestaltung werden die Luft/Lösemittelgemische in der Rückgewinnungseinheit einem Stirlingmotor zugeführt und beispielsweise in Kombination mit einem Generator Strom erzeugt. Die Luft/Lösemittelgemische treiben den Stirlingmotor und dieser den Generator an.
In einer anderen erfinderischen Ausgestaltung werden die Luft/Lösemittelgemische in der Rückgewinnungseinheit in einer Wasserdampf-
K \ausland\OZ07018 doc Umwandlungsanlage zu Wasserdampf umgewandelt und der Wasserdampf einer Verwendung zugeführt.
In einer Anwendungsform wird der Wasserdampf einem Generator zur Erzeugung von Strom zugeführt.
In einer anderen Anwendungsform werden die Luft/Lösemittelgemische in der Rückgewinnungseinheit in einer Kondensationseinrichtung auskondensiert und das entstehende brennbare Kondensat in der Verbrennungseinheit verbrannt.
Die in der Verbrennungseinheit erzeugte Abwärme und/oder der Strom wird erfindungsgemäß der Rückgewinnungseinheit zur Auskondensierung des Luft/Lösemittelgemisches zugeführt.
Das erfindungsgemäße Verfahren oder Anlagenkonzept nutzt im Betrieb weitgehend oder ausschließlich die Energie, die im brennbaren Stoff, der zuvor aus dem Luft/Lösemittelgemisch auskondensiert worden ist, steckt. Lediglich das Anfahren kann optional mit einem herkömmlichen Brennstoff, wie Brenngas er- folgen.
In erfindungsgemäßer Ausgestaltung wird das in der Rückgewinnungseinheit erzeugte Kondensat oder allgemein die in der Rückgewinnungseinheit erzeugten nutzbaren Energieformen in einen Tank geleitet und von dort je nach Bedarf der Verbrennungseinheit zugeführt. Der Tank dient auch als Puffer und kann mit einer zum Anfahren der Anlage nötigen Menge an brennbarem Stoff (Brennstoff) gefüllt werden. Es kann auch ein weiterer Tank für die Zwischenspeicherung von brennbaren und/oder verbrennbaren Stoffen oder des Gemisches verwendet werden.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Verbrennungseinheit eine herkömmliche thermische Nachverbrennungsanlage und/oder eine Brennstoffzellenanlage o-
K \ausland\OZ07018 doc der allgemein ein Energiewandelsystem ist, welches aus Stoffen Wärme und/oder Kälte oder elektrische Energie erzeugt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Rückgewinnungseinheit eine Absorptionsanlage, Kondensationsanlage, Inversionskälteanlage oder Adsorpti- onsanlage.
Bevorzugt wird die Verbrennungseinheit durch stetige Entnahme von Kondensat aus dem Tank gleichmäßig betrieben.
Das Kondensat im Tank ist in einer Ausgestaltung nicht fossilen Ursprungs, wie Bio-Ethanol oder Bio-Butanol.
In Weiterbildung der Erfindung werden in der Rückgewinnungseinheit Reinstoffe von verbrennbaren oder brennbaren Stoffe oder auch Mischungen von mindestens 2 unterschiedlichen verbrennbaren oder brennbaren Stoffen verarbeitet, welche auch mit nichtverbrennbaren oder nichtbrennbaren Stoffen wie beispielsweise Wasser vermischt sein können.
Es kann auch die Verbrennungseinheit im Teilbetrieb betrieben werden, wobei neben dem Kondensat aus dem Tank auch Brenngas/Brennstoff und/oder elektrischer Strom und/oder Zuluft zur Verbrennung in die Verbrennungseinheit eingeleitet wird.
In einer Weiterbildung der Erfindung werden aus dem Gemisch bzw. dem Luft/Lösemittelgemisch die brennbaren oder verbrennbaren Stoffe vollständig oder nahezu vollständig entfernt und der Restgasanteil aus dem Gemisch der Zuluft der Verbrennungseinheit zugeführt.
K \ausland\OZ07018 doc In einer erfinderischen Ausgestaltung wird die in der Verbrennungseinheit entstehende Wärmemenge oder Abwärme teilweise oder vollständig genutzt um einen Stirlingmotor zu betreiben.
Die im Stirlingmotor gewandelte Energie wird bevorzugt zu Antriebszwecken genutzt. Der Stirlingmotor kann auch einen Generator antreiben, welcher elektrische Energie erzeugt. So ist das Luft/Lösemittelgemisch in der Rückgewinnungseinheit zu Strom als nutzbare Energieform umgewandelt. Dieser Strom kann dann wieder in die Verbrennungseinheit zur Verbrennung des Luft/Lösemittelgemisches eingeführt werden.
In einer anderen Anwendung wird die in der Verbrennungseinheit entstehende Wärmemenge teilweise oder vollständig genutzt um Wasserdampf zu erzeugen.
Der entstandene Wasserdampf kann dann wieder zu Antriebszwecken genutzt werden.
In einer erfinderischen Ausgestaltung treibt der Wasserdampf einen Generator an, welcher elektrische Energie, d.h. Strom erzeugt.
Der entstandene Wasserdampf kann auch zu Sterilisationszwecken genutzt werden.
In einer bevorzugten erfinderischen Ausgestaltung wird die aus der Verbrennungseinheit der Rückgewinnungseinheit zugeführte Wärmeenergie in der Rückgewinnungseinheit auf verschiedene Arten der Nutzung verteilt. Dies heißt, dass in der Rückgewinnungseinheit verschiedene nutzbare Energieformen erzeugt werden.
In der Rückgewinnungseinheit werden in einer Anwendungsform verschiedene Arten der Nutzung kaskadiert oder in Kombination betrieben.
K \ausland\OZ07018 doc Das erfindungsgemäße Verfahren oder Anlagenkonzept nutzt nun im Betrieb weitgehend oder ausschließlich die Energie die im brennbaren Stoff, der zuvor beispielsweise aus dem Luft/Lösemittelgemisch auskondensiert worden ist, steckt. Lediglich das Anfahren kann optional mit einem herkömmlichen Brenngas erfolgen, oder der in der Anlage als Puffer vorgesehene Tank kann mit einer zum Anfahren der Anlage nötigen Menge an brennbarem Stoff gefüllt werden.
Mit der in der Verbrennungseinheit während der Verbrennung entstehenden Abwärme kann nun z.B. eine Inversionskühlanlage oder auch eine Adsorptionsanlage betrieben werden, die als Bestandteil des Verfahrens oder Anlagenkon- zeptes den zum Eigenbetrieb nötigen Brennstoff aus dem Luft/Lösemittelgemisch kondensiert. Unter Umweltgesichtspunkten würde damit der Bedarf an fossilem Brenngas entfallen.
Betreibt man dieses Verfahren oder Anlagenkonzept mit einer thermischen Nachverbrennung, so wird der brennbare flüssige Stoff aus dem Tank entnom- men und mit Luft zu einem zündfähigen Gemisch in der Verbrennungseinheit aufbereitet. Nach der Zündung kann der brennbare Stoff verbrennen und sich zu Kohlendioxid und Wasser verwandeln und die freiwerdende Energie wird in der oben genannten Rückgewinnungseinheit benutzt, um die Stoffextraktion oder Kondensation durchzuführen.
Verwendet man statt einer thermischen Nachverbrennung eine Brennstoffzelle, kann man aus dem Stoff neben der Abwärme auch elektrische Energie gewinnen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren beschrieben.
Figur 1 zeigt den Stand der Technik, d.h. schematisch ein Verfahren zur um- weltgerechten Entsorgung von Luft/Lösemittelgemischen 5, die aus verbrennba-
K \ausland\OZ07018 doc ren dampfförnnigen oder flüssigen Abfallstoffen bestehen, mit einer Verbrennungseinheit 1 unter Abfuhr der in der Verbrennungseinheit 1 entstehenden umweltverträglichen Abluft 2 und der erzeugten Abwärme 3 und/oder Strom 4.
Die Verbrennungseinheit 1 ist hier eine thermische Nachverbrennungsanlage 9, in die ein Luft/Lösemittelgemisch 5 eingeleitet wird. Das Luft/Lösemittelgemisch 5 ist soweit mit Luft verdünnt worden, dass kein zündfähiges Gemisch vorliegt. Diese abgemagerte Luft wird der thermischen Nachverbrennung zugeführt. Zur Verbrennung werden in die Nachverbrennungsanlage 9 ein Brennstoff/Brenngas 11 und/oder elektrische Energie 12, d.h. Strom eingeleitet. Aus der Nach- Verbrennungsanlage 9 werden die Abluft 2 (CO2/H2O) und die Abwärme 3 abgeführt. Es ist auch bekannt, die Abwärme 3 zur Vorwärmung des Luft/Lösemittelgemisches 1 zu verwenden.
Figur 2 zeigt ebenfalls den Stand der Technik, nur wird hier als Verbrennungseinheit 1 eine Brennstoffzellenanlage 10 verwendet, in die ein Luft/Lösemittelgemisch 5 eingeleitet wird. Das Luft/Lösemittelgemisch 5 ist auch hier soweit mit Luft verdünnt worden, dass kein zündfähiges Gemisch vorliegt. Diese abgemagerte Luft wird der Brennstoffzellenanlage 10 zugeführt. In die Brennstoffzellenanlage 10 wird ein Brennstoff/Brenngas 11 , Wasserstoff 13 und/oder elektrische Energie 12, d.h. Strom eingeleitet. Aus der Brennstoffzel- lenanlage 10 werden die Abluft 2, die Abwärme 3 und Strom 4 abgeführt.
Figur 3 beschreibt die erfindungsgemäße Kopplung von Verbrennungseinheit 1 und Rückgewinnungseinheit 6, wobei die Verbrennungseinheit 1 eine Wandlung des Luft/Lösemittelgemisch 5 in Wärmeenergie und Abluft oder Abgas vornimmt. Die Verbrennungseinheit 1 beliefert die Rückgewinnungseinheit 6 mit Abwärme, welche aus dem verbrennbaren oder brennbaren Stoff gewonnen worden ist.
K \ausland\OZ07018 doc Ein Teil des Luft/Lösemittelgemisches 5 wird so direkt in die Verbrennungseinheit 1 eingeleitet und ein anderer Teil oder der Rest wird in die Rückgewinnungseinheit eingeleitet, dort in nutzbare Energieformen umgewandelt und diese werden dann in die Verbrennungseinheit zur Aufrechterhaltung der Verbrennung d.h. des Verbrennungsprozesses eingeleitet.
Die Rückgewinnungseinheit 6 trennt das Luft/Lösemittelgemisch 5 auf. Der verbrennbare oder brennbare Stoff (z.B. das Kondensat 7) wird in einen Tank 8 ü- berführt, aus diesem wiederum die Verbrennungseinheit 1 den für den Betrieb nötigen Brennstoff entnehmen kann.
In die Rückgewinnungseinheit 6 wird also das Luft/Lösemittelgemisch 5 eingeleitet und dort auskondensiert. Das Kondensat 7 wird in einen Tank 8 geleitet. Neben dem Luft/Lösemittelgemisch 5 wird in die Rückgewinnungseinheit 6 Abluft 2 und/oder Abwärme 3 eingeleitet, die in der Verbrennungseinheit 1 anfällt. Diese wird, eventuell noch durch elektrische Energie 12 ergänzt, zur Stoffumwandlung bzw. zur Kondensation verwendet. Die in der Rückgewinnungseinheit 6 anfallende Abluft 17 wird z.B. aus der Rückgewinnungseinheit 6 abgeführt und in die Verbrennungseinheit eingeleitet.
Im Tank 8 wird das Kondensat 7 gelagert, bis es als flüssiger brennbarer Stoff 15 in die Verbrennungseinheit 1 eingeleitet wird oder einer anderen Nutzung 14 zugeführt wird. Optional kann auch in einem entsprechenden Wandler eine weitere Stoffumwandlung 16 durchgeführt werden, wobei der Stoffumwandlung 16 elektrische Energie oder Prozesswärme zugeführt werden kann.
Die Verbrennungseinheit 1 ist in dieser Ausgestaltung eine thermische Nachverbrennungsanlage 9, in der der flüssige brennbare Stoff 15 verbrannt wird. In die Verbrennungseinheit 1 können zusätzlich zur Unterstützung des Verbrennungsvorganges Brennstoff/Brenngas 11 und/oder elektrische Energie 12 einge-
K \ausland\OZ07018 doc leitet werden. Die Abluft 2 und Abwärme 3 des Verbrennungsprozesses wird in die Rückgewinnungseinheit 6 überführt, wo sie zur Kondensation des Luft/Lösemittelgemisch 5 verwendet wird. Das Abgas 18 (CO2/H2O) wird abgeführt.
Figur 4 beschreibt die erfindungsgemäße Kopplung von Verbrennungseinheit 1 , hier eine Brennstoffzellenanlage 10, und Rückgewinnungseinheit 6, wobei die Verbrennungseinheit 1 eine Wandlung des Stoffes bzw. des flüssigen brennbaren Stoffes 15 in elektrische Energie 12 oder Wärmeenergie 3 oder Abluft 2 oder Abgas 18 vornimmt. Die Verbrennungseinheit 1 beliefert die Rückgewinnungs- einheit 6 mit Abwärme 3 oder Abluft 2, welche aus dem verbrennbaren oder brennbaren Stoff 15 gewonnen worden ist. Weiterhin kann die Verbrennungsanlage 1 elektrische Energie 12 für den Betrieb der Anlage oder auch für andere Verbraucher bereitstellen.
Die Rückgewinnungseinheit 6 trennt das Luft/Lösemittelgemisch 5 auf. Der ver- brennbare oder brennbare Stoff bzw. das Kondensat 7 wird in einen Tank 8 ü- berführt, aus diesem wiederum die Verbrennungseinheit 1 den für den Betrieb nötigen Brennstoff entnehmen kann.
In die Rückgewinnungseinheit 6 wird also das Luft/Lösemittelgemisch 5 eingeleitet und dort auskondensiert. Das Kondensat 7 wird in einen Tank 8 geleitet. Ne- ben dem Luft/Lösemittelgemisch 5 wird in die Rückgewinnungseinheit 6 Abluft 2 und/oder Abwärme 3 eingeleitet, die in der Verbrennungseinheit 1 anfällt. Diese wird, eventuell noch durch elektrische Energie 12 ergänzt, zur Stoffumwandlung bzw. zur Kondensation verwendet. Die in der Rückgewinnungseinheit 6 anfallende Abluft 17, ggf. incl. eines Rests des Luft/Lösemittelgemisches 5, wird aus der Rückgewinnungseinheit 6 abgeführt und kann optional der Brennstoffzellenanlage 10 zugeführt werden.
K \ausland\OZ07018 doc Im Tank 8 wird das Kondensat 7 gelagert, bis es als flüssiger brennbarer Stoff 15 in die Verbrennungseinheit 1 eingeleitet wird oder einer anderen Nutzung 14 zugeführt wird.
Die Verbrennungseinheit 1 ist in dieser Ausgestaltung eine Brennstoffzellenan- läge 10, in der der flüssige brennbare Stoff 15 verbrannt wird. In die Verbrennungseinheit 1 können zusätzlich zur Unterstützung des Verbrennungsvorganges Brennstoff/Brenngas 11 und/oder elektrische Energie 12 und/oder Zuluft 19 eingeleitet werden. Die Abluft 2 und Abwärme 3 des Verbrennungsprozesses wird in die Rückgewinnungseinheit 6 überführt, wo sie zur Kondensation des Luft/Lösemittelgemisch 5 verwendet wird. Das Abgas 18 (CO2/H2O) wird abgeführt.
In der Figur 5 ist schematisch die Rückgewinnungsanlage 6 gezeigt, bzw. in welche nutzbaren Energieformen das eingeführte Luft/Lösemittelgemisch 5 umgewandelt wird. In die Rückgewinnungsanlage 6 werden als Input das Luft/Lösemittelgemisch 5, wahlweise elektrische Energie 12 und/oder Abluft 2 und Abwärme 3 aus der Verbrennungseinheit eingeleitet.
In der Rückgewinnungsanlage 6 wird dann das Luft/Lösemittelgemisch 5 umgewandelt, z.B. zum Antreiben eines Stirlingmotors 20, der wiederum einen Generator 21 zur Erzeugung von Strom 22 antreibt. In einer anderen oder auch zu- sätzlichen Anwendungsform wird das Luft/Lösemittelgemisch 5 in einer Wasserdampf-Umwandlungsanlage 23 zu Wasserdampf 24 umgewandelt und der Wasserdampf 24 einer Verwendung zugeführt. In einer anderen oder auch zusätzlichen Anwendungsform wird das Luft/Lösemittelgemisch 5 in einer Kondensationseinrichtung 26 auskondensiert und das entstehende brennbare Kondensat 7 z.B. in die Verbrennungseinheit geleitet und dort verbrannt oder teilweise einer anderen Verwendungsform zugeführt.
K \ausland\OZ07018 doc Nachfolgend werden Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens, nachfolgend auch Anlagenkonzept genannt, beschrieben.
1. Das Anlagenkonzept dient der umweltgerechten Entsorgung von Gemischen aus Luft und verbrennbaren oder brennbaren Stoffen und vermeidet die Nut- zung von zusätzlichem Brenngas zur Verbrennung von brennbaren oder verbrennbaren Stoffen.
2. Das Anlagenkonzept ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Koppelung von Verbrennungseinheit und Rückgewinnungseinheit vorgenommen wird. Verbrennungseinheiten können beispielsweise herkömmliche thermische Nachverbrennungsanlagen oder Brennstoffzellenanlagen der unterschiedlichsten Konzeptionen oder allgemein Energiewandelsysteme, welche aus Stoffen Wärme oder Kälte oder elektrische Energie erzeugen, sein. Rückgewinnungseinheiten können beispielsweise Absorptionsanlagen, Kondensationsanlagen, Inversionskälteanlagen, Adsorptionsanlagen sein.
3. Die Verbrennungseinheit ist nicht auf die konstante Konzentration von verbrennbaren Stoffen im Luftgemisch angewiesen, sondern kann durch die stetige Entnahme von verbrennbaren Stoffen aus dem Tank gleichmäßig betrieben werden.
4. Durch die stetige Entnahme von verbrennbaren Stoffen aus dem Tank kann die Anlage auch betrieben werden kann, wenn die Zufuhr von
Luft/Lösemittelgemisch bzw. Kondensat oder brennbarer flüssiger Stoff unterbrochen sein sollte.
5. Durch die Nutzung einer Brennstoffzellenanlage kann neben der Abwärme auch elektrischer Strom aus dem verbrennbaren Stoff gewonnen werden.
K \ausland\OZ07018 doc 6. Der verbrennbare Stoff aus dem Tank muss nicht vollständig über das Anlagenkonzept verwertet werden, sondern kann optional zum Teil anderen Anwendungen zugeführt werden.
7. Der durch die Rückgewinnungseinheit im Tank gespeicherte Stoff kann auch nicht fossilen Ursprungs sein. Beispielhaft ist Bio-Ethanol zu nennen.
8. Die wesentliche Eigenschaft der Koppelung von der Verbrennungseinheit mit der Rückgewinnungseinheit ist der Übertrag von Abwärme in Abluft oder Abgas. Je nach verwendeter Verbrennungseinheit kann auch elektrischer Strom mit in die Kopplung einbezogen werden.
9. Die Eigenschaft der Kopplung von der Rückgewinnungseinheit mit der Verbrennungseinheit ist der Übertrag von brennbaren oder verbrennbaren Stoffen.
10. Mit dem Verfahren können Reinstoffe von verbrennbaren oder brennbaren Stoffen oder auch Gemischen von mindestens 2 unterschiedlichen verbrenn- baren oder brennbaren Stoffen verarbeitet werden.
11. Mit dem Verfahren können Reinstoffe von verbrennbaren oder brennbaren Stoffen oder auch Gemischen von mindestens 2 unterschiedlichen verbrennbaren oder brennbaren Stoffen verarbeitet werden, welche mit nichtverbrenn- baren oder nichtbrennbaren Stoffen wie beispielsweise Wasser vermischt sind.
K \ausland\OZ07018 doc

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur umweltgerechten Entsorgung von Luft/Lösemittel - gemischen (5), die aus verbrennbaren gasförmigen, dampfförmigen oder flüssigen Abfallstoffen bestehen, mit einer Verbrennungseinheit (1 ) zur Verbrennung der Luft/Lösemittelgemische (5) unter Abfuhr der in der
Verbrennungseinheit (1 ) entstehenden umweltverträglichen Abluft (2) und der erzeugten Abwärme (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Luft/Lösemittelgemische (5) teilweise oder vollständig einer Rückgewinnungseinheit (6) zugeführt und dort in eine nutzbare Energieform (22, 24, 7) umgewandelt werden und diese teilweise oder vollständig der Verbrennungseinheit (1 ) zur Verbrennung zugeführt werden und dadurch während des Betriebes die Verbrennungseinheit (1 ) teilweise oder vollständig von selbst mit Brennstoff versorgt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die nutzbare Energieform Strom (22), Gas, Dampf (24) oder ein brennbares Kondensat
(7) ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft/Lösemittelgemische (5) in der Rückgewinnungseinheit (6) einem Stir- lingmotor (20) zugeführt und beispielsweise in Kombination mit einem Generator (21 ) Strom (22) erzeugt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft/Lösemittelgemische (5) in der Rückgewinnungseinheit (6) in einer Wasserdampf-Umwandlungsanlage (23) zu Wasserdampf (24) umgewandelt werden und der Wasserdampf (24) einer Verwendung zugeführt wird.
K \ausland\OZ07018 doc
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasser- dampf (24) einem Generator (21 ) zur Erzeugung von Strom (22) zugeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft/Lösemittelgemische (5) in der Rückgewinnungseinheit (6) in einer
Kondensationseinrichtung (26) auskondensiert werden und das entstehende brennbare Kondensat (7) in der Verbrennungseinheit (1 ) verbrannt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Verbrennungseinheit (1 ) erzeugte Abwärme (3) und/oder der Strom (4), der Rückgewinnungseinheit (6) zur Auskondensierung des Luft/Lösemittelgemisches (5) zugeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das in der Rückgewinnungseinheit (6) erzeugte Kondensat (7) in einen Tank (8) geleitet und von dort je nach Bedarf der Verbrennungseinheit (1 ) zugeführt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungseinheit (1 ) eine herkömmliche thermische Nachverbrennungsanlage (9) und/oder eine Brennstoffzellenanlage (10) oder allgemein ein Energiewandelsystem ist, welches aus Stoffen Wärme und/oder Kälte oder elektrische Energie erzeugt.
10.Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückgewinnungseinheit (6) eine Absorptionsanlage, Kondensationsanlage, Inversionskälteanlage oder Adsorptionsanlage ist.
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11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungseinheit (1 ) durch stetige Entnahme von Kondensat (7) aus dem Tank (8) gleichmäßig betrieben wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Kondensat (7) im Tank (8) nicht fossilen Ursprungs ist, wie Bio-
Ethanol oder Bio-Butanol.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rückgewinnungseinheit (6) Reinstoffe von verbrennbaren o- der brennbaren Stoffe oder auch Mischungen von mindestens 2 unter- schiedlichen verbrennbaren oder brennbaren Stoffen verarbeitet werden, welche auch mit nichtverbrennbaren oder nichtbrennbaren Stoffen wie beispielsweise Wasser vermischt sein können.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungseinheit (1 ) im Teilbetrieb betrieben wird, wobei ne- ben dem Kondensat (7) aus dem Tank (8) auch Brenngas/Brennstoff (11 ) und/oder elektrischer Strom (12) und/oder Zuluft (19) zur Verbrennung in die Verbrennungseinheit (1 ) eingeleitet wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Luft/Lösemittelgemisch (5) die brennbaren oder verbrenn- baren Stoffe vollständig oder nahezu vollständig entfernt werden und der
Restgasanteil aus dem Gemisch (5) der Zuluft (19) der Verbrennungseinheit (1 ) zugeführt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Verbrennungseinheit (1 ) entstehende Wärmemenge teil-
K \ausland\OZ07018 doc weise oder vollständig genutzt wird um einen Stirlingmotor (20) zu betreiben.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die im Stirlingmotor (20) gewandelte Energie zu Antriebszwecken genutzt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der
Stirlingmotor (20) einen Generator (21 ) antreibt, welcher elektrische E- nergie (22) erzeugt.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Verbrennungseinheit (1 ) entstehende Wärmemenge teil- weise oder vollständig genutzt wird um Wasserdampf (24) zu erzeugen.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der entstandene Wasserdampf (24) zu Antriebszwecken genutzt wird.
21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserdampf (24) einen Generator (21 ) antreibt, welcher elektrische E- nergie (22) erzeugt.
22. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der entstandene Wasserdampf (24) zu Sterilisationszwecken genutzt wird.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die aus der Verbrennungseinheit (1 ) der Rückgewinnungseinheit (6) zugeführte Wärmeenergie in der Rückgewinnungseinheit (6) auf verschiedene Arten der Nutzung verteilt wird.
K \ausland\OZ07018 doc
24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rückgewinnungseinheit (6) verschiedene Arten der Nutzung kaskadiert oder in Kombination betrieben werden.
K \ausland\OZ07018 doc
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