EP2675775A1 - Verfahren zur erzeugung eines kraftstoffs für verbrennungskraftmaschinen - Google Patents

Verfahren zur erzeugung eines kraftstoffs für verbrennungskraftmaschinen

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EP2675775A1
EP2675775A1 EP12703766.1A EP12703766A EP2675775A1 EP 2675775 A1 EP2675775 A1 EP 2675775A1 EP 12703766 A EP12703766 A EP 12703766A EP 2675775 A1 EP2675775 A1 EP 2675775A1
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EP
European Patent Office
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fuel
methanol
carbon dioxide
internal combustion
flue gas
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Withdrawn
Application number
EP12703766.1A
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Wolfgang Maus
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Wm Engineering & Consulting GmbH
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Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y02P30/20—Technologies relating to oil refining and petrochemical industry using bio-feedstock

Definitions

  • Internal combustion engines Subject matter of the present invention is a process for producing a fuel for internal combustion engines, in particular for gasoline engines.
  • the present invention is concerned with the reprocessing of carbon dioxide which is produced in flue gases during the combustion of fuels in power plants.
  • the object of the present invention is to at least partially overcome the disadvantages known from the prior art.
  • a method is to be specified with which an alternative way of providing fuel for internal combustion engines is provided.
  • the inventive method for producing a fuel for internal combustion engines comprising the following steps:
  • step a) synthesizing methanol (CH OH) from the carbon dioxide and hydrogen provided; wherein the carbon dioxide provided in step a) is provided from the flue gas of the combustion of a fuel.
  • the invention Therefore, proper method leads to a possibility for meaningful treatment of carbon dioxide from the flue gas of power plants, this is not released into the atmosphere and is not stored, for example, stored underground, but from this methanol is produced, which can be used as fuel and from the one
  • Fuel can be produced, such as in particular gasoline fuel, also gasoline fuel, with which a gasoline engine can be operated, or diesel fuel with which a diesel engine can be operated, so that here the carbon dioxide in a meaningful way for gas personal mobility through internal combustion engines, for example, in automobiles, motorized two-wheelers, and the like.
  • Methanol itself can be used as fuel for internal combustion engines, which requires specially designed internal combustion engines. Methanol can be highly compressed and has already been used experimentally in appropriately designed engines.
  • the methanol is advantageously used for intermediate storage of energy. This can be done in times when the energy demand is low and / or the energy supply is high, in general, therefore more energy than energy demand is available.
  • step d) comprises one of the following processes:
  • methanol-to-gasoline (MTG) process for converting the methanol (12) into a fuel
  • a methanol-to-dimethyl ether (MTL) process to convert the methanol to dimethyl ether as a fuel.
  • Dimethyl ether can be burned in the diesel engine because of its cetane number, which is usually in the range of 55 to 60, and thus can be used as a diesel fuel, without any structural changes to the engine itself are necessary.
  • the at least one fuel which is provided in step d) comprises at least one of the following substances:
  • LPG Liquefied Petrol Gas, LPG
  • SNG Natural Gas Substitute
  • Benzene fuel is understood to mean in particular an Otto fuel.
  • gasoline fuel in this context refers to a fuel with which an internal combustion engine can be operated, for example an Otto fuel with a corresponding knock resistance.
  • LPG and petrol are already being sold practically everywhere in Germany as fuels for the operation of gasoline engines.
  • Natural gas substitute can be used as fuel as a substitute for so-called CNG also compressed natural gas (compressed natural gas).
  • CNG compressed natural gas
  • Diesel fuel is understood as meaning a fuel with which a diesel engine can be operated; in particular, a diesel fuel comprises at least partially methyl ether.
  • the flue gas of a power plant is used in step a).
  • the flue gas of a coal power plant preferably a lignite and / or hard coal power plant, an oil power plant and / or a gas power plant can be used.
  • the flue gas is subjected before step c) a carbon dioxide scrubbing.
  • this is understood to mean a MDEA process or absorption with a polyethylene glycol dimethyl ether, in particular with a product commercially available under the name Genosorb 1753.
  • the MDEA process is understood to mean a carbon dioxide scrubbing with methyldiethanolamine, which is preferably carried out in a temperature range from 75.degree. C. to 85.degree.
  • the methyldiethanolamine solution shows even at low carbon dioxide partial pressures a high loading of carbon dioxide, which can be degassed by relaxing to atmospheric pressure, a large part of the carbon dioxide.
  • Genosorb process is understood to mean carbon dioxide scrubbing with a polyethyleneglycol dimethyl ether, in particular with a substance sold under the name Genosorb 1753.
  • the good gas solubility of acid gases such as carbon dioxide and hydrogen sulfide is advantageous in the leaching of carbon dioxide from flue gases.
  • By the carbon dioxide laundry an impurity content of 2% by volume and less in carbon dioxide is achieved.
  • step b) hydrogen is provided in step b) from the electrolysis of water.
  • electrical energy is preferably used in the electrolysis as electrical energy, which is obtained from a process in which substantially no carbon dioxide is produced. This further improves the overall CO2 balance of the process. This is how sustainable carbon dioxide can be converted into fuel.
  • the selection of the various alternatives A) to D) can be carried out depending on the circumstances.
  • In the conversion of solar energy into electrical energy according to alternative D) can be used in particular photovoltaic electricity generated.
  • electric power can be used, which is generated by the sun-driven evaporation of water with subsequent operation of a steam turbine.
  • electric current in particular electric current can be used, which was obtained by wind energy through wind turbines.
  • mechanical energy into electrical energy based on flowing water according to C2 can be used in particular on hydroelectric power plants or tidal power plants.
  • This embodiment of the method according to the invention leads to a positive carbon dioxide balance. So effectively sustainable carbon dioxide can be converted into fuels. This can be used to operate internal combustion engines and in particular to secure individual personal mobility.
  • the method according to the invention for temporary storage of energy can thus be used in which methanol or a fuel obtained in step d) is used as the chemical storage of the energy. This is particularly advantageous if a variable available electricity supply, for example in tidal or wind power plants.
  • the fuel prepared by the process according to the invention and / or the methanol can be used as a chemical storage for an oversupply of, for example, wind or Ge time energy.
  • the resulting methanol or the resulting fuel in particular gasoline or diesel fuel, to generate electricity when there is a supply of electricity.
  • This can be done by a corresponding internal combustion engine, in particular with catalytic exhaust gas purification, which drives a corresponding generator.
  • This allows the use of the method according to the invention for intermediate storage of energy, which will become increasingly important in the increased use of renewable energies. This represents a sensible way of storing carbon dioxide from the flue gas of fossil-fueled power plants.
  • Fig. 2 shows a second embodiment of the method according to the invention in the flow chart and
  • FIG. 3 shows a third embodiment of the method according to the invention in the flow chart.
  • a fossil fuel 2 preferably coal
  • an oxygen-containing gas 3 preferably air
  • the resulting flue gas 4 is fed to a carbon dioxide scrubber 5.
  • an amine or carbonate wash is preferably carried out. This results in a substantially pure carbon dioxide 6 and a corresponding scrubber exhaust gas 7.
  • the carbon dioxide 6 is fed to a methanol synthesis 8.
  • water 9 is supplied to an electrolysis 10. This is obtained with electrical energy from in particular so-called regenerative energy, such as solar, wind, and / or water energy operated. As product of the electrolysis 10, hydrogen 11 is obtained, which is likewise fed to the methanol synthesis 8.
  • methanol synthesis process 8 preference is given to using a low-pressure methanol synthesis process which is carried out at a pressure of about 50 bar to about 100 bar at temperatures between about 200 and about 300 ° C.
  • the methanol synthesis process 8 is assisted by a corresponding catalyst.
  • a corresponding catalyst For example. are used as catalysts copper-zinc oxide Alummina catalysts. Basically, carbon dioxide is converted with hydrogen to methanol and water. The resulting water can in this case be supplied to the electrolysis 10 as water 9 again.
  • a high-pressure methanol synthesis process can be used, which is carried out at pressures of about 250 to 350 bar and temperatures of 360 to 380 ° C.
  • a medium pressure method can be used, which operates at an operating pressure of about 100 to about 250 bar in a temperature range of about 220 to about 300 ° C.
  • the methanol 12 produced in the methanol synthesis 8 is then fed to a "methanol-to-gasoline" (MTG) process 13.
  • MTG methanol-to-gasoline
  • an aromatic-rich hydrocarbon mixture is formed on zeolites from methanol
  • the MTG process 13 usually provides three products are gasoline fuel 14, LPG 15 and Erdgassubstitut 16.
  • the relative proportions of the products 14, 15, 16 result from the process parameters under which the MTG process 13 is performed. For example, can be obtained from 100 tons of methanol 39 tons of gasoline fuel 14, 3 tons of LPG 15 and 2 tons Erdgassubstitut 16, which still generates 56 tons of water.
  • gasoline fuel 14 is meant a mixture of hydrocarbons, which is usually sold as gasoline fuel with different anti-knock properties.
  • a kind of artificial natural gas is also known by the term Subsitute Natural Gas, SNG, comprising at least methane and hydrogen regularly understood.
  • Autogas 15, also sold as LPG, liquefied petroleum gas, is understood to mean a readily liquefiable gas mixture which comprises at least propane and butane. All of these products are fuels that can be used for operating an internal combustion engine and in particular for operating an automobile.
  • FIG. 2 schematically shows a second embodiment variant of the method according to the invention. Identical elements are here provided with the same reference numerals as in FIG. For the sake of clarity, only the differences from the embodiment variant in FIG. 1 will be explained; for the remainder, reference is made to the description of FIG. 1.
  • the methanol 12 formed in the methanol synthesis 8 is fed in this embodiment to a "methanol-to-dimethyl ether" (MTL) process 17, in which the methanol 12 is catalytically converted to wholly methylene 18.
  • MTL methanol-to-dimethyl ether
  • the resulting methyl ether 18 can be used as Substitut be used for conventional diesel fuels.
  • Fig. 3 shows schematically a third embodiment of the method according to the invention. Identical elements are here provided with the same reference numerals as in FIG. It is for the sake of clarity only the differences from the embodiment in Fig. 1 will be explained, for the rest, reference is made to the description of FIG. 1.
  • the resulting in the methanol synthesis 8 methanol 12 is used directly as the final product. It can be used for example as carburetor fuel in corresponding internal combustion engines.
  • the inventive method advantageously allows the reprocessing of carbon dioxide 6 from the flue gas 4 of power plants 1 and their use for the synthesis of fuels 14, 15, 16, in particular gasoline fuel 14, for the operation of internal combustion engines such as gasoline engines in automobiles.
  • the inventive method can thus be used in a particularly advantageous manner for the treatment of the resulting in large quantities of flue gases 4 of power plants 1 from fossil fuels 2.
  • the methanol 12 can be reacted in Dirne methyl ether 18 as a diesel fuel.

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Abstract

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung eines Kraftstoffs (14, 15, 16) für Verbrennungskraftmaschinen, umfassend die folgenden Schritte: a) Bereitstellen von Kohlendioxid (CO2) (6); b) Bereitstellen von Wasserstoff (H2) (11) aus Wasser (H2O) (9); c) Synthetisieren von Methanol (CH3OH) (12) aus dem bereitgestellten Kohlendioxid (6) und Wasserstoff (11); zeichnet sich dadurch aus, dass das in Schritt a) bereitgestellte Kohlendioxid (6) aus dem Rauchgas (4) der Verbrennung eines Brennstoffes (2) bereitgestellt wird. Bevorzugt wird ein sich an Schritt c) anschließender weiterer Verfahrens- schritt d) eines Prozesses (13, 17) zur Umwandlung des Methanols (12) in einen Kraftstoff (14, 15, 16, 18) durchgeführt, besonders bevorzugt handelt es sich hierbei um einen Methanol-To-Gasoline (MTG)-Prozess (13). Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt in vorteilhafter Weise die Wiederaufbereitung von Kohlendioxid (6) aus dem Rauchgas (4) von Kraftwerken (1) und deren Einsatz zur Synthese von Kraftstoffen (14, 15, 16), insbesondere von Benzinkraftstoff (14), zum Betrieb von Verbrennungskraftmaschinen wie bspw. Otto-Motoren in Automobilen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann somit in besonders vorteilhafter Weise zur Aufbereitung der in großen Mengen anfallenden Rauchgase (4) von Kraftwerken (1) aus fossilen Brennstoffen (2) genutzt werden. Alternativ kann das Methanol (12) auch in Dimethylether (18) als Dieselkraftstoff umgesetzt werden.

Description

Verfahren zur Erzeugung eines Kraftstoffs für
Verbrennungskraftmaschinen Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Erzeugung eines Kraftstoffs für Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere für Otto-Motoren. Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit der Wiederaufbereitung von Kohlendioxid, welches in Rauchgasen bei der Verbrennung von Brennstoffen in Kraftwerken entsteht.
In letzter Zeit wird weltweit vermehrt diskutiert, ob Kohlendioxid als Treibhausgas einen Anteil an einer möglichen Erwärmung der Erdatmosphäre hat. Da Verbrennungskraftmaschinen einen Gutteil der menschlich erzeugten Kohlendioxidemissionen erzeugen, wird oft der Verkehr und die persönliche Mobilität der einzelnen Menschen als Mitverursacher dieser möglichen Erderwärmung betrachtet. Ein weiterer großer Emittent von Kohlendioxid ist auch in der Verbrennung fossiler Brennstoffe zur Erzeugung von Strom und ggf. Wärme zu sehen. Es ist im Moment unklar, wie sich zukünftig die persönliche Mobilität entwickeln wird. Wenn eine persönliche Mobilität als individuelle Mobilität, also beispielsweise wie heute durch Automobile und ähnliches beibehalten werden soll, müssen alternative Antriebskonzepte und alternative Kraftstoffe betrachtet werden. Da aber gleichzeitig die heutigen Verbren- nungskraftmaschinen eine deutlich erhöhte Effizienz im Vergleich zu früheren Modellen aufweisen, muss auch überprüft werden, ob es möglich ist, Kraftstoffe für diese Motoren auf alternativem Wege bereitzustellen. Hier hat sich in der jüngeren Vergangenheit eine intensive Diskussion über die Herstellung von Kraftstoff aus Biomasse ergeben. Neben den sehr positiven Ansätzen einer Bereitstellung von beispielsweise Benzinkraftstoff oder Dieselkraftstoff aus Biomasse aufgrund beispielsweise der positiven C02-Bilanz, gibt es auch negative Aspekte dieses Verfahrens. So werden vermehrt Anbauflächen, die bisher zur Erzeugung von Nahrung eingesetzt wurden, zur Erzeugung von Biomasse und zur Herstellung von Kraftstoff eingesetzt. Dies hat negative Effekte auf die Erzeugung von Nahrungsmitteln und damit auf die Ernährungslage der Bevölkerung insbesondere in so genannten Schwellen- und Dritte Welt Ländern.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teil- weise zu überwinden. Insbesondere soll ein Verfahren angegeben werden, mit dem ein alternativer Weg zur Bereitstellung von Kraftstoff für Verbrennungskraftmaschinen geschaffen wird.
Diese Aufgaben werden gelöst mit den Merkmalen des unabhängigen An- Spruches. Die abhängigen Ansprüche sind auf vorteilhafte Weiterbildungen gerichtet. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung auf- gezeigt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung eines Kraftstoffs für Verbrennungskraftmaschinen, umfasst die folgenden Schritte:
a) Bereitstellen von Kohlendioxid (CO2);
b) Bereitstellen von Wasserstoff (H2) aus Wasser (H2O);
c) Synthetisieren von Methanol (CH OH) aus dem bereitgestellten Kohlendioxid und Wasserstoff; wobei das in Schritt a) bereitgestellte Kohlendioxid aus dem Rauchgas der Verbrennung eines Brennstoffes bereitgestellt wird.
Bevorzugt erfolgt dabei die Verbrennung eines fossilen Brennstoffs wie beispielsweise Kohle, Öl oder Erdgas in einem Kraftwerk. Das erfindungs- gemäße Verfahren führt somit zu einer Möglichkeit zur sinnvollen Aufbereitung von Kohlendioxid aus dem Rauchgas von Kraftwerken, dieses wird nicht in die Atmosphäre abgegeben und wird auch nicht gespeichert, beispielsweise unterirdisch gespeichert, vielmehr wird hieraus Methanol hergestellt, der als Kraftstoff einsetzbar ist und aus dem ein Kraftstoff hergestellt werden kann, wie beispielsweise insbesondere Benzinkraftstoff, auch Otto-Kraftstoff , mit welchem ein Otto-Motor betrieben werden kann, oder auch Dieselkraftstoff, mit dem ein Diesel-Motor betrieben werden kann, so dass hier das Kohlendioxid in sinnvoller Weise zur Ga- rantie der persönlichen Mobilität durch Verbrennungskraftmaschinen beispielsweise in Automobilen, motorisierten Zweirädern und ähnlichem genutzt werden kann.
Methanol selbst kann als Kraftstoff für Verbrennungskraftmaschinen ein- gesetzt werden, wobei dies speziell konstruierte Verbrennungskraftmaschinen erfordert. Methanol lässt sich hoch verdichten und wurde bereits versuchsweise in entsprechend konstruierten Motoren eingesetzt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird das Methanol vorteilhaft zur Zwischenspeicherung von Energie genutzt. Dies kann in Zeiten erfolgen, in denen der Energiebedarf niedrig und/oder das Energieangebot hoch ist, allgemein also mehr Energie als Energiebedarf vorhanden ist. Bevorzugt ist es auch möglich, das Kohlendioxid in flüssiger Form von fossil betriebenen Kraftwerken bereitzustellen. Die Aufkonzentration und Verflüssigung von Kohlendioxid aus dem Rauchgas von fossilen Kraftwerken ist eine sinnvolle Alternative zur Einlagerung des entsprechenden Kohlendioxids in unterirdische Kavernen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens schließt sich an Schritt c) folgender Schritt an:
d) Durchführen eines Prozesses zur Umwandlung des Methanols in mindestens einen Kraftstoff, Energetische Überlegungen und Berechnungen der Anmelderin haben gezeigt, dass hierbei eine positive Energieausbeute gewonnen werden kann, wobei diese als chemische Energie in dem erzeugten Kraftstoff gebunden ist, dies trotz der energieintensiven Durchführung beispielsweise des Me- thanol-To-Gasoline Prozesses (MTG) in Schritt d) und bei der notwendigen Energie für die Schritte b) und c).
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird der in Schritt d) erzeugte Kraftstoff vorteilhaft zur Zwischenspeicherung von Energie genutzt. Dies kann in Zeiten erfolgen, in denen der Energiebedarf niedrig und/oder das Energieangebot hoch ist, allgemein also mehr Energie als Energiebedarf vorhanden ist. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst Schritt d) einen der folgenden Prozesse:
i) einen Methanol-To-Gasoline (MTG)-Prozess zur Umwandlung des Methanols (12) in einen Kraftstoff; und
ii) einen Methanol-To-Dimethylether-Prozess (MTL) zur Umwandlung des Methanols zu Dimethylether als Kraftstoff.
Bei dem Methanol-To-Dimethylether-Prozess wird Methanol katalytisch in Dimethylether umgesetzt, insbesondere wird dieser Prozess an einem Zeolithen durchgeführt. Dimethylether kann aufgrund seiner Cetanzahl, die üblicherweise im Bereich von 55 bis 60 liegt, im Dieselmotor verbrannt werden und kann somit als Dieselkraftstoff eingesetzt werden, ohne dass konstruktive Änderungen am Motor selbst notwendig sind.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemä- ßen Verfahrens umfasst der mindestens eine Kraftstoff, der in Schritt d) bereitgestellt wird, mindestens einen der folgenden Stoffe:
A) Autogas (Liquefied Petrol Gas, LPG), umfassend zumindest Propan und Butan; B) Erdgassubstitut (Substitute Natural Gas, SNG) umfassend zumindest Methan;
C) Benzinkraftstoff; und
D) Dieselkraftstoff.
Unter Benzinkraftstoff wird insbesondere auch ein Otto-Kraftstoff verstanden. Allgemein bezeichnet Benzinkraftstoff in diesem Zusammenhang einen Kraftstoff, mit dem eine Verbrennungskraftmaschine betrieben werden kann, beispielsweise einen Otto-Kraftstoff mit entsprechen- der Klopffestigkeit. Autogas und Benzinkraftstoff werden bereits heute praktisch flächendeckend in Deutschland als Kraftstoffe zum Betrieb von Otto-Motoren verkauft. Erdgassubstitut kann als Kraftstoff als Ersatz für sogenanntes CNG also komprimiertes Erdgas (Compressed Natural Gas) eingesetzt werden. So können durch die Aufbereitung von Kohlendioxid insbesondere aus dem Rauchgas von Kraftwerken in vorteilhafter Weise Kraftstoffe hergestellt werden, die zum Betrieb von Verbrennungskraftmaschinen unter anderem auch in Automobilen eingesetzt werden können. Unter Dieselkraftstoff wird ein Kraftstoff verstanden, mit dem ein Diesel-Motor betrieben werden kann, insbesondere umfasst ein Diesel- kraftstoff zumindest teilweise Dirne thylether.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Rauchgas eines Kraftwerkes in Schritt a) verwendet. Insbesondere kann das Rauchgas eines Kohlekraftwerkes, bevorzugt eines Braunkohle- und/oder Steinkohlekraftwerkes, eines Ölkraftwerkes und/oder eines Gaskraftwerkes eingesetzt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das Rauchgas vor Schritt c) einer Kohlendioxidwäsche unterzogen.
Hierunter wird ein Prozess verstanden, bei dem Kohlendioxid mit einem Fremdstoffanteil von weniger als 5 Volumen-%, bevorzugt weniger als 3 Volumen-%, besonders bevorzugt von weniger als 2 Volumen-% erhalten wird.
Insbesondere wird dabei eine ein MDEA-Verfahren oder eine Absorption mit einem Polyethylenglykoldimethylether, insbesondere mit einem im Handel unter dem Namen Genosorb 1753 erhältlichen Produkt, verstanden.
Unter dem MDEA-Verfahren wird eine Kohlendioxidwäsche mit Methyl- diethanolamin verstanden, welche bevorzugt in einem Temperaturbereich von 75 C bis 85 C durchgeführt wird. Die Methyldiethanolamin-Lösung zeigt dabei auch bei niederen Kohlendioxid-Partialdrücken eine hohe Beladung mit Kohlendioxid, wobei durch Entspannen auf Atmosphärendruck ein großer Teil des Kohlendioxids entgast werden kann.
Unter dem so genannten Genosorb-Verfahren wird eine Kohlendioxidwäsche mit einem Polytheylenglykoldimethylether verstanden, insbesondere mit einem Stoff, der unter dem Namen Genosorb 1753 vertrieben wird. Die gute Gaslöslichkeit von sauren Gasen wie Kohlendioxid und Schwe- felwasserstoff ist bei der Auswaschung von Kohlendioxid aus Rauchgasen vorteilhaft.
Bevorzugt ist die Durchführung einer einstufigen Kohlendioxidwäsche, mit der sich 85 Volumen-% bis 90 Volumen-% des Kohlendioxids im Rauchgas auswaschen lassen. Durch die Kohlendioxid wäsche wird ein Fremdstoffanteil von 2 Volumen-% und weniger im Kohlendioxid erreicht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Schritt b) Wasserstoff aus der Elektrolyse von Wasser bereit- gestellt.
Bevorzugt wird hierbei bei der Elektrolyse elektrische Energie eingesetzt, die durch mindestens einen der folgenden Prozesse gewonnen wird:
A) Kernspaltung (nuclear fission); B) Kernfusion (nuclear fusion);
C) Umwandlung mechanischer Energie in elektrische Energie, insbesondere angetrieben durch mindestens eine der folgenden Kräfte: 1) Wind und 2) strömendes Wasser; und
D) Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie.
Bevorzugt wird hierbei als elektrische Energie in der Elektrolyse elektrische Energie eingesetzt, die aus einem Prozess gewonnen wird, bei dem im Wesentlichen kein Kohlendioxid entsteht. Dies verbessert die CO2- Gesamtbilanz des Prozesses weiter. So kann nachhaltig Kohlendioxid in Kraftstoff umgewandelt werden. Die Auswahl der verschiedenen Alternativen A) bis D) kann dabei in Abhängigkeit von den Gegebenheiten erfolgen. Bei der Umwandlung von Sonnenergie in elektrische Energie gemäß Alternative D) kann insbesondere auf photovoltaisch erzeugten Strom zurückgegriffen werden. Alternativ kann auch elektrischer Strom eingesetzt werden, der durch die sonnengetriebene Verdampfung von Wasser mit anschließendem Betrieb einer Dampfturbine erzeugt wird. Bei der Alternative C) kann insbesondere elektrischer Strom eingesetzt werden, der durch Windenergie durch Windräder gewonnen wurde. Bei der Um- Wandlung von mechanischer Energie in elektrische Energie basierend auf strömendem Wasser gemäß C2) kann insbesondere auf Wasserkraftwerke oder auch auf Gezeitenkraftwerke zurückgegriffen werden.
Diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens führt zu einer positiven Kohlendioxidbilanz. So kann effektiv nachhaltig Kohlendioxid in Kraftstoffe umgewandelt werden. Dieser kann zum Betrieb von Verbrennungskraftmaschinen und insbesondere zur Sicherung der individuellen persönlichen Mobilität eingesetzt werden. Bevorzugt kann so das erfindungsgemäße Verfahren zur Zwischenspei- cherung von Energie genutzt werden, bei dem Methanol oder ein in Schritt d) gewonnener Kraftstoff als chemischer Speicher der Energie genutzt wird. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft möglich, wenn ein vari- abel zur Verfügung stehendes Stromangebot vorliegt, beispielsweise bei Gezeiten- oder Windkraftwerken. Hier kann der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Kraftstoff und/oder das Methanol als chemischer Speicher für ein Überangebot von beispielsweise Wind- oder Ge- Zeitenenergie genutzt werden.
Grundsätzlich ist es möglich, das entstehende Methanol oder den entstehenden Kraftstoff, insbesondere Benzin oder Dieselkraftstoff, zur Generierung von Strom zu nutzen, wenn ein Unterangebot von Strom vorliegt. Dies kann durch einen entsprechenden Verbrennungsmotor, insbesondere mit katalytischer Abgasreinigung, der einen entsprechenden Generator antreibt, erfolgen. Dies erlaubt den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Zwischenspeicherung von Energie, die beim verstärkten Einsatz von regenerativen Energien immer mehr an Bedeutung gewinnen wird. Dies stellt eine sinnvolle Art der Speicherung dar, bei der gleichzeitig noch Kohlendioxid aus dem Rauchgas von fossilen Kraftwerken regenerativ genutzt werden kann.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der einzigen Figur beispielhaft näher erläuter, ohne auf die dort gezeigte Ausgestaltung beschränkt zu sein. Es zeigen schematisch:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens im Fließbild;
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens im Fließbild und;
Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ver- fahrens im Fließbild.
Gemäß der Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Fig. 1 wird in einem Kraftwerk 1 ein fossiler Brennstoff 2, bevorzugt Kohle, mit einem sauerstoffhaltigen Gas 3, bevorzugt Luft, mit Sauerstoff angereicher- ter Luft oder reiner Sauerstoff verbrannt. Das dabei entstehende Rauchgas 4 wird einem Kohlendioxidwäscher 5 zugeführt. Im Kohlendioxidwäscher 5 wird bevorzugt eine Amin- oder Carbonatwäsche durchgeführt. Hierbei entsteht zum einen im Wesentlichen reines Kohlendioxid 6 und ein entsprechendes Wäscherabgas 7. Das Kohlendioxid 6 wird einer Methanol-Synthese 8 zugeführt.
Parallel wird Wasser 9 einer Elektrolyse 10 zugeführt. Diese wird mit elektrischer Energie gewonnen aus insbesondere sogenannter regenerati- ver Energie, wie Sonnen-, Wind,- und/oder Wasserenergie betrieben. Als Produkt der Elektrolyse 10 wird Wasserstoff 11 erhalten, der ebenfalls der Methanol-Synthese 8 zugeführt wird.
Hierbei wird bevorzugt im Rahmen der Methanol-Synthese 8 ein Nieder- druck-Methanol-Syntheseverfahren eingesetzt werden, welches bei einem Druck von etwa 50 bar bis etwa 100 bar bei Temperaturen zwischen etwa 200 und etwa 300 °C durchgeführt wird. Das Methanol-Syntheseverfahren 8 wird durch einen entsprechenden Katalysator unterstützt. Bspw. werden als Katalysatoren Kupfer-Zinkoxid-Alummina-Katalysatoren einge- setzt. Grundsätzlich wird dabei Kohlendioxid mit Wasserstoff zu Methanol und Wasser umgesetzt. Das entstehende Wasser kann hierbei als Wasser 9 wieder der Elektrolyse 10 zugeführt werden.
Alternativ kann ein Hochdruck-Methanol-Synthese-Verfahren eingesetzt werden, welches bei Drücken von etwa 250 bis 350 bar und Temperaturen von 360 bis 380 °C durchgeführt wird. Als weitere Alternative kann ein Mitteldruckverfahren eingesetzt werden, welches bei einem Betriebsdruck von etwa 100 bis etwa 250 bar in einem Temperaturbereich von etwa 220 bis etwa 300 °C arbeitet.
Das bei der Methanol-Synthese 8 entstehende Methanol 12 wird dann einem„Methanol-To-Gasoline" (MTG)-Prozess 13 zugeführt. Hierbei wird an Zeolithen aus Methanol ein aromatenreiches Kohlenwasserstoffgemisch gebildet. Der MTG-Prozess 13 liefert üblicherweise drei Produkte. Dies sind Benzinkraftstoff 14, Autogas 15 und Erdgassubstitut 16. Die relativen Anteile der Produkte 14, 15, 16 ergeben sich aus den Prozessparametern, unter denen der MTG-Prozess 13 durchgeführt wird. Beispielsweise können so aus 100 Tonnen Methanol 39 Tonnen Benzinkraftstoff 14, 3 Tonnen Autogas 15 und 2 Tonnen Erdgassubstitut 16 erhalten werden, wobei noch 56 Tonnen Wasser anfallen.
Unter Benzinkraftstoff 14 wird ein Gemisch aus Kohlenwasserstoffen verstanden, welches üblicherweise als Otto-Kraftstoff mit verschiedenen Klopffestigkeiten vertrieben wird. Unter Erdgassubstitut wird eine Art künstliches Erdgas auch bekannt unter dem Begriff Subsitute Natural Gas, SNG, umfassend zumindest Methan und regelmäßig auch Wasserstoff verstanden. Unter Autogas 15, auch vertrieben als LPG, Liquefied Petrol Gas, wird ein leicht verflüssigbares Gasgemisch verstanden, welches zu- mindest Propan und Butan umfasst. Alle diese Produkte sind Kraftstoffe, die zum Betreiben eines Verbrennungsmotors und insbesondere auch zum Betreiben eines Automobils eingesetzt werden können.
Fig. 2 zeigt schematisch eine zweite Ausführungsvariante des erfin- dungsgemäßen Verfahrens. Gleiche Elemente werden hier mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen. Es sollen der Übersichtlichkeit halber nur die Unterschiede zur Ausführungsvariante in Fig. 1 erläutert werden, im Übrigen wird auf die Beschreibung zu Fig. 1 verwiesen. Das bei der Methanol-Synthese 8 entstehende Methanol 12 wird in diesem Ausführungsbeispiel einem „Methanol-To-Dimethylether" (MTL)-Prozess 17 zugeführt, bei dem das Methanol 12 katalytisch zu Dirne thyleter 18 umgesetzt wird. Der entstehende Dirne thylether 18 kann als Substitut für herkömmliche Dieselkraftstoffe eingesetzt werden.
Fig. 3 zeigt schematisch eine dritte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens. Gleiche Elemente werden hier mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen. Es sollen der Übersichtlichkeit halber nur die Unterschiede zur Ausführungsvariante in Fig. 1 erläutert werden, im Übrigen wird auf die Beschreibung zu Fig. 1 verwiesen.
In der dritten Ausführungsvariante wird das bei der Methanol- Synthese 8 entstehende Methanol 12 direkt als Endprodukt verwendet. Es kann beispielsweise als Vergasertreibstoff in entsprechenden Verbrennungskraftmaschinen benutzt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt in vorteilhafter Weise die Wie- deraufbereitung von Kohlendioxid 6 aus dem Rauchgas 4 von Kraftwerken 1 und deren Einsatz zur Synthese von Kraftstoffen 14, 15, 16, insbesondere von Benzinkraftstoff 14, zum Betrieb von Verbrennungskraftmaschinen wie bspw. Otto-Motoren in Automobilen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann somit in besonders vorteilhafter Weise zur Aufbereitung der in großen Mengen anfallenden Rauchgase 4 von Kraftwerken 1 aus fossilen Brennstoffen 2 genutzt werden. Alternativ kann das Methanol 12 auch in Dirne thylether 18 als Dieselkraftstoff umgesetzt werden.
Bezugszeichenliste
1 Kraftwerk
2 fossiler Brennstoff
3 sauerstoffhaltiges Gas
4 Rauchgas
5 Kohlendioxidwäscher
6 Kohlendioxid
7 Wäscherabgas
8 Methanol-Synthese
9 Wasser
10 Elektrolyse
11 Wasserstoff
12 Methanol
13 MTG-Prozess
14 Benzinkraftstoff
15 Autogas
16 Erdgassubstitut
17 Methanol-To-Dimethylether-Prozess
18 Dimethylether

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Erzeugung eines Kraftstoffs (14, 15, 16) für Verbrennungskraftmaschinen, umfassend die folgenden Schritte:
a) Bereitstellen von Kohlendioxid (CO2) (6);
b) Bereitstellen von Wasserstoff (H2) (11) aus Wasser (H2O) (9); c) Synthetisieren von Methanol (CH OH) (12) aus dem bereitgestellten Kohlendioxid (6) und Wasserstoff (11);
dadurch gekennzeichnet, dass
das in Schritt a) bereitgestellte Kohlendioxid (6) aus dem Rauchgas (4) der Verbrennung eines Brennstoffes (2) bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem an Schritt c) folgender Schritt anschließt:
d) Durchführen eines Prozesses (13, 17) zur Umwandlung des Methanols (12) in mindestens einen Kraftstoff (14, 15, 16),
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem Schritt d) einen der folgenden Prozesse umfasst:
i) einen Methanol-To-Gasoline (MTG)-Prozess zur Umwandlung des Methanols (12) in einen Kraftstoff; und
ii) einen Methanol-To-Dimethylether-Prozess (17) zur Umwandlung des Methanols zu Dirne thylether (18) als Kraftstoff.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der mindestens eine Kraftstoff (14, 15, 16) mindestens einen der folgenden Stoffe umfasst:
A) Autogas (Liquefied Petrol Gas, LPG) (15), umfassend Propan und Butan;
B) Erdgassubstitut (Substitute Natural Gas, SNG) (16) umfassend Methan; C) Benzinkraftstoff (14);
D) Dieselkraftstoff.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Rauchgas (4) eines Kraftwerks (1) in Schritt a) verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Rauchgas (4) vor Schritt c) einer Kohlendioxid-Wäsche unterzogen wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in Schritt b) Wasserstoff (11) aus der Elektrolyse (10) von Wasser (9) bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem bei der Elektrolyse (10) elektrische Energie eingesetzt wird, die durch mindestens einen der folgenden Prozesse gewonnen wird:
A) Kernspaltung (nuclear fission);
B) Kernfusion (nuclear fusion);
C) Umwandlung mechanischer Energie in elektrische Energie, insbesondere angetrieben durch mindestens eine der folgenden Kräfte: 1) Wind und 2) strömendes Wasser; und
D) Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie.
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