EP3976941B1 - Vorrichtung und verfahren zur nutzung von niedertemperaturwärme durch auskoppeln der niedertemperaturwärme aus prozessgas sowie verwendung - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur nutzung von niedertemperaturwärme durch auskoppeln der niedertemperaturwärme aus prozessgas sowie verwendung Download PDF

Info

Publication number
EP3976941B1
EP3976941B1 EP20730976.6A EP20730976A EP3976941B1 EP 3976941 B1 EP3976941 B1 EP 3976941B1 EP 20730976 A EP20730976 A EP 20730976A EP 3976941 B1 EP3976941 B1 EP 3976941B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
low
temperature heat
temperature
heat utilization
orc
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP20730976.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3976941A1 (de
Inventor
Marco Scholz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Original Assignee
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Uhde GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp AG, ThyssenKrupp Uhde GmbH filed Critical ThyssenKrupp AG
Publication of EP3976941A1 publication Critical patent/EP3976941A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3976941B1 publication Critical patent/EP3976941B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/064—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle in combination with an industrial process, e.g. chemical, metallurgical
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K3/00—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein
    • F01K3/18—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having heaters
    • F01K3/188—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having heaters using heat from a specified chemical reaction

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for using low-temperature heat by extracting the low-temperature heat from process gas in connection with hydrogen plants.
  • the invention also relates to the use of a process-engineering component such that energy can be used in a particularly advantageous manner.
  • the invention relates to a device and a method according to the preamble of the respective independent or subordinate claim.
  • the temperature differences are in the range of 100°C to 150°C. If the process gas for the subsequent process has to be provided at a lower temperature level, cooling is required. In particular, cooling from a temperature level in the range of 150°C to 200°C to a temperature level in the range of 25°C to 50°C is desired.
  • a method and an arrangement for heat energy recovery downstream of a reformer, in particular a steam reforming process, e.g. for producing hydrogen in order to increase the energy efficiency of the entire plant, is known.
  • the low-calorific heat of the boiler feed water is used to preheat the combustion air and the cooled boiler feed water is heated at the end of the flue gas duct against relatively cold flue gas.
  • US 2014/0109844 A1 describes a system for generating electricity in which a generator is driven by an internal combustion engine.
  • a fuel reforming process is installed upstream of the internal combustion engine, in which part of the liquid or gaseous fuel is converted into a synthesis gas.
  • the reformer system requires high-temperature processes and the synthesis gas generally needs to be cooled before being used in the internal combustion engine.
  • a waste heat recovery system is provided which includes an Organic Rankine Cycle flow path of a working fluid.
  • the object of the invention is to provide a device and a method with the features described above, with which temperature steps in process engineering processes, in particular in systems connected in series, can be overcome in an elegant manner, in particular with regard to energetic optimization.
  • a low-temperature heat utilization arrangement set up for extracting low-temperature heat from process gas at temperatures below 200°C or below 190°C, in particular at process gas temperatures in the range from 150°C to 170°C, and set up to provide the process gas at a reduced intermediate temperature, in particular in the range from 80°C to 100°C, especially 90°C, or at an even further reduced final temperature, in particular in the range from 30°C to 40°C, especially 35°C, for at least one subsequent process, wherein the process gas in the low-temperature heat utilization arrangement can be fed to a first unit by means of which the temperature can be reduced to the intermediate temperature, wherein the process gas can optionally be made available to at least one heat exchanger stage for further reduction to the final temperature; wherein the first unit is an ORC unit for the energetic conversion of the thermal energy into electrical energy, wherein the ORC unit is coupled to at least one electrical consumer unit or to a line for energy export and wherein the ORC unit is set up for an energetic
  • this low-temperature heat utilization arrangement or the corresponding energy conversion process and the resulting energy recuperation can be implemented in connection with steam reformer plants.
  • ORC Organic Rankine cycles
  • the arrangement according to the invention enables, for example, the implementation of an ORC process in which the energy of the process gas is transferred directly to the working fluid of the ORC process.
  • the arrangement according to the invention also enables, for example, the implementation of an ORC process in which the energy from the process gas is first transferred to an intermediate medium such as a thermal oil before the energy from the intermediate medium is transferred to the working fluid of the ORC process.
  • an intermediate medium such as a thermal oil
  • the invention is also based on the concept of implementing ORC technology to increase energy efficiency or to recuperate (recover) energy. It is indeed cost-effective in terms of system technology to provide only a conventional cooler and optionally additional heat exchangers, e.g. between a hydrogen system and a pressure swing adsorption system. However, it has been shown that any increased complexity or increased initial investment caused by ORC technology can be compensated for quickly during the operation of the system, for example within a year. In other words: The Cost savings due to energy savings can amortize higher initial investments after just a few months or years, depending on the prevailing price level for energy.
  • a suitable level for the intermediate temperature can be defined in particular depending on the evaporation temperature of the working fluid, e.g. for pentane (depending on the specified pressure level) for example around 80°C.
  • An advantageous temperature of the process gas is then e.g. 90°C or 85°C.
  • the lower limit for the temperature of the process gas can be e.g. 80°C.
  • a suitable level for the final temperature can be defined in particular depending on the type of process arranged downstream of the low-temperature heat utilization arrangement, e.g. in the case of pressure swing adsorption, approximately 35°C to 40°C.
  • the ORC unit can regulate itself independently, depending on the heat flow provided.
  • An integrated control concept specifically for the ORC unit is not necessarily required. Rather, any control problems in connection with the present invention can be focused on the feeding in or return of the electrical energy generated.
  • the low-temperature heat utilization arrangement has a second unit downstream of the ORC unit with at least one heat exchanger stage, by means of which the temperature of the process gas can be reduced from the intermediate temperature to the final temperature.
  • the low-temperature heat utilization arrangement is designed to extract a heat energy flow in the range of 15MW to 40MW, in particular 2.5MW to 55MW. This also makes it possible to provide an amount of electrical energy that enables a high degree of process self-sufficiency, in particular in connection with hydrogen plants or steam reformer plants.
  • the low-temperature heat utilization arrangement is designed to convert thermal energy into electrical energy in a range of 1.5 MW to 4.0 MW, in particular 0.25 MW to 5.5 MW, in particular with a conversion factor in the range of 10% or 0.1, specifically in the range of 10% ⁇ 5% positive/negative deviation.
  • thermodynamically maximum possible usable Carnot efficiency is approximately 20%. Accordingly, an efficiency in the range of 10% can already be considered a good, advantageous efficiency.
  • heat energy flows of 2.5 to 40 MW can be used in the configuration according to the invention, which in many cases have previously been released or dissipated completely unused into the environment.
  • a thermal energy flow of 30MW is used at an efficiency of 10%, so that 3MW of electrical power can be provided.
  • the internal consumption of a hydrogen plant for example, is 1.5MW, so that in addition to supplying the hydrogen plant, part of the electrical energy can also be fed back or exported (combination of several types of use for the electrical energy generated from waste heat).
  • the low-temperature heat utilization arrangement has at least one energetic coupling or line by means of which the ORC unit is coupled to further consumers and/or by means of which the low-temperature heat utilization arrangement is Energy return is set up within the low-temperature heat utilization arrangement or to a system upstream of the low-temperature heat utilization arrangement. This allows the energy use to be further differentiated depending on the application.
  • the low-temperature heat utilization arrangement is arranged downstream of a hydrogen plant, wherein the process gas is provided from the hydrogen plant.
  • the low-temperature heat utilization arrangement is arranged upstream of a pressure swing adsorption system, wherein the process gas from the low-temperature heat utilization arrangement is provided to the pressure swing adsorption system.
  • the low-temperature heat utilization arrangement has a control/regulation device which is set up to control/regulate flows of electrical energy from the ORC process internally in the low-temperature heat utilization arrangement or externally.
  • a control/regulation device which is set up to control/regulate flows of electrical energy from the ORC process internally in the low-temperature heat utilization arrangement or externally.
  • This also makes it possible to regulate application-specific energy distribution in a particularly expedient manner, in particular depending on the situation and the current energy requirements of individual consumers.
  • all of the recuperated electrical energy can be made available to the process upstream of the low-temperature heat utilization arrangement.
  • the above-described object is also achieved according to the invention in particular by a method for using low-temperature heat by extracting the low-temperature heat from process gas to temperatures below 200°C or below 190°C, in particular at process gas temperatures in the range from 150°C to 170°C, wherein the process gas is provided at a reduced intermediate temperature, in particular in the range from 65°C to 90°C, or at an even further reduced final temperature, in particular in the range of 35°C, for at least one subsequent process, wherein the process gas is fed to a first unit, by means of which the temperature is reduced to an intermediate temperature is reduced, wherein the process gas is optionally provided for further reduction to the final temperature at at least one heat exchanger stage; wherein at least one ORC process is carried out in the first unit for extracting the low-temperature heat and for providing electrical energy obtained from the low-temperature heat, wherein the electrical energy obtained in the ORC process is supplied to or exported from at least one electrical consumer unit coupled to the ORC process and wherein the electrical energy obtained in the OR
  • all or part of the energy provided by the ORC process can be exported, i.e. extracted from the low-temperature heat utilization arrangement.
  • the energy requirements of the low-temperature heat utilization arrangement can optionally be covered at least in part by energy imports. In this way, depending on the energy availability, an optimal compromise can be achieved between covering the energy requirement and supplying energy to third parties.
  • the low-temperature heat is extracted from the process gas up to the intermediate temperature, in particular up to a temperature of 90°C, wherein the process gas is lowered in a second unit in at least one heat exchange stage to the final temperature, in particular to 35°C, in particular to provide the process gas for pressure swing adsorption.
  • This also favors the connection to a process downstream of the low-temperature heat utilization arrangement, in particular to a pressure swing adsorption system.
  • the ORC process extracts a heat energy flow in the range of 15MW to 40MW, in particular 2.5MW to 55MW, and converts it into electrical energy, in particular with an energy conversion factor in the range of 10%.
  • the ORC process converts heat energy into electrical energy in such a way that electrical energy in a range of 1.5MW to 4.0MW, in particular 0.25MW to 5.5MW, can be provided, in particular with an energy conversion factor in the range of 10% or 0.1. This provides energy to such an extent that process-related self-sufficiency with advantageous effects can be ensured, especially in connection with steam reformer plants.
  • the above-described object is also achieved according to the invention by using at least one ORC unit in a low-temperature heat utilization arrangement for extracting thermal energy from process gas of a hydrogen plant, and for providing electrical energy generated from the thermal energy to at least one electrical consumer unit and/or for at least partially exporting the energy and also for feeding back (feeding back into the process) electrical energy generated from the thermal energy into the hydrogen plant, in a previously described low-temperature heat utilization arrangement, in particular downstream of a hydrogen plant for the energetically self-sufficient operation of the hydrogen plant, wherein the ORC unit is used instead of or as a replacement for dissipative cooling devices. For example, air coolers can be saved.
  • the distribution of the recuperated energy can optionally take place depending on the situation depending on the energy requirements of the individual consumer units.
  • an energetic coupling of at least one first process is ensured, for which thermal energy is recuperated at the interface to at least one second process and is provided as electrical energy.
  • ORC technology it has been shown that a hydrogen plant in particular can be operated in an energy-self-sufficient manner thanks to implemented ORC technology.
  • All electrical consumer units installed in the hydrogen plant can be supplied with the electrical energy generated using ORC technology.
  • the implementation of ORC technology can also be so efficient that a surplus of electrical energy is created that can be exported from the process.
  • the arrangement according to the invention therefore enables a high degree of self-sufficiency and can enable the implementation of plants and processes even when an external energy network is either not available at all, is unreliable or would lead to high costs.
  • an energy supply may have to be provided from an external source.
  • the above-described object is also achieved according to the invention by using at least one ORC unit in a low-temperature heat utilization arrangement for extracting thermal energy from process gas of a hydrogen plant or synthesis gas plant and for providing of electrical energy generated from the thermal energy in the hydrogen plant or synthesis gas plant for the energetically self-sufficient operation of the hydrogen plant or synthesis gas plant, in particular in a low-temperature heat utilization arrangement described above.
  • This provides a very advantageous degree of energetic self-sufficiency, especially in conjunction with hydrogen plants. For example, island operation is possible, i.e. operation without an external power supply.
  • the Fig. 1 shows an example of a plant/process engineering structure in connection with the provision of process gas, in particular with reference to a hydrogen plant.
  • Process gas M1 is fed to a cooler 1 at temperatures of less than 170°C to 190°C, in particular in the range of 150°C to 170°C, in order to be able to provide the process gas downstream as process gas M11 at a temperature level of e.g. 65°C (intermediate temperature).
  • the process gas M12 is at a temperature level of e.g. 35°C (final temperature) and can be used further, e.g. in a pressure swing adsorption system or in a synthesis gas compressor.
  • an advantageous final temperature at the inlet of the system is in the range of 35°C to 40°C.
  • the process gas M1 comes, for example, from a hydrogen plant 3 upstream of the energy conversion.
  • the process gas M12 is, for example, fed to a plant 4 downstream of the energy conversion, in particular a pressure swing adsorption plant.
  • the Fig. 2 shows a plant/process engineering structure according to embodiments of the present invention.
  • At least one ORC process 10 is implemented in a low-temperature heat utilization arrangement 100 such that electrical energy obtained from low-calorific heat can be optionally exported and/or used in the plant that supplies the low-calorific heat.
  • Low-temperature heat (low-calorific heat) is used in an ORC process 10 or in a corresponding unit, in particular in such a way that the process gas M21 is cooled downstream of it to approx. 90°C (intermediate temperature).
  • This temperature downstream of the ORC process is defined, for example, depending on the type and pressure of a working fluid used.
  • the intermediate temperature is as low as possible, but is advantageously above 80°C for many applications.
  • the forwarded process gas M22 downstream of heat exchanger stage 2 can, as in the example of Fig. 1 in particular at around 35°C.
  • a heat pump can also be installed, in particular to raise the temperature level of the process gas M21, in particular from 80°C to a higher level, if a subsequent process in an individual case should require a higher temperature than that of the process gas M21.
  • the thermal energy utilization E2 that can be realized by the implemented ORC process 10 is carried out in particular by converting/converting the thermal energy into electrical energy, in particular to provide at least 1.5 MW to 4.0 MW (or 0.25 MW to 5.5 MW) of electrical energy from 15 MW to 40 MW (or 2.5 MW to 55 MW) of thermal energy, in particular with a conversion factor in the range of 10% or 0.1.
  • the energy flow E2 can be provided for the individual plant/process engineering components or consumer units 12 involved, in particular for a hydrogen plant, and/or the electrical energy generated can be fed from the process described here to external, separate processes/plants or to a process independent of the present ORC process.
  • Energy network For this purpose, an energy coupling 11, in particular a line, can be provided which connects the ORC unit 10 with the other plant components or processes (in particular internal to the plant or external to other consumers).
  • the process gas M1 comes, for example, from a hydrogen plant 3 upstream of the energy conversion.
  • the process gas M22 is, for example, fed to a plant 4 downstream of the energy conversion, in particular a pressure swing adsorption plant.
  • the ORC implementation according to the invention a high degree of self-sufficiency can be ensured.
  • the process in question is independent of an external energy supply and is therefore also resistant to network fluctuations and unstable power grids. This can be of great benefit, particularly in locations with weak infrastructure, or can make the use of the technology described here possible in the first place.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Nutzung von Niedertemperaturwärme durch Auskoppeln der Niedertemperaturwärme aus Prozessgas im Zusammenhang mit Wasserstoffanlagen. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung einer verfahrenstechnischen Komponente derart, dass eine Energienutzung auf besonders vorteilhafte Weise erfolgen kann. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des jeweiligen unabhängigen oder nebengeordneten Anspruchs.
  • Auf dem Gebiet der Verfahrenstechnik, insbesondere beim Verschalten von mehreren Anlagen oder Prozessen, sind in vielen Fällen unterschiedliche Temperaturniveaus erforderlich, insbesondere jeweils ein ganz bestimmtes vorteilhaftes Temperaturniveau für den jeweiligen Prozess. Beispiel: Verkettung von Wasserstoff- und Druckwechseladsorptionsanlagen. Insbesondere liegen die Temperaturunterschiede z.B. im Bereich von 100°C bis 150°C. Sofern das Prozessgas für den nachfolgenden Prozess auf einem niedrigeren Temperaturniveau bereitgestellt werden muss, ist eine Kühlung erforderlich. Insbesondere ist z.B. eine Kühlung von einem Temperaturniveau im Bereich von 150°C bis 200°C auf ein Temperaturniveau im Bereich von 25°C bis 50°C gewünscht.
  • Aus DE 10 2016 218 438 A1 ist ein Verfahren und eine Anordnung zur Wärmeenergierückgewinnung stromab von einem Reformer, insbesondere einem Dampfreformierungsprozess, z.B. zur Herstellung von Wasserstoff zwecks Steigerung der energetischen Effizienz der Gesamtanlage bekannt. Dabei wird die niederkalorische Wärme des Kesselspeisewassers zur Vorwärmung der Verbrennungsluft ausgenutzt und das abgekühlte Kesselspeisewasser am Ende des Rauchgaskanals gegen relativ kaltes Rauchgas aufgewärmt.
  • US 2014/0109844 A1 beschreibt ein System zur Stromerzeugung in dem ein Generator durch eine Brennkraftmaschine angetrieben wird. Um den Ausstoß von Emissionen, beispielsweise Sickoxiden im Abgasstrom der Brennkraftmaschine zu begrenzen, ist der Brennkraftmaschine ein Brennstoffreformierungsprozess vorgelagert, in dem ein Teil des flüssigen oder gasförmigen Brennstoffs in ein Synthesegas umgewandelt wird. Das Reformersystem erfordert Hochtemperatur-Prozesse und das Synthesegas muss im Allgemeinen abgekühlt werden, bevor es in der Brennkraftmaschine verwendet wird. Zur Erhöhung der Gesamteffizienz der Stromerzeugung ist ein Abwärmerückgewinnungssystem vorgesehen, das einen Organic-Rankine-Cycle-Strömungsweg eines Arbeitsfluids enthält.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren mit den eingangs beschriebenen Merkmalen zur Verfügung zu stellen, womit Temperaturstufen in verfahrenstechnischen Prozessen, insbesondere bei hintereinandergeschalteten Anlagen, auf elegante Weise überwunden werden können, insbesondere hinsichtlich energetischer Optimierung.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausführungsbeispiele werden in den Unteransprüchen aufgeführt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß insbesondere gelöst durch eine Niedertemperaturwärmenutzungsanordnung eingerichtet zum Auskoppeln von Niedertemperaturwärme aus Prozessgas bei Temperaturen unter 200°C oder unter 190°C, insbesondere bei Prozessgastemperaturen im Bereich von 150°C bis 170°C, und eingerichtet zum Bereitstellen des Prozessgases auf einer abgesenkten Zwischentemperatur, insbesondere im Bereich von 80°C bis 100°C, speziell 90°C, oder auf einer noch weiter abgesenkten End-Temperatur, insbesondere im Bereich von 30°C bis 40°C, speziell 35°C, für wenigstens einen nachfolgenden Prozess, wobei das Prozessgas in der Niedertemperaturwärmenutzungsanordnung einer ersten Einheit zuführbar ist, mittels welcher die Temperatur auf die Zwischentemperatur absenkbar ist, wobei das Prozessgas wahlweise zum weiteren Absenken auf die End-Temperatur an wenigstens einer Wärmetauscherstufe bereitstellbar ist;
    wobei die erste Einheit eine ORC-Einheit zur energetischen Umwandlung der Wärmeenergie in elektrische Energie ist, wobei die ORC-Einheit an wenigstens eine elektrische Verbrauchereinheit oder an eine Leitung zum Energieexport gekoppelt ist und wobei die ORC-Einheit eingerichtet ist für eine energetische Rückführung elektrischer Energie innerhalb der Niedertemperaturwärmenutzungsanordnung oder zu einem Prozess stromauf von der ORC-Einheit. Dies liefert hohe energetische Effizienz und kann z.B. auch vollständige energetische Autarkie für wenigstens einen von mehreren miteinander gekoppelten Prozessen sicherstellen, insbesondere vollständige energetische Autarkie einer Wasserstoffanlage.
  • Beispielsweise kann diese Niedertemperaturwärmenutzungsanordnung bzw. der entsprechende Energie-Konversions-Prozess und die damit realisierbare energetische Rekuperation im Zusammenhang mit Dampfreformeranlagen implementiert werden.
  • Organic-Rankine-Prozesse (Organic-Rankine-Cycles ORC) werden in den unterschiedlichsten verfahrenstechnischen Zusammenhängen (z.B. in Blockheizkraftwerken zur Biogasnutzung) eingesetzt, insbesondere zur Niedertemperaturwärmenutzung. Es wurde nun erkannt, dass Interesse an einer Nutzung der Vorteile von ORC auch für neue Anwendungen bzw. in neuem verfahrens- oder anlagentechnischem Zusammenhang bestehen könnte.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht dabei z.B. die Implementierung eines ORC-Prozesses, bei welchem die Energie des Prozessgases direkt auf das Arbeitsfluid des ORC-Prozesses übertragen wird.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht dabei z.B. auch die Implementierung eines ORC-Prozesses, bei welchem die Energie vom Prozessgas zunächst auf ein Zwischenmedium wie z.B. ein Thermalöl übertragen wird, bevor die Energie vom Zwischenmedium das Arbeitsfluid des ORC-Prozesses übertragen wird.
  • Durch die erfindungsgemäße Kopplung des ORC-Prozesses mit wenigstens einer Anlage, in welcher Temperaturstufen zu überwinden sind, insbesondere einer Wasserstoffanlage, zur Bereitstellung elektrischer Energie in Prozessanlagen kann ein effizientes Energienutzungskonzept bereitgestellt werden. Bisher üblicherweise dissipierte Abwärmeströme können dabei bei vergleichsweise guter Effizienz in elektrische Energie gewandelt und genutzt werden. Somit wird eine prozessuale Verkettung (in Reihe und/oder in paralleler Anordnung) interessanter als bei bisherigen Anlagen-/Verfahrenskonzepten.
  • Die Erfindung beruht dabei auch auf dem Konzept, die ORC-Technologie zur Steigerung der energetischen Effizienz bzw. zur Rekuperation (Rückgewinnung) von Energie zu implementieren. Zwar ist es anlagentechnisch kostengünstig, lediglich einen konventionellen Kühler und wahlweise auch weitere Wärmetauscher vorzusehen, z.B. zwischen einer Wasserstoffanlage und einer Druckwechseladsorptionsanlage. Es hat sich jedoch gezeigt, dass eine durch die ORC-Technologie möglicherweise begründete erhöhte Komplexität oder erhöhte Anfangs-Investition zeitnah im Laufe des Betriebs der Anordnung kompensiert werden kann, beispielsweise innerhalb eines Jahres. Anders ausgedrückt: Die Kosteneinsparungen aufgrund energetischer Einsparungen können höhere Anfangs-Investitionen z.B. bereits nach wenigen Monaten oder Jahren amortisieren, in Abhängigkeit von dem jeweils geltenden Preisniveau für Energie.
  • Ein zweckdienliches Niveau für die Zwischentemperatur kann dabei insbesondere in Abhängigkeit von der Verdampfungstemperatur des Arbeitsfluids definiert sein/werden, z.B. bei Pentan (je nach vorgegebenem Druckniveau) beispielsweise etwa 80°C. Eine vorteilhafte Temperatur des Prozessgases beträgt dann z.B. 90°C oder 85°C. Als Untergrenze für die Temperatur des Prozessgases kann z.B. 80°C genannt werden.
  • Ein zweckdienliches Niveau für die End-Temperatur, sofern ein zweistufiger Prozess implementiert werden soll, kann dabei insbesondere in Abhängigkeit von der Art des stromab von der Niedertemperaturwärmenutzungsanordnung angeordneten Prozesses definiert sein/werden, z.B. bei einer Druckwechseladsorption etwa 35°C bis 40°C.
  • Die ORC-Einheit kann sich dabei selbstständig einregeln, je nach dargebotenem Wärmestrom. Ein integriertes Regelungskonzept speziell für die ORC-Einheit ist nicht notwendigerweise erforderlich. Vielmehr können etwaige regelungstechnische Probleme im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung auf das Einspeisen bzw. Rückführen der gewonnenen elektrischen Energie fokussiert werden.
  • Es hat sich gezeigt, dass vorteilhafterweise auch bei einer Notabschaltung ausreichend Restwärme bereitgestellt werden kann, um z.B. Kesselspeisewasserpumpen zu betreiben. Somit kann auch bei einem Betriebsausfall ein Trockenlaufen von Verdampfern verhindert werden. Anders ausgedrückt: Die erfindungsgemäße Anordnung ist auch vergleichsweise robust und kann Wärmetauscher-Einheiten vor nachteiligen Betriebssituationen schützen.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Niedertemperaturwärmenutzungsanordnung stromab von der ORC-Einheit eine zweite Einheit mit der wenigstens einen Wärmetauscherstufe auf, mittels welcher die Temperatur des Prozessgases von der Zwischentemperatur auf die End-Temperatur absenkbar ist. Hierdurch kann insbesondere auch im Zusammenhang mit Druckwechseladsorptionsanlagen eine zweckdienliche Implementierung des erfindungsgemäßen Konzeptes erfolgen, nämlich zwischen einer ersten Anlage stromauf (Temperaturniveau z.B. 150°C bis 200°C) und einer zweiten Anlage stromab (gewünschtes Eingangs-Temperaturniveau z.B. 25°C bis 50°C).
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Niedertemperaturwärmenutzungsanordnung eingerichtet zur Auskopplung eines Wärmeenergiestroms im Bereich von 15MW bis 40MW, insbesondere 2,5MW bis 55MW. Hierdurch kann auch eine Menge elektrischer Energie bereitgestellt werden, die einen hohen Grad an prozessualer Autarkie ermöglicht, insbesondere im Zusammenhang mit Wasserstoffanlagen bzw. Dampfreformeranlagen.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Niedertemperaturwärmenutzungsanordnung eingerichtet zur Umwandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie in einem Bereich von 1,5MW bis 4,0MW, insbesondere 0,25MW bis 5,5MW, insbesondere bei einem Umwandlungs-Faktor im Bereich von 10% bzw. 0,1, speziell im Bereich 10% ± 5% positiver/negativer Abweichung. Hierdurch kann insbesondere eine Wasserstoffanlage in energetischer Hinsicht autark werden, nämlich gespeist allein durch die rekuperierte Energie aus dem ORC-Prozess.
  • Als thermodynamisch maximal möglicher nutzbarer Carnot-Wirkungsgrad können ca. 20% genannt werden. Demnach kann bei einem Wirkungsgrad im Bereich von 10% bereits von einem guten, vorteilhaften Wirkungsgrad gesprochen werden.
  • Beispielsweise können Wärmeenergieströme von 2,5 bis 40MW in der erfindungsgemäßen Konfiguration genutzt werden, die bisher in vielen Fällen komplett ungenutzt an die Umgebung abgegeben werden bzw. dissipieren.
  • Beispielsweise wird ein Wärmeenergiestrom von 30MW bei einem Wirkungsgrad von 10% genutzt, so dass 3MW elektrischer Leistung bereitgestellt werden können. Der Eigenbedarf einer Wasserstoffanlage liegt z.B. bei 1,5MW, so dass neben der Versorgung der Wasserstoffanlage auch ein Teil der elektrischen Energie zurückgespeist oder exportiert werden kann (Kombination mehrerer Nutzungsarten für die aus Abwärme erzeugte elektrische Energie).
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Niedertemperaturwärmenutzungsanordnung wenigstens eine energetische Kopplung oder Leitung auf, mittels welcher die ORC-Einheit an weitere Verbraucher gekoppelt ist und/oder mittels welcher die Niedertemperaturwärmenutzungsanordnung zur Energierückführung innerhalb der Niedertemperaturwärmenutzungsanordnung oder zu einer Anlage stromauf der Niedertemperaturwärmenutzungsanordnung eingerichtet ist. Hierdurch kann die energetische Nutzung je nach Anwendungsfall weiter differenziert werden.
  • Erfindungsgemäß ist die Niedertemperaturwärmenutzungsanordnung stromab von einer Wasserstoffanlage angeordnet, wobei das Prozessgas aus der Wasserstoffanlage bereitgestellt wird. Hierdurch kann ein vorteilhaftes Maß an niederkalorischer Wärme für den ORC-Prozess bereitgestellt und umgewandelt werden.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Niedertemperaturwärmenutzungsanordnung stromauf von einer Druckwechseladsorptionsanlage angeordnet, wobei das Prozessgas aus der Niedertemperaturwärmenutzungsanordnung an der Druckwechseladsorptionsanlage bereitgestellt wird. Hierdurch kann eine vorteilhafte energetische Verkettung von wenigstens zwei Prozessen erfolgen, insbesondere mit einer Wasserstoffanlage als erstem Prozess stromauf von der Niedertemperaturwärmenutzungsanordnung.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Niedertemperaturwärmenutzungsanordnung eine Steuerungs-/Regelungseinrichtung auf, welche eingerichtet ist zum Steuern/Regeln von Strömen elektrischer Energie aus dem ORC-Prozess intern in der Niedertemperaturwärmenutzungsanordnung oder nach extern. Hierdurch wird auch eine anwendungsspezifische Energieverteilung auf besonders zweckdienliche Weise regelbar, insbesondere auch situationsbedingt in Abhängigkeit des momentanen Energiebedarfs einzelner Verbraucher. Wahlweise kann die gesamte rekuperierte elektrische Energie dem Prozess stromauf von der Niedertemperaturwärmenutzungsanordnung zur Verfügung gestellt werden.
  • Die zuvor beschriebene Aufgabe wird erfindungsgemäß insbesondere auch gelöst durch ein Verfahren zur Nutzung von Niedertemperaturwärme durch Auskoppeln der Niedertemperaturwärme aus Prozessgas auf Temperaturen unter 200°C oder unter 190°C, insbesondere bei Prozessgastemperaturen im Bereich von 150°C bis 170°C, wobei das Prozessgases auf einer abgesenkten Zwischentemperatur, insbesondere im Bereich von 65°C bis 90°C, oder auf einer noch weiter abgesenkten End-Temperatur, insbesondere im Bereich von 35°C, für wenigstens einen nachfolgenden Prozess bereitgestellt wird, wobei das Prozessgas einer ersten Einheit zugeführt wird, mittels welcher die Temperatur auf eine/die Zwischentemperatur abgesenkt wird, wobei das Prozessgas wahlweise zum weiteren Absenken auf die End-Temperatur an wenigstens einer Wärmetauscherstufe bereitgestellt wird; wobei wenigstens einen ORC-Prozess, welcher in der ersten Einheit zum Auskoppeln der Niedertemperaturwärme und zum Bereitstellen von aus der Niedertemperaturwärme gewonnener elektrischer Energie durchgeführt wird, wobei die im ORC-Prozess gewonnene elektrische Energie wenigstens einer an den ORC-Prozess gekoppelten elektrischen Verbrauchereinheit zugeführt oder exportiert wird und wobei eine Rückführung der im ORC-Prozess gewonnenen elektrischen Energie innerhalb des Niedertemperaturwärmenutzungsprozesses oder zu einem Prozess stromauf vom ORC-Prozess erfolgt. Dies liefert zuvor genannte Vorteile, insbesondere einen vorteilhaften Grad an energetischer bzw. prozessualer Autarkie.
  • Wahlweise kann die gesamte durch den ORC-Prozess bereitgestellte Energie, oder ein Teil davon, exportiert werden, also aus der Niedertemperaturwärmenutzungsanordnung ausgekoppelt werden. Der energetische Eigenbedarf der Niedertemperaturwärmenutzungsanordnung kann dabei wahlweise zumindest teilweise auch durch Energieimport gedeckt werden. Auf diese Weise kann je nach Energie-Verfügbarkeit auch ein optimaler Kompromiss aus Eigenbedarf-Deckung und Energie-Lieferung an Dritte realisiert werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird die Niedertemperaturwärme aus dem Prozessgas bis zu der Zwischentemperatur ausgekoppelt, insbesondere bis auf eine Temperatur von 90°C, wobei das Prozessgas in einer zweiten Einheit in wenigstens einer Wärmetauschstufe auf die End-Temperatur abgesenkt wird, insbesondere auf 35°C, insbesondere zum Bereitstellen des Prozessgases für eine Druckwechseladsorption. Dies begünstigt auch die Verschaltung mit einem Prozess stromab von der Niedertemperaturwärmenutzungsanordnung, insbesondere mit einer Druckwechseladsorptionsanlage.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird durch den ORC-Prozess ein Wärmeenergiestrom im Bereich von 15MW bis 40MW, insbesondere 2,5MW bis 55MW ausgekoppelt und in elektrische Energie umgewandelt, insbesondere bei einem energetischen Umwandlungs-Faktor im Bereich von 10%. Gemäß einer Ausführungsform erfolgt durch den ORC-Prozess eine Umwandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie derart, dass elektrische Energie in einem Bereich von 1,5MW bis 4,0MW, insbesondere 0,25MW bis 5,5MW bereitstellbar ist, insbesondere bei einem energetischen Umwandlungs-Faktor im Bereich von 10% bzw. 0,1. Dies liefert jeweils Energie in einem derartigen Maße, dass eine prozessuale Autarkie mit vorteilhaften Effekten sichergestellt werden kann, insbesondere im Zusammenhang mit Dampfreformeranlagen.
  • Die zuvor beschriebene Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch Verwendung wenigstens einer ORC-Einheit in einer Niedertemperaturwärmenutzungsanordnung zum Auskoppeln von Wärmeenergie aus Prozessgas einer Wasserstoffanlage, und zum Bereitstellen von aus der Wärmeenergie generierter elektrischer Energie an wenigstens einer elektrischen Verbrauchereinheit und/oder zum zumindest teilweisen Exportieren der Energie und auch zum Zurückspeisen (Rückführen in den Prozess) von aus der Wärmeenergie generierter elektrischer Energie in die Wasserstoffanlage, in einer zuvor beschriebenen Niedertemperaturwärmenutzungsanordnung, insbesondere stromab von einer Wasserstoffanlage zum energetisch autarken Betreiben der Wasserstoffanlage, wobei die ORC-Einheit anstelle bzw. als Ersatz von dissipativen Kühleinrichtungen eingesetzt wird. Beispielsweise können Luftkühler eingespart werden. Die Verteilung der rekuperierten Energie kann dabei wahlweise situationsbedingt je nach Energiebedarf der einzelnen Verbrauchereinheiten erfolgen. Insbesondere ist eine energetische Kopplung wenigstens eines ersten Prozesses sichergestellt, für welchen thermische Energie an der Schnittstelle zu wenigstens einem zweiten Prozess rekuperiert wird und als elektrische Energie bereitgestellt wird.
  • Es hat sich gezeigt, dass insbesondere eine Wasserstoffanlage dank implementierter ORC-Technologie auf energetisch autarke Weise betrieben werden kann. Anders ausgedrückt: Alle in der Wasserstoffanlage vorgesehenen, installierten elektrischen Verbrauchereinheiten können durch die mittels der ORC-Technologie generierten elektrischen Energie versorgt werden. Dabei kann die Implementierung der ORC-Technologie auch derart effizient sein, dass ein Überschuss elektrischer Energie entsteht, welcher aus dem Prozess exportierbar ist. Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht daher einen hohen Grad an Autarkie und kann die Implementierung von Anlagen und Prozessen auch dann ermöglichen, wenn ein externes Energienetz entweder gar nicht vorhanden ist, oder unzuverlässig ist oder zu hohen Kosten führen würde. Für einen Anfahrprozess ist gegebenenfalls Energiezufluss von extern bereitzustellen.
  • Die zuvor beschriebene Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch Verwendung wenigstens einer ORC-Einheit in einer Niedertemperaturwärmenutzungsanordnung zum Auskoppeln von Wärmeenergie aus Prozessgas einer Wasserstoffanlage oder Synthesegasanlage und zum Bereitstellen von aus der Wärmeenergie generierter elektrischer Energie in der Wasserstoffanlage oder Synthesegasanlage zum energetisch autarken Betreiben der Wasserstoffanlage oder Synthesegasanlage, insbesondere in einer zuvor beschriebenen Niedertemperaturwärmenutzungsanordnung. Dies liefert speziell in Verbindung mit Wasserstoffanlagen einen sehr vorteilhaften Grad an energetischer Autarkie. Beispielsweise ist ein Inselbetrieb möglich, also ein Betrieb ohne Stromversorgung von außen.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung wenigstens eines Ausführungsbeispiels anhand von Zeichnungen, sowie aus den Zeichnungen selbst. Dabei zeigt
    • Fig. 1
    in schematischer Darstellung eine Skizze zu einem anlagen/verfahrenstechnischen Konzept gemäß dem Stand der Technik;
    Fig. 2
    in schematischer Darstellung eine Skizze zu einem anlagen/verfahrenstechnischen Konzept gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • Bei Bezugszeichen, die nicht explizit in Bezug auf eine einzelne Figur beschrieben werden, wird auf die anderen Figuren verwiesen.
  • Die Fig. 1 zeigt beispielhaft einen anlagen-/verfahrenstechnischen Aufbau im Zusammenhang mit dem Bereitstellen von Prozessgas, insbesondere unter Bezugnahme auf eine Wasserstoffanlage.
  • Prozessgas M1 wird bei Temperaturen von weniger als 170°C bis 190°C, insbesondere im Bereich von 150°C bis 170°C, einem Kühler 1 zugeführt, um das Prozessgas stromab davon als Prozessgas M11 auf einem Temperaturniveau von z.B. 65°C bereitstellen zu können (Zwischentemperatur). Dabei erfolgt eine Wärmestromabgabe E1 an die Umgebung (Verlust von Niedertemperaturwärme), insbesondere ein Wärmeenergieverlust im Bereich von 15MW bis 40MW, insbesondere 2,5MW bis 55MW, je nach Anlage bzw. Prozess. Stromab von einer Wärmetauscherstufe 2 liegt das Prozessgas M12 auf einem Temperaturniveau von z.B. 35°C vor (End-Temperatur) und kann weiterverwendet werden, z.B. in einer Druckwechseladsorptionsanlage oder in einem Synthesegasverdichter. Insbesondere für Druckwechseladsorptionsanlagen ist eine vorteilhafte End-Temperatur am Einlass der Anlage im Bereich von 35°C bis 40°C.
  • Das Prozessgas M1 stammt z.B. aus einer Wasserstoffanlage 3 stromauf von der Energiekonversion. Das Prozessgas M12 wird z.B. einer Anlage 4 stromab von der Energiekonversion zugeführt, insbesondere einer Druckwechseladsorptionsanlage.
  • Die Fig. 2 zeigt einen anlagen-/verfahrenstechnischen Aufbau gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. In eine Niedertemperaturwärmenutzungsanordnung 100 ist wenigstens ein ORC-Prozess 10 derart implementiert, dass aus niederkalorischer Wärme gewonnene elektrische Energie wahlweise exportiert und/oder in der Anlage, welche die niederkalorische Wärme liefert, genutzt werden kann.
  • Niedertemperaturwärme (niederkalorische Wärme) wird in einem ORC-Prozess 10 bzw. in einer entsprechenden Einheit genutzt, insbesondere derart, dass das Prozessgas M21 stromab davon auf ca. 90°C heruntergekühlt wird (Zwischentemperatur). Diese Temperatur stromab vom ORC-Prozess wird z.B. in Abhängigkeit des Typs und Drucks eines verwendeten Arbeitsfluids definiert. Die Zwischentemperatur ist möglichst niedrig, liegt jedoch für viele Anwendungen vorteilhafter Weise oberhalb von 80°C.
  • Das weitergeleitete Prozessgas M22 stromab der Wärmetauscherstufe 2 kann wie auch im Beispiel der Fig. 1 insbesondere bei ca. 35°C vorliegen. Wahlweise kann auch z.B. eine Wärmepumpe installiert sein, insbesondere um das Temperaturniveau des Prozessgases M21, insbesondere von 80°C auf ein höheres Niveau zu heben, falls ein nachfolgender Prozess im Einzelfall eine höhere Temperatur aus jene des Prozessgases M21 erfordern sollte.
  • Die durch den implementierten ORC-Prozess 10 realisierbare Wärmeenergienutzung E2 erfolgt insbesondere durch Konversion/Umwandlung der Wärmeenergie in elektrische Energie, insbesondere zum Bereitstellen von mindestens 1,5MW bis 4,0MW (oder 0,25MW bis 5,5MW) elektrischer Energie aus 15MW bis 40MW (oder 2,5MW bis 55MW) thermischer Energie, insbesondere bei einem Umwandlungs-Faktor im Bereich von 10% bzw. 0,1.
  • Der Energiestrom E2 kann für die einzelnen involvierten anlagen-/verfahrenstechnischen Komponenten bzw. Verbrauchereinheiten 12 bereitgestellt werden, insbesondere für eine Wasserstoffanlage, und/oder die erzeugte elektrische Energie kann aus dem hier beschriebenen Prozess nach extern zu externen separaten Verfahren/Anlagen bzw. in ein vom vorliegenden ORC-Prozess unabhängiges Energie-Netz exportiert werden. Hierzu kann eine energetische Kopplung 11, insbesondere Leitung vorgesehen sein, welche die ORC-Einheit 10 mit den weiteren anlagentechnischen Komponenten oder Prozessen (insbesondere anlageintern oder extern zu weiteren Verbrauchern) verbindet.
  • Das Prozessgas M1 stammt z.B. aus einer Wasserstoffanlage 3 stromauf von der Energiekonversion. Das Prozessgas M22 wird z.B. einer Anlage 4 stromab von der Energiekonversion zugeführt, insbesondere einer Druckwechseladsorptionsanlage.
  • Dank der erfindungsgemäßen ORC-Implementierung kann ein hoher Grad an Autarkie sichergestellt werden. Insbesondere ist der vorliegende Prozess unabhängig von einer externen Energieversorgung, und ist damit auch resistent gegen Netzschwankungen und instabile Stromnetze. Insbesondere auch an Standorten mit schwacher Infrastruktur kann dies von großem Nutzen sein, oder kann die Verwendung der hier beschriebenen Technologie überhaupt erst ermöglichen.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1
    Kühleinrichtung, insbesondere Luftkühler
    2
    Wärmetauscherstufe
    3
    Anlage bzw. Prozess stromauf von der Energiekonversion, insbesondere Wasserstoffanlage
    4
    Anlage bzw. Prozess stromab von der Energiekonversion, insbesondere Druckwechseladsorptionsanlage
    10
    ORC-Einheit bzw. ORC-Prozess
    11
    energetische Kopplung, insbesondere Leitung
    12
    elektrische Verbrauchereinheit
    100
    Niedertemperaturwärmenutzungsanordnung
    E1
    Wärmestromabgabe an die Umgebung, insbesondere Wärmeenergieverlust im Bereich von 15MW bis 55MW
    E2
    Wärmeenergienutzung durch Konversion/Umwandlung in elektrische Energie, insbesondere 1,5MW bis 5,5MW elektrische Energie, insbesondere Umwandlungs-Faktor 10% bzw. 0,1
    M1
    Prozessgas, insbesondere auf einer Temperatur im Bereich von 150°C bis 170°C
    M11
    aktiv heruntergekühltes Prozessgas, insbesondere auf ca. 65°C
    M12
    weitergeleitetes Prozessgas, insbesondere auf ca. 35°C
    M21
    aktiv heruntergekühltes Prozessgas, insbesondere auf ca. 90°C
    M22
    weitergeleitetes Prozessgas, insbesondere auf ca. 35°C

Claims (12)

  1. Niedertemperaturwärmenutzungsanordnung (100) eingerichtet zum Auskoppeln von Niedertemperaturwärme aus Prozessgas (M1) bei Temperaturen unter 200°C oder unter 190°C, wobei die Niedertemperaturwärmenutzungsanordnung (100) stromab von einer Wasserstoffanlage (3) angeordnet ist und das Prozessgas (M1) aus der Wasserstoffanlage bereitgestellt wird und wobei die Niedertemperaturwärmenutzungsanordnung (100) zum Bereitstellen des Prozessgases (M21, M22) auf einer abgesenkten Zwischentemperatur oder auf einer noch weiter abgesenkten End-Temperatur, für wenigstens einen nachfolgenden Prozess eingerichtet ist,
    wobei das Prozessgas (M1) in der Niedertemperaturwärmenutzungsanordnung (100) einer ersten Einheit zuführbar ist, mittels welcher die Temperatur auf die Zwischentemperatur absenkbar ist;
    dadurch gekennzeichnet, dass die erste Einheit eine ORC-Einheit (10) zur energetischen Umwandlung der Wärmeenergie in elektrische Energie ist, wobei die ORC-Einheit an wenigstens eine elektrische Verbrauchereinheit (12) oder an eine Leitung zum Energieexport gekoppelt ist und wobei die ORC-Einheit (10) eingerichtet ist für eine energetische Rückführung elektrischer Energie innerhalb der Niedertemperaturwärmenutzungsanordnung (100) oder zu einem Prozess in der Wasserstoffanlage (3) stromauf von der ORC-Einheit (10).
  2. Niedertemperaturwärmenutzungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Niedertemperaturwärmenutzungsanordnung stromab von der ORC-Einheit (10) eine zweite Einheit mit wenigstens einer Wärmetauscherstufe (2) aufweist, an die das Prozessgas (M21) bereitstellbar ist und mittels welcher die Temperatur des Prozessgases (M21) von der Zwischentemperatur auf die End-Temperatur absenkbar ist.
  3. Niedertemperaturwärmenutzungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Niedertemperaturwärmenutzungsanordnung (100) eingerichtet ist zur Auskopplung eines Wärmeenergiestroms im Bereich von 15MW bis 40MW.
  4. Niedertemperaturwärmenutzungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Niedertemperaturwärmenutzungsanordnung (100) eingerichtet ist zur Umwandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie in einem Bereich von 1,5MW bis 4,0MW bei einem Umwandlungs-Faktor im Bereich 10% ± 5% positiver/negativer Abweichung.
  5. Niedertemperaturwärmenutzungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Niedertemperaturwärmenutzungsanordnung (100) wenigstens eine energetische Kopplung oder Leitung (11) aufweist, mittels welcher die ORC-Einheit (10) an weitere Verbrauchereinheiten (12) gekoppelt ist und/oder mittels welcher die Niedertemperaturwärmenutzungsanordnung zur Energierückführung innerhalb der Niedertemperaturwärmenutzungsanordnung oder zu der Wasserstoffanlage (3) stromauf der Niedertemperaturwärmenutzungsanordnung eingerichtet ist.
  6. Niedertemperaturwärmenutzungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Niedertemperaturwärmenutzungsanordnung (100) stromauf von einer Druckwechseladsorptionsanlage (4) angeordnet ist und wobei das Prozessgas (M22) aus der Niedertemperaturwärmenutzungsanordnung an der Druckwechseladsorptionsanlage bereitgestellt wird.
  7. Niedertemperaturwärmenutzungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Niedertemperaturwärmenutzungsanordnung (100) eine Steuerungs-/Regelungseinrichtung aufweist, welche eingerichtet ist zum Steuern/Regeln von Strömen elektrischer Energie aus dem ORC-Prozess intern in der Niedertemperaturwärmenutzungsanordnung oder nach extern.
  8. Verfahren zur Nutzung von Niedertemperaturwärme durch Auskoppeln der Niedertemperaturwärme aus Prozessgas (M1) auf Temperaturen unter 200°C oder unter 190°C, wobei das Auskoppeln stromab von einer Wasserstoffanlage (3) erfolgt und das Prozessgas (M1) aus der Wasserstoffanlage bereitgestellt wird und wobei das Prozessgas auf einer abgesenkten Zwischentemperatur oder auf einer noch weiter abgesenkten End-Temperatur für wenigstens einen nachfolgenden Prozess (4) bereitgestellt wird, wobei das Prozessgas (M1) einer ersten Einheit zugeführt wird, mittels welcher die Temperatur auf die Zwischentemperatur abgesenkt wird; gekennzeichnet durch wenigstens einen ORC-Prozess (10), welcher in der ersten Einheit zum Auskoppeln der Niedertemperaturwärme und zum Bereitstellen von aus der Niedertemperaturwärme gewonnener elektrischer Energie durchgeführt wird, wobei die im ORC-Prozess gewonnene elektrische Energie wenigstens einer an den ORC-Prozess gekoppelten elektrischen Verbrauchereinheit (12) zugeführt oder exportiert wird und wobei eine Rückführung der im ORC-Prozess thyssenkrupp AG gewonnenen elektrischen Energie innerhalb des Niedertemperaturwärmenutzungsprozesses (100) oder zu einem Prozess in der Wasserstoffanlage (3) stromauf vom ORC-Prozess erfolgt.
  9. Verfahren nach dem vorhergehenden Verfahrensanspruch, wobei die Niedertemperaturwärme aus dem Prozessgas (M1) bis zu der Zwischentemperatur ausgekoppelt wird und wobei das Prozessgas (M21) in einer zweiten Einheit in wenigstens einer Wärmetauschstufe (2) auf die End-Temperatur abgesenkt wird.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei durch den ORC-Prozess (10) ein Wärmeenergiestrom im Bereich von 15MW bis 40MW ausgekoppelt und in elektrische Energie umgewandelt wird.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei durch den ORC-Prozess (10) eine Umwandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie derart erfolgt, dass elektrische Energie in einem Bereich von 1,5MW bis 4,0MW, insbesondere 0,25MW bis 5,5MW bereitstellbar ist, bei einem energetischen Umwandlungs-Faktor im Bereich von 10% ± 5% positiver/negativer Abweichung.
  12. Verwendung wenigstens einer ORC-Einheit (10) in der Niedertemperaturwärmenutzungsanordnung (100) nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche zum Auskoppeln von Wärmeenergie aus Prozessgas (M1) der Wasserstoffanlage (3), und zum Bereitstellen von aus der Wärmeenergie generierter elektrischer Energie an der elektrischen Verbrauchereinheit (12) und/oder zum zumindest teilweisen Exportieren der Energie und auch zum Zurückspeisen von aus der Wärmeenergie generierter elektrischer Energie in die Wasserstoffanlage (3), wobei die ORC-Einheit (10) als Ersatz von dissipativen Kühleinrichtungen eingesetzt wird.
EP20730976.6A 2019-05-29 2020-05-13 Vorrichtung und verfahren zur nutzung von niedertemperaturwärme durch auskoppeln der niedertemperaturwärme aus prozessgas sowie verwendung Active EP3976941B1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019207957.1A DE102019207957A1 (de) 2019-05-29 2019-05-29 Vorrichtung und Verfahren zur Nutzung von Niedertemperaturwärme durch Auskoppeln der Niedertemperaturwärme aus Prozessgas sowie Verwendung
PCT/EP2020/063321 WO2020239444A1 (de) 2019-05-29 2020-05-13 Vorrichtung und verfahren zur nutzung von niedertemperaturwärme durch auskoppeln der niedertemperaturwärme aus prozessgas sowie verwendung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP3976941A1 EP3976941A1 (de) 2022-04-06
EP3976941B1 true EP3976941B1 (de) 2024-10-16

Family

ID=71016477

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP20730976.6A Active EP3976941B1 (de) 2019-05-29 2020-05-13 Vorrichtung und verfahren zur nutzung von niedertemperaturwärme durch auskoppeln der niedertemperaturwärme aus prozessgas sowie verwendung

Country Status (4)

Country Link
US (1) US12006848B2 (de)
EP (1) EP3976941B1 (de)
DE (1) DE102019207957A1 (de)
WO (1) WO2020239444A1 (de)

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005021936A2 (en) * 2003-08-27 2005-03-10 Ttl Dynamics Ltd Energy recovery system
RU2006140382A (ru) * 2004-04-16 2008-05-27 Сименс Акциенгезелльшафт (DE) Способ и устройство для осуществления термодинамического циклического процесса
US20090084035A1 (en) * 2007-09-28 2009-04-02 General Electric Company Polygeneration systems
US20120291433A1 (en) * 2011-05-19 2012-11-22 Ning Meng Low temperature rankine cycle solar power system with low critical temperature hfc or hc working fluid
AT511892B1 (de) * 2011-08-31 2013-07-15 Siemens Vai Metals Tech Gmbh Verfahren zur aufbereitung von abgasen aus anlagen zur roheisenherstellung und/oder von synthesegas
US8875511B2 (en) * 2012-03-30 2014-11-04 Larry C. Simpson Geothermal wind system
US20140109575A1 (en) * 2012-10-22 2014-04-24 Fluor Technologies Corporation Method for reducing flue gas carbon dioxide emissions
US9708973B2 (en) * 2012-10-24 2017-07-18 General Electric Company Integrated reformer and waste heat recovery system for power generation
US10473029B2 (en) * 2013-12-30 2019-11-12 William M. Conlon Liquid air power and storage
US9562201B2 (en) * 2014-06-28 2017-02-07 Saudi Arabian Oil Company Energy efficient apparatus employing energy efficient process schemes providing enhanced integration of gasification-based multi-generation and hydrocarbon refining facilities and related methods
DE102016218438A1 (de) * 2016-09-26 2018-03-29 Thyssenkrupp Ag Verfahren und Anordnung zur Wärmeenergierückgewinnung in Anlagen umfassend wenigstens einen Reformer

Also Published As

Publication number Publication date
US20220120199A1 (en) 2022-04-21
US12006848B2 (en) 2024-06-11
DE102019207957A1 (de) 2020-12-03
WO2020239444A1 (de) 2020-12-03
EP3976941A1 (de) 2022-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2342458B1 (de) Solarhybridbetriebenes gas- und dampfkraftwerk
DE69927925T2 (de) Abhitzewiedergewinnung in einem organischen Energiewandler mittels einem Zwischenflüssigkeitskreislauf
DE60033889T2 (de) Verfahren zur Energieerzeugung mit einem thermochemischen Rückgewinnungskreislauf
EP1649146B1 (de) Verfahren zur erhöhung des wirkungsgrades einer gasturbinenanlage sowie dafür geeignete gasturbinenanlage
EP0819209B1 (de) Verfahren zum betreiben eines abhitzedampferzeugers sowie danach arbeitender abhitzedampferzeuger
CH702103A2 (de) Gasturbinensystem mit externer Zwischenüberhitzung.
WO2004033859A1 (de) Verfahren und einrichtung zur rückgewinnung von energie
EP2447506A2 (de) System zur Erzeugung mechanischer und/oder elektrischer Energie
EP2250356A1 (de) Speicherung elektrischer energie mit wärmespeicher und rückverstromung mittels eines thermodynamischen kreisprozesses
EP2409003A2 (de) Vorrichtung und verfahren zur erzeugung von dampf mit hohem wirkungsgrad
WO2008067855A2 (de) Verfahren und vorrichtung zur erhöhung von leistung und wirkungsgrad eines orc-kraftwerkprozesses
WO2022090990A1 (de) Turbinenanordnung
WO1999030018A2 (de) Mehrstufiger dampfkraft-/arbeitsprozess für die elektroenergiegewinnung im kreisprozess sowie anordnung zu seiner durchführung
DE10155508C5 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie
WO2021185498A1 (de) Anlage zur nutzung von in einem abgas- oder abluftstrom einer industriellen produktionsanlage enthaltener wärmeenergie
EP3976941B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur nutzung von niedertemperaturwärme durch auskoppeln der niedertemperaturwärme aus prozessgas sowie verwendung
EP2480763B1 (de) Dampfkraftwerk
DE2844742A1 (de) Verfahren zur gewinnung von elektrischer energie in einem gegendruckdampfsystem
DE102014008120A1 (de) Verfahren und Druckspeicheranlage zum Einspeichern elektrischer Energie
DE102004004914B4 (de) Verfahren zur Erzeugung von Strom und Wärme
EP1189298A1 (de) Anlage und Verfahren zum Erzeugen elektrischer Energie
EP1904731B1 (de) Gas- und dampfturbinenanlage sowie verfahren zu deren betrieb
EP2138677B1 (de) Gas- und Dampfturbinenanlage
EP4288643B1 (de) Erzeugung von elektrischer energie aus wasserstoff und sauerstoff
WO2024061616A1 (de) Anlage und verfahren zur bereitsstellung von kohlenstoffsdioxid

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20220103

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

RAP3 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: THYSSENKRUPP AG

Owner name: THYSSENKRUPP INDUSTRIAL SOLUTIONS AG

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: THYSSENKRUPP AG

Owner name: THYSSENKRUPP UHDE GMBH

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: GRANT OF PATENT IS INTENDED

INTG Intention to grant announced

Effective date: 20240627

GRAS Grant fee paid

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE PATENT HAS BEEN GRANTED

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: FG4D

Free format text: NOT ENGLISH

REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: EP

REG Reference to a national code

Ref country code: IE

Ref legal event code: FG4D

Free format text: LANGUAGE OF EP DOCUMENT: GERMAN

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R096

Ref document number: 502020009505

Country of ref document: DE

REG Reference to a national code

Ref country code: LT

Ref legal event code: MG9D

REG Reference to a national code

Ref country code: NL

Ref legal event code: MP

Effective date: 20241016

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: NL

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20241016

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: NL

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20241016

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: PT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20250217

Ref country code: IS

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20250216

Ref country code: HR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20241016

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: FI

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20241016

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: BG

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20241016

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: ES

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20241016

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: NO

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20250116

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: LV

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20241016

Ref country code: GR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20250117

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: PL

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20241016

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: RS

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20250116

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: SM

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20241016

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DK

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20241016

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R097

Ref document number: 502020009505

Country of ref document: DE

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: EE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20241016

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: RO

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20241016

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: SK

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20241016

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: CZ

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20241016

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: IT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20241016

PLBE No opposition filed within time limit

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: SE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20241016

26N No opposition filed

Effective date: 20250717

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R119

Ref document number: 502020009505

Country of ref document: DE

REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: H13

Free format text: ST27 STATUS EVENT CODE: U-0-0-H10-H13 (AS PROVIDED BY THE NATIONAL OFFICE)

Effective date: 20251223

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: LU

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20250513

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: CH

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20250531

GBPC Gb: european patent ceased through non-payment of renewal fee

Effective date: 20250513

REG Reference to a national code

Ref country code: BE

Ref legal event code: MM

Effective date: 20250531

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: MC

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20241016

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20250513

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: IE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20250513

Ref country code: DE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20251202

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: BE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20250531

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: FR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20250531