EP4048651A1 - Vorrichtung und verfahren zur verwertung von off-gasen aus einer power-to-x-anlage - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur verwertung von off-gasen aus einer power-to-x-anlage

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EP4048651A1
EP4048651A1 EP20838920.5A EP20838920A EP4048651A1 EP 4048651 A1 EP4048651 A1 EP 4048651A1 EP 20838920 A EP20838920 A EP 20838920A EP 4048651 A1 EP4048651 A1 EP 4048651A1
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EP
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hydrogen
oxy
oxygen
carbon dioxide
power
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Application number
EP20838920.5A
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Frank Hannemann
Joachim Lamp
Gerhard Zimmermann
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Siemens Energy Global GmbH and Co KG
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Siemens Energy Global GmbH and Co KG
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a device and a method for utilizing off-gases that arise in a Power-to-X system.
  • a Power-to-X system is, for example, the production of carbon-based substances such as methanol or hydrocarbons.
  • Power-to-X refers to different ways of using or storing electrical energy, for example from renewable energy (e.g. sun, wind and water power).
  • Part of these technologies are the power-to-liquid / power-to-gas processes, which can be an essential element for decarbonising or defossilising the transport and energy sectors and are also used for energy storage.
  • fossil fuels can in future be partially or completely replaced by electricity-based e-fuels.
  • Such carbon-based e-fuels are produced through the synthesis of hydrogen and carbon dioxide.
  • Hydrogen is produced by electrolysis using renewable electrical energy.
  • the carbon dioxide can come from point sources, or be obtained by separation by means of chemical or physical washes, or from the air by means of adsorption processes.
  • An example of such e-fuels is e-methanol, which can then be used, for example, directly or via admixtures for internal combustion engines.
  • methanol is the starting material for many chemicals and can also be used to produce synthetic gasoline (e-gasoline).
  • the raw material of conventional methanol production processes from fossil raw materials is synthesis gas, a mixture of predominantly hydrogen and carbon monoxide.
  • a Power-to-X system for converting regenerative energy into e-fuel essentially comprises an electrolyser for generating hydrogen H 2 and oxygen O 2 , a system for processing the hydrogen including drying the hydrogen H 2 generated, and a compressor for compression of the hydrogen H 2 , and a chemical reactor for the synthesis of, for example, methanol.
  • the synthesis taking place in tubular reactors cannot be carried out completely in one step. Therefore, the unreacted product stream is returned to the chemical reactor.
  • So-called off-gas flows have to be discharged continuously or discontinuously from the process in order to avoid a concentration of non-condensable gases.
  • Essential components of these off-gas flows are hydrogen H 2 , carbon dioxide CO 2 , carbon monoxide CO, methane CH 4 , methanol CH 3 OH. Further off-gases arise during the preparation of the raw methanol during the distillation to separate water and methanol.
  • the object of the invention is to provide a Power-to-X system by means of which the off-gases can be used economically and an emission of carbon dioxide CO 2 can be avoided.
  • Another object of the invention is to provide a corresponding method for operating such a Power-to-X system for utilizing off-gases.
  • the object of the invention aimed at a device is achieved by a power-to-X system for the use of off gases according to the features of claim 1.
  • This comprises an electrolyzer for generating hydrogen H 2 and oxygen O 2 , one Plant connected to the electrolyser for processing the hydrogen, for separating the remaining oxygen O 2 and water H 2 O from the generated stream of hydrogen H 2 , at least one compressor for compressing the hydrogen H 2 , or the mixture of hydrogen H 2 and carbon dioxide CO 2 , and a chemical reactor for generating a synthesis gas from hydrogen H 2 and feedable carbon dioxide CO 2 .
  • an oxy-fuel combustion system in which non-condensable off-gases from the chemical reactor and oxygen O 2 from the electrolyser can be supplied, and one through the combustion of the off-gases in the oxy-fuel system resulting carbon dioxide CO 2 via a return line into the flow of hydrogen H 2 after which the electrolyser can be returned.
  • the invention is based on the consideration that the off-gases, which inevitably arise during the synthesis in the chemical reactor, are treated thermally in an oxy-fuel incinerator connected downstream of the chemical reactor.
  • the oxy-fuel incinerator is suitable for oxygen-based combustion.
  • the thermal treatment he follows with almost pure oxygen O 2 as the oxidizer.
  • the invention recognizes that the oxygen is inevitably produced in the upstream electrolysis anyway, and otherwise usually cannot be further used economically in any case.
  • This oxygen fraction can contain small traces of hydrogen is not disadvantageous either, since the hydrogen H 2 burns to form pure water.
  • the exhaust gas from the oxygen-based combustion consists almost entirely of water vapor and carbon dioxide CO 2 .
  • the carbon dioxide CO 2 can be extracted in a very pure form and fed back into the production process.
  • the off-gas can advantageously be fed back into the Power-to-X process and does not have to be burned using an air-blown torch.
  • oxygen O 2 from the electrolysis oxygen O 2 from a separate oxygen source can also be used, which means that the device according to the invention can also be integrated into existing systems in which oxygen O 2 occurs as a process gas.
  • climate-damaging CCh emissions can be avoided.
  • the invention can also save energy for an air blower, since no nitrogen N 2 has to be compressed.
  • the Power-to-X system also includes a heat exchanger, through which the heat generated during combustion can be dissipated and can be integrated into other parts of the Power-to-X system.
  • the heat can in particular be integrated into the raw methanol preparation or into the auxiliary steam generation for starting up the chemical reactor.
  • the raw methanol contains water as a reaction product.
  • the methanol / water mixture is separated by distillation.
  • the overall efficiency of the system can be increased by integrating the heat generated in the oxy-fuel combustion system into other parts of the Power-to-X system. This also results in additional opportunities to increase flexibility, since the heat too Can be used to keep components warm in the event of a brief system downtime.
  • the oxy-fuel combustion system can alternatively or additionally be supplied with biomass and / or processed waste for CO 2 -neutral combustion and / or that the oxy-fuel combustion system includes a heating device through which it can be used Electricity from renewable sources can be heated electrically. Other combustible substances can also be burned in the oxy fuel incinerator.
  • the Power-to-X system can also be advantageously integrated into a waste incineration plant, sewage treatment plant or biomass plant or in corresponding processes.
  • off-gas or other residual gases from the Power-to-X system can also be burned.
  • the Power-to-X system preferably comprises a withdrawal flow line through which recirculated synthesis gas from the chemical reactor can be fed to the oxy-fuel combustion system.
  • a withdrawal flow line through which recirculated synthesis gas from the chemical reactor can be fed to the oxy-fuel combustion system.
  • a lambda probe is arranged in the exhaust line of the oxy-fuel combustion system, so that complete combustion of the off and mixed gases to form CO 2 is ensured by measuring and regulating the amount of oxygen O 2 introduced.
  • the oxygen content O 2 in the exhaust gas is measured, and the flow of the oxygen quantity O 2 introduced is then regulated.
  • the regulation avoids in particular a relevant O 2 excess in the exhaust gas, which could lead to problems with regard to the purity of the C0 2 stream generated.
  • the oxygen O 2 remaining in the separated C0 2 stream can be removed by a catalytic reaction with hydrogen H 2 .
  • the compression of the fh / CCd synthesis gas takes place with a piston compressor to operating pressures above 10 bar. Due to the selected operating pressure of the piston compressor, subsequent drying (condensation of H 2 O) and Cd separation (DeOxoDryer) can be carried out cost-effectively. Due to the higher inlet pressure and the proportion of carbon dioxide CO 2 , the compressor can alternatively also be designed as a turbo compressor.
  • the hydrogen flow from the electrolysis contains water vapor and small amounts of oxygen. The oxygen is catalytically reacted with hydrogen to form water, which is then separated off as a whole by condensation.
  • the power-to-X system further comprises a return line for carbon dioxide CO 2 , through which the carbon dioxide CO 2 from the oxy-fuel combustion system can be fed into the line for hydrogen H 2 upstream of the compressor.
  • the return line is connected to the line for hydrogen H 2 between the electrolyzer and the compressor.
  • the Power-to-X system also includes a separation device for impurities, which is connected to the oxy-fuel combustion system, and in which impurities such as sulfur and alkali generated in the oxy-fuel process - and halogen compounds as well as oxygen O 2 are separable.
  • a separation device for impurities which is connected to the oxy-fuel combustion system, and in which impurities such as sulfur and alkali generated in the oxy-fuel process - and halogen compounds as well as oxygen O 2 are separable.
  • the oxygen O 2 can be separated cryogenically.
  • the purified carbon dioxide CO 2 can be fed to the flow of hydrogen H 2 upstream of the compressor via a return line.
  • This severing device is particularly advantageous because the carbon dioxide CO 2 generated in the oxi-fuel process is contaminated with sulfur, alkali and halogen compounds and contains larger amounts of oxygen O 2 , which must be separated off before being mixed with hydrogen H 2.
  • the object of the invention which is directed to a method, is achieved by a method for utilizing off-gases in a power-to-X system according to claim 9.
  • hydrogen H 2 and oxygen O 2 are generated by an electrolyzer, from the hydrogen H 2 remaining water H 2 O and oxygen O 2 are separated in a system for processing the hydrogen, the hydrogen H 2 in at least one compressor to compress the hydrogen H 2 , or the mixture of hydrogen H 2 and carbon dioxide CO 2 , compressed and generated in a chemical reactor alcohols or hydrocarbons.
  • the non-condensable off-gases from the chemical reactor are fed together with oxygen O 2 from the electrolyzer to an oxy-fuel incinerator, and a carbon dioxide CO 2 produced by the combustion of the off-gases is added to the flow of hydrogen H 2 returned to the electrolyser.
  • the oxy fuel combustion system also includes a heat exchanger, through which the heat generated during combustion is dissipated and integrated into other parts of the Power-to-X system.
  • the heat can in particular be transferred to the raw methanol preparation and / or to the auxiliary steam generation for starting the chemical reactor.
  • biomass and / or processed waste is alternatively or additionally used in the oxy-fuel incineration plant for C0 2 -neutral incineration. burned.
  • the oxy-fuel combustion system furthermore comprises a heating device, by means of which it is electrically heated with electricity from renewable sources.
  • off-gas or the residual gases from the Power-to-X system can also be fed to the oxy fuel combustion system.
  • synthesis gas from the chemical reactor is fed to the oxy-fuel incineration plant via an extraction flow line as part of an advantageous further development.
  • the oxygen concentration of the oxy-fuel combustion system is measured by a lambda probe in the exhaust pipe and, by regulating the amount of oxygen O 2 introduced, complete combustion of the mixed gases to form CO 2 is guaranteed.
  • the compressor is a piston compressor which is operated at a pressure of over 10 bar, and the system for processing the hydrogen H 2 is a DeOxoDryer.
  • the carbon dioxide CO 2 from the oxy fuel combustion system is fed through a return line for carbon dioxide CO 2 into the line for hydrogen H 2 upstream of the compressor.
  • the impurities such as sulfur, alkali and halogen compounds and oxygen O 2 generated in the oxy-fuel process are separated in a separation device for impurities, with the oxygen O 2 in particular being separated kyrogenically, and that Purified carbon dioxide CO 2 is fed into the stream of hydrogen H 2 via a return line upstream of the compressor.
  • FIG. 1 shows a power-to-X system according to the prior art.
  • FIG. 2 shows a Power-to-X system according to a first embodiment of the invention.
  • FIG. 3 shows a Power-to-X system according to a further embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows a Power-to-X system 1 according to the prior art. This essentially consists of an electrolyzer 2, a system for processing hydrogen 3, a compressor 4, and a chemical reactor 5 for the synthesis of methanol.
  • the electrolyser 2 is supplied with regenerative electrical energy 18, which comes for example from a wind turbine or photovoltaic system.
  • water 19 is supplied to the electrolyzer 2.
  • Hydrogen fh and oxygen O2 are produced in the electrolyser.
  • the oxygen O2 is released into the atmosphere and the hydrogen H2 is passed into the processing plant 3 for drying.
  • the plant for the preparation of the hydrogen 3 is withdrawn from the hydrogen H2 and discharged.
  • the hydrogen H2 dried in the system 3 is discharged from the system 3 and mixed with carbon dioxide CO2, which is fed to the power-to-X system from the outside.
  • the hydrogen / carbon dioxide CCh mixture is also referred to as synthesis gas 22.
  • the synthesis gas 22 is then fed to the compressor 4, in which it is compressed.
  • the compressed synthesis gas 22 is then passed into the chemical reactor 5, where it is the starting material for the synthesis of methanol.
  • the conversion of synthesis gas 22 to methanol takes place in tubular reactors and is not complete in one step.
  • the chemical reactor 5 after connected is a gas-liquid separation system 20 in which the partially converted product (methanol and water) is withdrawn.
  • the incompletely converted partial stream 21 is returned to the chemical reactor 5 and thus circulated.
  • these off-gases 8 are supplied to a combustion system 23, and with the supply of air 24 ver burns. This creates an exhaust gas 25, which mainly contains Koh lendioxid CO 2 , water H 2 O and nitrogen N2, and is released into the atmosphere.
  • FIG. 2 shows a Power-to-X system according to a first embodiment of the invention.
  • the oxygen O2 generated in the electrolyser 2 is not or not completely released into the atmosphere, but is diverted for use in the further process.
  • another compressor 26 is provided, which is arranged in front of the system for processing the hydrogen 3 what.
  • the central difference to the prior art is an oxy-fuel combustion system 7, which the oxygen O2 from the electrolyzer 2 and the off-gas 8 from the chemical reactor 5 are supplied to.
  • the off-gases 8 are also used thermally, but with almost pure oxygen O2 as the oxidizer, which was taken from the electrolyzer 2 as a by-product.
  • the exhaust gas from oxygen-based combustion consists almost entirely of water vapor and carbon dioxide CO2. By means of a comparatively simple condensation of the water vapor, the carbon dioxide CO2 can be obtained in a very pure form and returned to the production process.
  • the exhaust gas consisting of almost pure carbon dioxide CO2 is returned via a return line 9 to the flow of hydrogen H2 after the electrolyzer 2.
  • a withdrawal flow line 12 is also seen, through which synthesis gas from the chemical reactor 5 of the oxy-fuel combustion system 7 can be supplied.
  • a lambda probe 14 can be arranged in the return line 9 of the oxy-fuel combustion system 7, so that a complete combustion of the off-gases is achieved by measuring and regulating the amount of oxygen O2 introduced to CO2 is guaranteed, but without supplying oxygen in excess.
  • the compressor 4 can be designed as a piston compressor which is designed for operating pressures above 10 bar.
  • the system for processing the hydrogen 3 can be an OxyDryer.
  • Figure 3 shows an alternative embodiment of the invention.
  • the main difference to the embodiment in FIG. 2 is the oxy-fuel combustion system 7, an oxy-fuel boiler to which, alternatively or additionally, biomass and / or processed waste 27 is fed.
  • a heating device can be installed in the oxy-fuel combustion system 7.
  • device 11 are provided, which is electrically heated with electricity from renewable sources.
  • a heat exchanger 10 is provided, which is connected downstream of the oxy fuel combustion system 7. Through the heat exchanger 10, the heat generated during the combustion can be dissipated and can be integrated into other parts of the Power-to-X system 1. The heat can preferably be transferred to the raw methanol processing and / or to the auxiliary steam generation for starting the chemical reactor 5.
  • a return line for carbon dioxide CO215 is connected to the oxy-fuel combustion system 7 in FIG. 3, through which line the carbon dioxide CO2 can be discharged from the oxy-fuel combustion system.
  • a separation device for impurities 16 is connected in the return line 15, which removes impurities generated in the oxy fuel process, such as sulfur, alkali and halogen compounds and larger amounts of oxygen. In particular, the oxygen O2 is separated cryogenically.
  • the stream of largely pure carbon dioxide CO2, which has been purified by the separation device 16, is fed via a return line 17 to the stream of hydrogen H2 upstream of the compressor 4.
  • the invention makes it possible to use the off-gases produced in a Power-to-X system for the process instead of having to release them into the atmosphere. This makes it possible to reduce the C0 2 emissions of the entire system while simultaneously using the carbon dioxide CO2 in the actual process and the oxygen O2 from the electrolyser. Compared to conventional off-gas combustion, this also saves energy for the air blower.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Power-to-X-Anlage (1) zur Nutzung von off-Gasen, umfassend einen Elektrolyseur (2) zur Erzeugung von Wasserstoff H2 und Sauerstoff O2, einer an den Elektrolyseur (2) angeschlossenen Anlage zur Aufbereitung des Wasserstoff H2 (3), zur Abscheidung von verbliebenem Wasser H2O und Sauerstoff O2 aus dem erzeugten Strom an Wasserstoff H2, einen an der Anlage zur Aufbereitung des Wasserstoffs H2 (3) angeschlossenen Verdichter (4), zur Kompression des Wasserstoffs H2, und einen an den Verdichter (4) angeschlossenen chemischen Reaktor (5) zur Erzeugung eines Synthesegases (6) aus Wasserstoff H2 und zuführbaren Kohlendioxid CO2. Erfindungsgemäß ist weiterhin eine Oxy-Fuel-Verbrennungsanlage (7) umfasst, der nicht kondensierbare off-Gase (8) aus dem chemischen Reaktor (5) und Sauerstoff O2 aus dem Elektrolyseur (2) zuführbar sind, und ein durch die Verbrennung der off-Gase (8) in der Oxy-Fuel- Verbrennungsanlage (7) entstehendes Kohlendioxid CO2 über eine Rückführleitung (9) in den Strom an Wasserstoff H2 nach der dem Elektrolyseur (2) rückführbar ist.

Description

Beschreibung
Vorrichtung und Verfahren zur Verwertung von off-Gasen aus einer Power-to-X-Anlage
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Verwertung von off-Gasen, die in einer Power-to-X-Anlage entstehen. Ein Anwendungsfall einer Power-to-X-Anlage ist beispielsweise die Herstellung von kohlenstoff-basierten Stoffen, wie Methanol oder Kohlenwasserstoff. Power-to-X be zeichnet dabei unterschiedliche Möglichkeiten der Nutzung o- der Speicherung von elektrischer Energie beispielsweise aus erneuerbarer Energie (z.B. Sonne, Wind und Wasserkraft).
Ein Teil dieser Technologien sind die Power-to-Liquid/Power- to-Gas-Prozesse, welche ein wesentliches Element zur Dekarbo nisierung oder Defossilierung des Transport- und Energiesek tors sein können und auch zur Energiespeicherung verwendet werden. Im Transportsektor können so künftig fossile Kraft stoffe zum Teil oder vollständig durch strombasierte e-fuels ersetzt werden. Derartige kohlenstoff-basierte e-fuels werden durch Synthese von Wasserstoff und Kohlendioxid erzeugt.
Die Gewinnung von Wasserstoff erfolgt durch Elektrolyse mit tels erneuerbarer elektrischer Energie. Das Kohlendioxid kann aus Punktquellen stammen, oder durch Abtrennung mittels che mischer oder physikalischer Wäschen gewonnen werden, oder aus der Luft mittels Adsorptionsverfahren. Ein Beispiel für sol che e-fuels ist e-Methanol, das dann z.B. direkt oder über Beimischungen für Verbrennungsmotoren eingesetzt werden kann. Außerdem ist Methanol Ausgangsstoff für viele Chemikalien und kann auch zur Erzeugung von synthetischem Benzin (e-Benzin) genutzt werden. Ausgangsstoff herkömmlicher Methanol- Produktionsprozesse aus fossilen Rohstoffen ist Synthesegas, ein Gemisch aus vorwiegend Wasserstoff und Kohlenmonoxid. Eine Power-to-X-Anlage zur Umsetzung von regenerativer Ener gie in e-fuel umfasst im Wesentlichen einen Elektrolyseur zur Erzeugung von Wasserstoff H2 und Sauerstoff O2, eine Anlage zur Aufbereitung des Wasserstoffs einschließlich Trocknung des erzeugten Wasserstoffs H2, einen Verdichter zur Kompres sion des Wasserstoffs H2, und einen chemischen Reaktor zur Synthese von z.B. Methanol. Die in Rohrreaktoren stattfinden de Synthese kann dabei nicht in einem Schritt vollständig durchgeführt werden. Daher wird der nicht-umgesetzte Produkt strom in den chemischen Reaktor zurückgeführt.
Dabei müssen so genannte off-Gas-Ströme kontinuierlich oder diskontinuierlich aus dem Prozess ausgeschleust werden, um eine Aufkonzentration von nicht kondensierbaren Gasen zu ver meiden.
Wesentliche Bestandteile dieser off-Gas-Ströme sind Wasser stoff H2, Kohlendioxid CO2, Kohlenmonoxid CO, Methan CH4, Me thanol CH3OH. Weitere off-Gase entstehen bei der Aufbereitung des Rohmethanols bei der Destillation zur Trennung von Wasser und Methanol.
Diese off-Gase werden gegenwärtig mit Luft verbrannt. Die für die Verbrennung der off-Gase erforderliche Luft muss gegebe nenfalls durch Gebläse für die Verbrennung verdichtet werden. Das dabei entstehende Abgas, vorwiegend CO2, Wasser H2O und Stickstoff N2, wird in die Atmosphäre entlassen. Eine Nutzung des Kohlendioxids CO2 als Ausgangsstoff für die Synthese ist damit nicht vorgesehen, sie würde eine aufwendige Abtrennung aus dem Abgas, vorzugsweise durch eine chemische oder physi kalische Wäsche, erfordern.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Power-to-X-Anlage bereit zustellen, durch welche die off-Gase wirtschaftlich verwertet werden können, und eine Emission von Kohlendioxid CO2 vermie den werden kann. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein entsprechendes Verfahren zum Betrieb einer solchen Power- to-X-Anlage zur Verwertung von off-Gasen anzugeben. Die auf eine Vorrichtung gerichtete Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine Power-to-X-Anlage zur Nutzung von off- Gasen gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Diese umfasst ei nen Elektrolyseur zur Erzeugung von Wasserstoff H2 und Sauer stoff O2, einer an den Elektrolyseur angeschlossenen Anlage zur Aufbereitung des Wasserstoffs, zur Abscheidung von ver bliebenem Sauerstoff O2 und Wasser H2O aus dem erzeugten Strom an Wasserstoff H2, zumindest einen Verdichter zur Kom pression des Wasserstoffs H2, oder des Gemisches aus Wasser stoff H2 und Kohlendioxid CO2, und einen chemischen Reaktor, zur Erzeugung eines Synthesegases aus Wasserstoff H2 und zu- führbaren Kohlendioxid CO2. Erfindungsgemäß ist weiterhin ei ne Oxy-Fuel-Verbrennungsanlage umfasst, in der nicht konden sierbare off-Gase aus dem chemischen Reaktor und Sauerstoff O2 aus dem Elektrolyseur zuführbar sind, und ein durch die Verbrennung der off-Gase in der Oxy-Fuel-Anlage entstehendes Kohlendioxid CO2 über eine Rückführleitung in den Strom an Wasserstoff H2 nach der dem Elektrolyseur rückführbar ist.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass die off-Gase, die zwangsläufig bei der Synthese im chemischen Re aktor entstehen, thermisch in einer dem chemischen Reaktor nachgeschalteten Oxy-Fuel-Verbrennungsanlage behandelt wer den. Die Oxy-Fuel-Verbrennungsanlage ist für eine sauerstoff basierte Verbrennung geeignet. Die thermische Behandlung er folgt mit nahezu reinem Sauerstoff O2 als Oxidator.
Die Erfindung erkennt dabei, dass der Sauerstoff bei der vor geschalteten Elektrolyse ohnehin zwangsweise entsteht, und sonst meist ohnehin nicht wirtschaftlich weiterverwendet wer den kann. Auch dass diese Sauerstoff-Fraktion geringe Spuren an Wasserstoff enthalten kann, ist dabei nicht nachteilig, da der Wasserstoff H2 zu reinem Wasser verbrennt.
Besonders vorteilhaft ist es, dass das Abgas der Sauerstoff basierten Verbrennung nahezu nur aus Wasserdampf und Kohlen dioxid CO2 besteht. Durch vergleichsweise einfache Kondensa- tion des Wasserdampfes kann das Kohlendioxid CO2 in sehr rei ner Form gewonnen und dem Produktionsprozess zurückgeführt werden.
Auf diese Weise kann das off-Gas vorteilhaft in den Power-to- X-Prozess zurückgeführt werden, und muss nicht über eine luftgeblasene Fackel verbrannt werden. Neben dem Sauerstoff O2 aus der Elektrolyse kann auch Sauerstoff O2 aus einer se paraten Sauerstoffquelle verwendet werden, wodurch sich die erfindungsgemäße Vorrichtung auch in bestehende Anlagen in tegrieren lässt, in denen Sauerstoff O2 als Prozessgas an fällt.
Durch die Verbrennung der off-Gase und Rückführung des Koh lendioxids CO2 sowie weiterer Bestandteile in den Produkti onsprozess können klimaschädliche CCh-Emmisionen vermieden werden. Eine aufwendige Abtrennung von Kohlendioxid CO2 aus den off-Gasen, wie beispielsweise durch eine chemische oder physikalische Wäsche, kann entfallen. Gegenüber einer konven tionellen off-Gas-Verbrennung mittels Luft kann durch die Er findung gegebenenfalls ebenso Energie für ein Luftgebläse eingespart werden, da kein Stickstoff N2 mit verdichtet wer den muss.
Bei einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung um fasst die Power-to-X-Anlage weiterhin einen Wärmetauscher, durch den die bei der Verbrennung entstehende Wärme abführbar und in andere Teile der Power-to-X-Anlage integrierbar ist. Die Wärme kann dabei insbesondere in die Rohmethanolaufberei tung, oder in den Hilfsdampferzeugung für das Anfahren des chemischen Reaktors integriert werden. Das Rohmethanol ent hält als Reaktionsprodukt Wasser. In der Rohmethanolaufberei tung erfolgt die Trennung des Methanol-/Wassergemisches durch Destillation. Durch die Integration der in der Oxy-Fuel- Verbrennungsanlage anfallenden Wärme in andere Teile der Power-to-X-Anlage kann der Gesamtwirkungsgrad der Anlage ge steigert werden. Auch ergeben sich dadurch zusätzliche Mög lichkeiten der Steigerung der Flexibilität, da die Wärme auch zum Warmhalten von Komponenten bei kurzzeitigem Anlagenstill stand verwendet werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Oxy-Fuel-Verbrennungsanlage ist alternativ oder zu sätzlich Biomasse und/oder aufbereiteter Müll zur CO2- neutralen Verbrennung zuführbar und/oder dass die Oxy-Fuel- Verbrennungsanlage umfasst eine Heizvorrichtung, durch die diese mit Strom aus erneuerbaren Quellen elektrisch beheizbar ist. Auch weitere brennbare Stoffe können in der Oxy-Fuel- Verbrennungsanlage verbrannt werden. Auf diese Weise kann die Power-to-X-Anlage vorteilhaft auch in eine Müllverbrennungs anlage, Kläranlage oder Biomasseanlage oder in entsprechende Prozesse integriert werden. Vorzugsweise können zusätzlich oder alternativ auch off-Gas bzw. sonstige Restgase aus der Power-to-X-Anlage verbrannt werden.
Bevorzugt umfasst die Power-to-X-Anlage eine Entnahmestrom leitung, durch das rezirkuliertes Synthesegas aus dem chemi schen Reaktor der Oxy-Fuel-Verbrennungsanlage zuführbar ist. Durch eine Regelung des Synthesegas-Stroms kann vorteilhaft die Verbrennung in der Oxy-Fuel-Verbrennungsanlage unter stützt werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in der Abgasleitung der Oxy-Fuel-Verbrennungsanlage eine Lambdasonde angeordnet, sodass durch Messung und Regelung ei ner eingebrachten Sauerstoffmenge O2 eine vollständige Ver brennung der off- und Mischgase zu CO2 gewährleistet ist. Ge messen wird der Sauerstoffgehalt O2 im Abgas, geregelt wird dann der Strom der eingebrachten Sauerstoffmenge O2. Die Re gelung vermeidet dabei insbesondere einen relevanten O2- Überschuss im Abgas, was zu Problemen bzgl. der Reinheit des erzeugten C02-Stroms führen könnte. Alternativ oder zusätz lich kann durch eine katalytische Reaktion mit Wasserstoff H2 der im abgetrennten C02-Strom verbliebene Sauerstoff O2 ent fernt werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung geschieht die Verdichtung des für das fh/CCd-Synthesegases mit einem Kolbenverdichter auf Betriebsdrücke über 10 bar. Durch den gewählten Betriebsdruck des Kolbenverdichters kann eine nach folgende Trocknung (Kondensation von H2O) und Cd-Abtrennung (DeOxoDryer) kostengünstig ausgeführt werden. Aufgrund des höheren Eintrittsdrucks und dem Anteil an Kohlendioxid CO2 kann der Verdichter alternativ auch als Turboverdichter aus geführt sein. Der Wasserstoffström aus der Elektrolyse ent hält Wasserdampf und geringe Mengen an Sauerstoff. Der Sauer stoff wird katalytisch mit Wasserstoff zu Wasser umgesetzt, welches dann insgesamt durch Kondensation abgetrennt wird.
Bei einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Power-to-X-Anlage weiterhin eine Rückführleitung für Kohlen dioxid CO2, durch die das Kohlendioxid CO2 aus der Oxy-Fuel- Verbrennungsanlage in die Leitung für Wasserstoff H2 vor dem Verdichter zuführbar ist. Die Rückführleitung ist in die Lei tung für Wasserstoff H2 zwischen Elektrolyseur und Verdichter angeschlossen. Diese Ausgestaltung berücksichtigt, dass das Kohlendioxid CO2 zusätzlich noch weitere Gase enthält, die zusammen als Verbrennungsgas nach der Elektrolyse und vor der Verdichtung dem Strom an Wasserstoff H2 zugemischt werden. Dies ist möglich, da Wasserdampf und Rest-Sauerstoff O2 im Wasserstoffström nach der Elektrolyse enthalten sind und das Verbrennungsgas nur geringe Mengen an Sauerstoff O2 enthält.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterentwicklung umfasst die Power-to-X-Anlage weiterhin eine Abtrennvorrichtung für Ver unreinigungen, die an die Oxy-Fuel-Verbrennungsanlage ange schlossen ist, und in der im Oxy-Fuel-Prozess erzeugte Verun reinigungen wie Schwefel-, Alkali- und Halogenverbindungen sowie Sauerstoff O2 abtrennbar sind. Dies ist dann sinnvoll, wenn der Oxy-Fuel-Verbrennungsanlage zum Beispiel zusätzlich Biomasse zugeführt wird. Dabei ist insbesondere der Sauer stoff O2 kryogen abtrennbar. Das aufgereinigte Kohlendioxid CO2 ist über eine Rückführleitung dem Strom an Wasserstoff H2 vor dem Verdichter zuführbar. Diese Abtrennvorrichtung ist besonders vorteilhaft, da das im Oxi-Fuel-Prozess erzeugte Kohlendioxid CO2 mit Schwefel-, Alkali- und Halogenverbindun gen verunreinigt ist und größere Mengen an Sauerstoff O2 ent hält, welche vor der Zumischung zum Wasserstoff H2 abgetrennt werden müssen.
Die auf ein Verfahren gerichtete Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zur Verwertung von off-Gasen in einer Power-to-X-Anlage gemäß Anspruch 9.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird durch einen Elektro lyseur Wasserstoff H2 und Sauerstoff O2 erzeugt, aus dem Was serstoff H2 verbliebenes Wasser H2O und Sauerstoff O2 in einer Anlage zur Aufbereitung des Wasserstoffs abgeschieden, der Wasserstoff H2 in zumindest einem Verdichter zur Kompression des Wasserstoffs H2, oder des Gemisches aus Wasserstoff H2 und Kohlendioxid CO2, komprimiert und in einem chemischen Re aktor Alkohole oder Kohlenwasserstoffe erzeugt. Erfindungsge mäß wird die nicht kondensierbare off-Gase aus dem chemischen Reaktor zusammen mit Sauerstoff O2 aus dem Elektrolyseur ei ner Oxy-Fuel-Verbrennungsanlage zugeführt, und ein durch die Verbrennung der off-Gase entstehendes Kohlendioxid CO2 in den Strom an Wasserstoff H2 nach dem Elektrolyseur zurückgeführt. Die Vorteile der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Vor richtung gelten gleichermaßen für das erfindungsgemäße Ver fahren.
Bei einer vorteilhaften Weiterentwicklung umfasst die Oxy- Fuel-Verbrennungsanlage weiterhin einen Wärmetauscher, durch den die bei der Verbrennung entstehende Wärme abgeführt wird und in andere Teile der Power-to-X-Anlage integriert wird.
Die Wärme kann dabei insbesondere in die Rohmethanol- Aufbereitung, und/oder in den Hilfsdampferzeugung für das An fahren des chemischen Reaktors überführt werden.
In einer besonderen Ausgestaltung des Verfahrens wird in der Oxy-Fuel-Verbrennungsanlage alternativ oder zusätzlich Bio masse und/oder aufbereiteter Müll zur C02-neutralen Verbren- nung verbrannt. Zusätzlich oder alternativ dazu umfasst die Oxy-Fuel-Verbrennungsanlage weiterhin eine Heizvorrichtung, durch die sie mit Strom aus erneuerbaren Quellen elektrisch beheizt wird. Zusätzlich oder alternativ kann der Oxy-Fuel- Verbrennungsanlage auch Off-Gas bzw. die Restgase aus der Power-to-X-Anlage zugeführt werden.
Um den Verbrennungsprozess in der Oxy-Fuel-Verbrennungsanlage zu unterstützen, wird im Rahmen einer vorteilhaften Weiter entwicklung Synthesegas aus dem chemischen Reaktor über eine Entnahmestromleitung der Oxy-Fuel-Verbrennungsanlage zuge führt wird.
Bei einer besonderen Weiterentwicklung des Verfahrens wird die Sauerstoffkonzentration der Oxy-Fuel-Verbrennungsanlage durch eine Lambdasonde in der Abgasleitung gemessen, und durch Regelung der eingebrachten Sauerstoffmenge O2 eine vollständige Verbrennung der Mischgase zu CO2 gewährleistet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Verdichter ein Kolbenverdichter, der bei einem Druck von über 10 bar betrieben wird, und die Anlage zur Aufbereitung des Wasserstoffs H2 ein DeOxoDryer.
Vorteilhafterweise wird das Kohlendioxid CO2 aus der Oxy- Fuel-Verbrennungsanlage durch eine Rückführleitung für Koh lendioxid CO2 in die Leitung für Wasserstoff H2 vor dem Ver dichter zugeführt.
Bei einer weiteren besonderen Weiterentwicklung der Erfindung werden die im Oxy-Fuel-Prozess erzeugten Verunreinigungen wie Schwefel-, Alkali- und Halogenverbindungen sowie Sauerstoff O2 in einer Abtrennvorrichtung für Verunreinigungen abge trennt, wobei insbesondere der Sauerstoff O2 kyrogen abge trennt wird, und das aufgereinigte Kohlendioxid CO2 in den Strohm an Wasserstoff H2 über eine Rückführleitung vor dem Verdichter zugeführt wird. Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren näher be schrieben. Dabei zeigt:
FIG 1 Eine Power-to-X-Anlage nach dem Stand der Technik.
FIG 2 Eine Power-to-X-Anlage gemäß einer ersten Ausfüh rungsform der Erfindung.
FIG 3 Eine Power-to-X-Anlage gemäß einer weiteren Ausfüh rungsform der Erfindung.
Figur 1 zeigt eine Power-to-X-Anlage 1 nach dem Stand der Technik. Diese besteht im Wesentlichen aus einem Elektroly seur 2, eine Anlage zur Aufbereitung von Wasserstoff 3, einem Verdichter 4, und einem chemischen Reaktor 5 zur Methanol- Synthese.
Dem Elektrolyseur 2 wird regenerative elektrische Energie 18 zugeführt, die beispielsweise aus einer Windkraftanlage oder Photovoltaikanlage stammt. Zudem wird dem Elektrolyseur 2 Wasser 19 zugeführt. In dem Elektrolyseur wird Wasserstoff fh und Sauerstoff O2 erzeugt. Der Sauerstoff O2 wird in die At mosphäre entlassen und der Wasserstoff H2 zur Trocknung in die Anlage zur Aufbereitung 3 geleitet. Der Anlage zur Aufbe reitung des Wasserstoffs 3 wird dem Wasserstoff H2 entzogen und ausgeleitet. Der im der Anlage 3 getrocknete Wasserstoff H2 wird aus der Anlage 3 ausgeleitet und mit Kohlendioxid CO2 vermischt, welches der Power-to-X-Anlage von außen zugeführt wird.
Das Wasserstoff ^/Kohlendioxid CCh-Gemisch wird auch als Synthesegas 22 bezeichnet. Das Synthesegas 22 wird anschlie ßend dem Verdichter 4 zugeführt, worin es verdichtet wird.
Das verdichtete Synthesegas 22 wird im Anschluss in den che mischen Reaktor 5 geleitet, wo es Ausgangsstoff für die Syn thetisierung von Methanol ist. Die Umsetzung von Synthesegas 22 zu Methanol findet in Rohrreaktoren statt, und ist in ei nem Schritt nicht vollständig. Dem chemischen Reaktor 5 nach- geschaltet ist eine Gas-Flüssigkeits-Trennungsanlage 20, in der dem teil-umgesetzten Produkt (Methanol und Wasser) entzo gen wird. Der nicht vollständig umgesetzte Teilstrom 21 wird in den chemischen Reaktor 5 zurückgeführt und somit zirku liert.
Durch die Reaktion im chemischen Reaktor 5 entstehen neben Methanol weitere nicht kondensierbare Gase, die sich durch die Zirkulation im chemischen Reaktor 5 aufkonzentrieren. We sentliche Bestandteile sind Wasserstoff H2, Kohlendioxid CO2, Kohlenmonoxid CO, Methan CH4, Methanol CH3OH. Diese Gasgemi sche bezeichnet man als off-Gase 8, die kontinuierlich oder diskontinuierlich aus dem Prozess ausgeschleust werden, um eine zu starke Aufkonzentration von nicht kondensierbaren Ga sen im chemischen Reaktor 5 zu vermeiden.
Im Stand der Technik werden diese off-Gase 8 einer Verbren nungsanlage 23 zugeführt, und unter Zufuhr von Luft 24 ver brannt. Dabei entsteht ein Abgas 25, welches vorwiegend Koh lendioxid CO2, Wasser H2O und Stickstoff N2 enthält, und in die Atmosphäre entlassen wird.
Die Power-to-X-Anlage verlässt synthetisch erzeugtes Methanol CH3OH.
Figur 2 zeigt eine Power-to-X-Anlage gemäß einer ersten Aus führungsform der Erfindung. Im Unterschied zu Figur 1 wird der in dem Elektrolyseur 2 erzeugte Sauerstoff O2 nicht oder nicht vollständig in die Atmosphäre entlassen, sondern für eine Verwendung im weiteren Prozess abgeleitet. Im weiteren Unterschied zum Stand der Technik ist ein weiterer Verdichter 26 vorgesehen, der vor der Anlage zur Aufbereitung des Was serstoffs 3 angeordnet ist. Als zentraler Unterschied zum Stand der Technik ist eine Oxy-Fuel-Verbrennungsanlage 7 vor gesehen, welcher der Sauerstoff O2 aus dem Elektrolyseur 2 und das off-Gas 8 aus dem chemischen Reaktor 5 zugeführt wer den. In der Oxy-Fuel-Verbrennungsanlage 7 werden die off-Gase 8 ebenfalls thermisch genutzt, allerdings mit nahezu reinem Sauerstoff O2 als Oxidator, der als Nebenprodukt dem Elektro lyseur 2 entnommen wurde. Das Abgas der Sauerstoff-basierten Verbrennung besteht nahezu nur aus Wasserdampf und Kohlendi oxid CO2· Durch vergleichsweise einfache Kondensation des Wasserdampfes kann das Kohlendioxid CO2 in sehr reiner Form gewonnen und dem Produktionsprozess zurückgeführt werden.
Erfindungsgemäß wird das Abgas bestehend aus fast reinem Koh lendioxid CO2 über eine Rückführleitung 9 in den Strom an Wasserstoff H2 nach der dem Elektrolyseur 2 zurückgeführt.
Die Rückführung erfolgt dabei zweckmäßig vor dem Verdichter 26.
Um die Verbrennung in der Oxy-Fuel-Verbrennungsanlage 7 zu unterstützen, ist weiterhin eine Entnahmestromleitung 12 vor gesehen, durch das Synthesegas aus dem chemischen Reaktor 5 der Oxy-Fuel-Verbrennungsanlage 7 zuführbar ist.
Bei der Power-to-X-Anlage 1 gemäß Figur 2 kann in der Rück führleitung 9 der Oxy-Fuel-Verbrennungsanlage 7 eine Lamb dasonde 14 angeordnet sein, sodass durch Messung und Regelung einer eingebrachten Sauerstoffmenge O2 eine vollständige Ver brennung der off-Gase zu CO2 gewährleistet ist, ohne aber Sauerstoff im Überfluß zuzuleiten.
Der Verdichter 4 kann als Kolbenverdichter ausgestaltet sein, der für Betriebsdrücke über 10 bar ausgelegt ist. Die Anlage zur Aufbereitung des Wasserstoffs 3 kann ein OxyDryer sein.
Figur 3 zeigt eine alternative Ausführungsform der Erfindung. Im Wesentlichen Unterschied zu der Ausführungsform in Figur 2 ist die Oxy-Fuel-Verbrennungsanlage 7 ein Oxy-Fuel-Kessel, dem alternativ oder zusätzlich Biomasse und/oder aufbereite ter Müll 27 zugeführt wird. Alternativ oder in Ergänzung dazu kann in der Oxy-Fuel-Verbrennungsanlage 7 eine Heizvorrich- tung 11 vorgesehen werden, die mit Strom aus erneuerbaren Quellen elektrisch beheizbar ist.
Zudem ist ein Wärmetauscher 10 vorgesehen, welcher der Oxy- Fuel-Verbrennungsanlage 7 nachgeschaltet ist. Durch den Wär metauscher 10 wird die bei der Verbrennung entstehende Wärme abführbar und in andere Teile der Power-to-X-Anlage 1 integ rierbar. Die Wärme kann vorzugsweise in die Rohmethanol- Aufbereitung, und/oder in den Hilfsdampferzeugung für das An fahren des chemischen Reaktors 5 überführt werden.
An die Oxy-Fuel-Verbrennungsanlage 7 der Figur 3 ist eine Rückführleitung für Kohlendioxid CO215 angeschlossen, durch die das Kohlendioxid CO2 aus der Oxy-Fuel-Verbrennungsanlage ausgeleitet werden kann. In die Rückführleitung 15 ist ein Abtrennvorrichtung für Verunreinigungen 16 geschaltet, die im Oxy-Fuel-Prozess erzeugte Verunreinigungen, wie Schwefel-, Alkali- und Halogenverbindungen und größere Mengen an Sauer stoff O2 entfernt. Insbesondere der Sauerstoff O2 wird dabei kryogen abgetrennt. Der durch die Abtrennvorrichtung 16 auf gereinigte Strom an weitgehend reinem Kohlendioxid CO2 wird über eine Rückführleitung 17 dem Strom an Wasserstoff H2 vor dem Verdichter 4 zugeführt.
Durch die Erfindung ist es möglich, die bei einer Power-to-X- Anlage entstehenden off-Gase für den Prozess zu nutzen, an statt diese in die Atmosphäre entlassen zu müssen. Dies er möglicht eine Reduzierung der C02-Emission der Gesamtanlage bei gleichzeitiger Nutzung des Kohlendioxids CO2 im eigentli chen Prozess und des Sauerstoffs O2 aus dem Elektrolyseur. Gegenüber einer konventionellen off-Gas-Verbrennung kann dadurch auch an Energie für die Luftgebläse eingespart wer den.

Claims

Patentansprüche
1. Power-to-X-Anlage (1) zur Nutzung von off-Gasen, umfassend einen Elektrolyseur (2) zur Erzeugung von Wasserstoff H2 und Sauerstoff O2, einer an den Elektrolyseur (2) angeschlossenen Anlage zur Aufbereitung des Wasserstoffs (3) zur Abscheidung von verbliebenem Sauerstoff O2 und Wasser H2O aus dem erzeug ten Strom an Wasserstoff H2, zumindest einen Verdichter (4), zur Kompression des Wasserstoffs H2, oder des Gemisches aus Wasserstoff H2 und Kohlendioxid CO2und einen chemischen Reak tor (5) zur Erzeugung von Alkoholen oder Kohlenwasserstoffen dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin eine Oxy-Fuel-Verbrennungsanlage (7) umfasst ist, der nicht kondensierbare off-Gase (8) aus dem chemischen Re aktor (5) und Sauerstoff O2 aus dem Elektrolyseur (2) zuführ- bar sind, und ein durch die Verbrennung der off-Gase (8) in der Oxy-Fuel- Verbrennungsanlage (7) entstehendes Kohlendi oxid CO2 über eine Rückführleitung (9) in den Strom an Was serstoff H2 nach dem Elektrolyseur (2) rückführbar ist.
2. Power-to-X-Anlage (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxy-Fuel-Verbrennungsanlage (7) einen Wärmetauscher (10) umfasst, durch den die bei der Verbrennung entstehende Wärme abführbar und in andere Teile der Power-to-X-Anlage (1) in tegrierbar ist, insbesondere in die Rohmethanol-Aufbereitung, und/oder in den Hilfsdampferzeugung für das Anfahren des che mischen Reaktors (5).
3. Power-to-X-Anlage (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Oxy-Fuel-Verbrennungsanlage (7) alternativ oder zusätz lich Biomasse und/oder aufbereiteter Müll zuführbar ist und/oder dass die Oxy-Fuel-Verbrennungsanlage (7) eine Heiz vorrichtung (11) umfasst, durch die sie mit Strom aus erneu erbaren Quellen elektrisch beheizbar ist.
4. Power-to-X-Anlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiterhin umfassend eine Entnahmestromleitung (12), durch das Synthesegas aus dem chemischen Reaktor (5) der Oxy-Fuel- Verbrennungsanlage zuführbar ist.
5. Power-to-X-Anlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rückführleitung (9) der Oxy-Fuel-Verbrennungsanlage (7) eine Lambdasonde (14) angeordnet ist, sodass durch Mes sung und Regelung einer eingebrachten Sauerstoffmenge O2 eine vollständige Verbrennung der off-Gase zu CO2 gewährleistet ist.
6. Power-to-X-Anlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (4) zur Verdichtung von Wasserstoff H2 und Kohlendioxid CO2 ein Kolbenverdichter ist, der für Betriebs drücke über 10 bar ausgelegt ist, und der Anlage zur Aufbe reitung des Wasserstoffs (3) ein DeOxoDryer ist.
7. Power-to-X-Anlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiterhin umfassend eine Rückführleitung für Kohlendioxid CO2 (15) durch die das Kohlendioxid CO2 aus der Oxy-Fuel- Verbrennungsanlage (7) in den Strom für Wasserstoff H2 vor dem Verdichter (4) zuführbar ist.
8. Power-to-X-Anlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, weiterhin umfassend eine Abtrennvorrichtung für Verunreini gungen (16), die an die Oxy-Fuel-Verbrennungsanlage (7) ange schlossen ist, und in der im Oxy-Fuel-Prozess erzeugte Verun reinigungen wie Schwefel-, Alkali- und Halogenverbindungen sowie Sauerstoff O2abtrennbar sind, wobei insbesondere der Sauerstoff O2 kryogen abtrennbar ist, und das aufgereinigte Kohlendioxid CO2 über eine Rückführleitung (17) dem Strom an Wasserstoff H2 vor dem Verdichter (4) zuführbar ist.
9. Verfahren zur Verwertung von off-Gasen (8) in einer Power- to-X-Anlage (1), bei dem - durch einen Elektrolyseur (2) Wasserstoff H2 und Sauer stoff O2 erzeugt werden,
- aus dem Wasserstoff H2 verbliebenes Wasser H2O und Sau erstoff O2 in eine Anlage zur Aufbereitung des Wasser stoffs (3) abgeschieden werden,
- der Wasserstoff H2 in einem Verdichter (4) komprimiert wird, und
- in einem chemischen Reaktor (5) aus dem Wasserstoff H2 zusammen mit Kohlendioxid CO2 Synthesegas erzeugt wird, wobei, in dem Synthesegas enthaltene, nicht kondensierbare off-Gase (8) aus dem chemischen Reaktor (5) zusammen mit Sauerstoff O2 aus dem Elektrolyseur (2) einer Oxy-Fuel-Verbrennungsanlage (7) zugeführt werden, und ein durch die Verbrennung der off- Gase (8) entstehendes Kohlendioxid CO2 in den Strom an Was serstoff H2 nach dem Elektrolyseur (2) zurückgeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Oxy-Fuel- Verbrennungsanlage (7) einen Wärmetauscher (10) umfasst, durch den die bei der Verbrennung entstehende Wärme abgeführt wird und in andere Teile der Power-to-X-Anlage (1) integriert wird, insbesondere in die Rohmethanol-Aufbereitung, und/oder in den Hilfsdampferzeugung für das Anfahren des chemischen Reaktors (5).
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei in der Oxy-Fuel-Verbrennungsanlage (7) alternativ oder zusätz lich Biomasse und/oder aufbereiteter Müll zur Verbrennung verbrannt wird, und/oder dass die Oxy-Fuel-Verbrennungsanlage (7) eine Heizvorrichtung (11) umfasst, durch die sie mit Strom aus erneuerbaren Quellen elektrisch beheizt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei Synthesegas aus dem chemischen Reaktor (5) über eine Entnah mestromleitung (12) der Oxy-Fuel-Verbrennungsanlage (7) zuge führt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die Sauerstoffkonzentration der Oxy-Fuel-Verbrennungsanlage (7) durch eine Lambdasonde (14) in der Rückführleitung (9) gemes sen wird, und durch Regelung der eingebrachten Sauerstoffmen- ge O2 eine vollständige Verbrennung der Mischgase zu CO2 ge währleistet wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei der Verdichter (4) ein Kolbenverdichter ist, der bei einem Druck von über 10 bar betrieben wird, und wobei die Anlage zur Auf bereitung des Wasserstoffs (3) ein DeOxoDryer ist.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei das Kohlendioxid CO2 aus der Oxy-Fuel-Verbrennungsanlage (7) durch eine Rückführleitung für Kohlendioxid CO2 (15) in die Leitung für Wasserstoff H2 vor dem Verdichter (4) zugeführt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, wobei die im Oxy-Fuel-Prozess erzeugten Verunreinigungen wie Schwefel-,
Alkali- und Halogenverbindungen sowie Sauerstoff O2 in einer Abtrennvorrichtung für Verunreinigungen (16) abgetrennt wer den, wobei insbesondere der Sauerstoff O2 kryogen abgetrennt wird, und das aufgereinigte Kohlendioxid CO2 in den Strom an Wasserstoff H2 über eine Rückführleitung (17) vor dem Ver dichter zugeführt wird.
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