EP4334642A1 - Verfahren zur bereitstellung von prozessdampf und verfahrenstechnische anlage zur nutzung von prozessdampf - Google Patents

Verfahren zur bereitstellung von prozessdampf und verfahrenstechnische anlage zur nutzung von prozessdampf

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EP4334642A1
EP4334642A1 EP22723354.1A EP22723354A EP4334642A1 EP 4334642 A1 EP4334642 A1 EP 4334642A1 EP 22723354 A EP22723354 A EP 22723354A EP 4334642 A1 EP4334642 A1 EP 4334642A1
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EP
European Patent Office
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steam
geothermal
upgrading
heat
thermal fluid
Prior art date
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Pending
Application number
EP22723354.1A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Marcus BUDT
Sven KLUTE
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Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/10—Geothermal energy

Definitions

  • the invention relates to a method for providing process steam for a process, in particular a process engineering one, using geothermal heat. Furthermore, the invention relates to a process engineering plant, in particular for paper production, for the use of process steam provided using geothermal heat.
  • Geothermal heat is the energy present in the form of heat below the earth's surface. If a geothermal heat source is used at a depth of up to 400 m below the earth's surface, one speaks of shallow geothermal energy, while at even greater depths one speaks of deep geometry.
  • the potential use of deep geothermal energy is divided into hydrothermal systems, in which warm, naturally occurring underground water is used, and petrothermal systems, in which the energy stored in the rock is predominantly used, for example through deep geothermal probes or water pumped into the rock. In many In some cases, the temperature level of the usable geothermal heat is so low that it is only used to heat and cool buildings.
  • process steam can be obtained from the geothermal heat, which can be used in process engineering systems.
  • methods are known in which water is converted in an evaporator via indirect heat exchange using thermal water into process steam, which can then be used in a process plant.
  • this requires the availability of thermal water at a temperature level that is above the temperature level of the process steam.
  • temperatures of the thermal water are often not sufficient for this Various methods have been proposed for providing process steam at a higher temperature level than the temperature level of the thermal water.
  • the steam generated in the flash tank can also be heated to the required process steam temperature or brought to the required process steam pressure via mechanical compression.
  • the steam from the flash tank is first used to evaporate a process fluid, the temperature of the steam of the process fluid is then raised by means of mechanical compression in order to obtain process steam of the desired temperature level or pressure level. Raising the pressure is accompanied by an increase in temperature, with the temperature being able to be set or varied in a targeted manner in a further process step.
  • closed heat pumps is also known in this context. However, due to the heat pump media required, these processes are severely limited in terms of the temperatures of the thermal water and the temperatures that can be achieved. Temperatures of a maximum of 160 °C are achieved with known processes using closed heat pumps. There is therefore still a need for simpler, more efficient and more economical processes and process engineering systems.
  • the present invention is therefore based on the object of designing and developing the method and the process engineering plant of the type mentioned at the outset and previously explained in more detail in such a way that more climate-friendly, simpler, more efficient and more economical operation is possible.
  • This object is achieved according to claim 1 by a method for providing process steam for a process, in particular a process engineering one, using geothermal heat,
  • geothermal heat of a thermal fluid heated in a geothermal heat source is used to provide geothermal steam
  • a process engineering plant in particular for paper production, for the use of process steam using geothermal heat, in particular according to one of claims 1 to 9, with a geothermal station for heating a thermal fluid by geothermal heat in an underground, geothermal heat source and for providing a geothermal steam using the geothermal heat of the thermal fluid, with a source for upgrading steam and an upgrading device for the simultaneous compression and heating of the geothermal steam by the upgrading steam.
  • the process steam is thus generated according to the invention by using geothermal steam and upgrading steam.
  • the geothermal steam is generated using a geothermal heat source.
  • a heated thermal fluid which is preferably water, is taken from the ground and used to generate geothermal steam.
  • the thermal fluid can be expanded in a flash tank, for example, in particular when the thermal fluid is in liquid form.
  • the steam emerging from the flash tank can then be used directly as geothermal steam or further heated.
  • the thermal fluid in a Flash tank can be separated into vapor and liquid. If there is also a partial relaxation of the thermal fluid, part of the liquid phase in the flash tank can also be evaporated.
  • the thermal fluid initially transfers some of its heat to another fluid in order to vaporize it or at least heat it up. This is particularly useful for providing a thermal circuit, for example when undesirable contamination of the thermal fluid in the geothermal heat source is to be expected. Then the heat of the thermal fluid can first be transferred to water or another medium that is easy to handle. The heated water or other medium can be separated into vapor and liquid in a flash tank and/or partially expanded to form vapor. The steam can be used directly as geothermal steam or previously heated up further in a separate step.
  • the thermal fluid in the geothermal heat source can then be further heated using another heat source in order to generate geothermal vapor with the correspondingly heated thermal fluid. If necessary, the heat of the thermal fluid can also first be transferred to water or another medium, which is then further heated in a further step in order to generate geothermal steam in this way.
  • geothermal steam can be used or provided at a pressure below ambient pressure or normal pressure. If necessary, this is accompanied by energetic advantages, since only a low vaporization enthalpy is required. Accordingly, the temperature of the geothermal steam can be much lower than the 100 °C required under normal conditions. Due to the subsequent upgrading, process steam with a pressure can still be obtained without any problems be, which can be significantly above the ambient pressure or the normal pressure. In other words, the pressure level of the geothermal steam is not necessarily limited downwards by the ambient pressure or normal pressure. Rather, the pressure of the geothermal steam can be selected in a suitable manner depending on the application.
  • the upgrade steam can be obtained in a different way than by using the geothermal heat or it can already be available anyway.
  • the upgrading steam can energetically upgrade the geothermal steam by means of an upgrading.
  • Upgrading is understood here to mean a process step in which the heating and the compression of the geothermal steam take place simultaneously. The heating and the compression cannot be divided into two separate process steps that are separate from one another. In principle, this could also be referred to as thermal compression.
  • the method described above can be used in a process plant to provide process steam.
  • This requires a geothermal station to heat up the thermal fluid using an underground geothermal heat source.
  • geothermal steam is generated in the geothermal station using the geothermal heat of the thermal fluid.
  • a source for upgrading steam is required, whereby the upgrading steam can already be available as required, ie does not have to be generated separately.
  • the upgrading steam is used in an upgrading device for upgrading the geothermal steam, in that the geothermal steam is simultaneously compressed and heated by the upgrading steam.
  • upgrading steam with a greater pressure and a higher temperature than the pressure and the temperature of the geothermal steam is used to upgrade the geothermal steam.
  • This is particularly easy to do. It is possible, for example, to mix the revaluation steam and the geothermal steam during the revaluation in terms of apparatus and process. But this is not necessary. Simultaneous compression and heating of the geothermal steam during upgrading would also be possible without the upgrading steam and geothermal steam mixing. A particularly simple example of this would be indirect heat transfer.
  • the geothermal steam is upgraded with an upgrading steam with a lower pressure and a lower temperature than the geothermal steam. In principle, however, this is associated with an increased outlay in terms of equipment.
  • the geothermal steam is heated and compressed by the revaluation steam in a steam jet compressor by means of direct heat exchange.
  • the revaluation steam is partially expanded via a throttle of the steam jet compressor, so that the revaluation steam reaches a high speed and geothermal steam is sucked in from a secondary line at a lower pressure than the outlet pressure of the revaluation steam.
  • the geothermal steam is then mixed with the upgrading steam and accelerated in the process.
  • the mixed steam generated from geothermal steam and revaluation steam is then slowed down in a diffuser and process steam is generated with sufficient pressure and temperature.
  • the pressure of the process steam is preferably between the pressure or the temperature of the revaluation steam and the geothermal steam.
  • the geothermal steam can be heated and compressed by the upgrading steam with the aid of a compressor comprising a turbine driven by the upgrading steam. In principle, this will enable greater flexibility with regard to the scope and type of upgrading of the geothermal steam. If necessary, mixing of upgrading steam and geothermal steam can be omitted here.
  • the upgraded steam drives a turbine separately from the geothermal steam, which then drives a compressor in which the geothermal steam is upgraded at least in one stage. This upgrading takes place with simultaneous compression and heating of the geothermal steam.
  • turbo compressor driven by the turbine, of a turbocharger
  • the turbine and the turbocompressor can be arranged on a common shaft, so that the turbine and the turbocompressor are directly coupled without a translation if necessary.
  • Any type of gearing could also be provided between the turbine and the turbo-compressor in order to provide a step-up or alternatively a reduction between the turbine and the turbo-compressor.
  • the turbine can be operated here with an available upgrading steam, whereby the process parameters of the upgrading steam are not so decisive for the upgrading of the geothermal steam. In principle, the available mass flow of upgrading steam is of greater importance here.
  • the revaluation steam can also easily have a temperature and a pressure that are lower than the temperature and the pressure of the geothermal steam.
  • the design of the turbocharger allows appropriate upgrading of the geothermal steam in terms of pressure and temperature in the turbocompressor of the turbocharger.
  • the turbo compressor is driven by the upgrading steam and the turbine, with the turbine and the turbo compressor being driven by a weave and if necessary, a gear are coupled.
  • the geothermal steam is compressed in the turbo compressor and also heated up by the heat generated.
  • the revaluation steam does not necessarily have to be completely expanded when passing through the turbine. If the revaluation steam is only partially expanded in the turbine, it can be advisable to increase efficiency if the partially expanded revaluation steam is mixed with the geothermal steam after exiting the turbine, in particular used to drive a steam jet compressor. This is of particular interest if the steam jet compressor is used to further heat up and compress the geothermal steam after it has exited the compressor.
  • the compressor can preferably be a turbocompressor of a turbocharger. However, this is not absolutely necessary.
  • a steam jet compressor is then not required.
  • a simple mixing chamber is sufficient for this.
  • the temperature levels of the compressed geothermal steam and the partially expanded revaluation steam can at least essentially correspond to one another. However, this is not necessary. It would regularly be advantageous if the upgrading steam were significantly warmer than the compressed geothermal steam before mixing with the compressed geothermal steam.
  • the thermal fluid can be contaminated with the corresponding impurities, for example due to the subterranean heating in the geothermal heat source. Then it can be expedient if the thermal fluid first releases the geothermal heat via an indirect heat exchange to water or another medium, which then takes over the further transport of the geothermal heat in the direction of the technical process. In such a case, it can also be expedient if the thermal fluid is not water but another heat transfer medium. The thermal fluid then does not have to be evaporated with the generation of water vapor, for example, so that this does not have to be taken into account when selecting the thermal fluid. Nevertheless, for the sake of simplicity, it can also be expedient to use water as the thermal fluid.
  • thermal fluid it is particularly simple and reliable if water is at least partially evaporated by the indirect heat exchange with the thermal fluid to form geothermal steam. If the water is only partially evaporated to form geothermal steam, it can be expedient if the geothermal steam and the non-evaporated water are fed into a flash tank in order to separate the geothermal steam and the water from one another. If the pressure in the flash tank is significantly reduced, at least part of the water can be vaporized into geothermal steam. The water vapor thus obtained can then be used as geothermal steam for upgrading by the upgrading steam with simultaneous increase in pressure and temperature. For economic reasons, the revaluation steam can be obtained by burning fossil fuels, for example in a boiler.
  • biomass, biogas and/or residues are used to generate the upgrading steam as at least a partial replacement for fossil fuels, with the residues also being those from biomass if necessary can.
  • the biomass, the biogas and/or the residues occur and/or are generated in the process plant to be heated, in particular in the process, in particular the process plant, for which the process steam is provided.
  • Biogas can also be understood here as synthetically, in particular regeneratively, produced hydrogen and methane.
  • alternative methods are known to the person skilled in the art and are sufficiently described in the prior art.
  • the method can be used particularly efficiently if the heated thermal fluid at a temperature of at least 60° C., at least 80° C., in particular at least 100° C., is used to provide geothermal steam. Then only a moderate upgrade of the geothermal steam is required. Furthermore, it can alternatively or additionally contribute to increasing the efficiency if the heated thermal fluid is used at a temperature of at most 220° C., preferably at most 180° C., in particular at most 140° C., to provide geothermal steam. Otherwise, in most cases, only a minor upgrade is required, which can only partially justify the process engineering and equipment costs.
  • geothermal steam is not too cold and/or not too hot before upgrading using the upgrading steam.
  • high efficiency is achieved when the Before upgrading, geothermal steam has a temperature of at least 60 °C, at least 80 °C, in particular at least 100 °C.
  • the heat of the thermal fluid can be used easily and efficiently if the geothermal steam is heated by at least 20° C., preferably at least 50° C., in particular at least 100° C., during the upgrading. However, the same also applies alternatively or additionally in the event that the geothermal steam is compressed by at least 1 bar, preferably at least 2 bar, in particular at least 3 bar, during the upgrading.
  • the source for upgrading steam is a source that is designed to provide upgrading steam at a higher pressure and a higher temperature than the pressure and temperature of the geothermal steam.
  • the upgrading of the geothermal steam can be carried out in a simple manner in terms of apparatus and process, for example by mixing the upgrading steam with the geothermal steam.
  • the upgrading device preferably comprises a steam jet compressor in order to provide process steam at a temperature and a pressure above the outlet pressure of the geothermal steam by appropriately combining the geothermal steam and the upgrading steam in the steam jet compressor.
  • a steam jet compressor in order to provide process steam at a temperature and a pressure above the outlet pressure of the geothermal steam by appropriately combining the geothermal steam and the upgrading steam in the steam jet compressor.
  • the upgrading device comprises a compressor, which has a turbine driven by the upgrading steam, for heating and Compressing the geothermal steam.
  • the compressor is a thermal compressor of a turbocharger.
  • the upgrade steam can then drive a turbocharger turbine, which drives the turbocharger's thermocompressor to compress the geothermal steam.
  • the turbocharger turbine drives the turbocharger's thermocompressor to compress the geothermal steam.
  • a connecting line can be provided for introducing the partially expanded revaluation steam leaving the turbine into a steam jet compressor.
  • the steam jet compressor serves to further heat up and compress the geothermal steam that has already been partially heated and compressed in the turbo compressor. Even if the use of a steam jet compressor for mixing partially expanded upgrading steam and partially compressed geothermal steam is preferred here, this mixing could also take place in a different mixing chamber than in a steam jet compressor.
  • the thermal circuit has an indirect heat exchanger to transfer the heat from the thermal fluid to water or another medium.
  • the thermal fluid can be fed into a flash tank for steam generation.
  • the thermal fluid is water
  • water can be added to the unevaporated part of the thermal fluid before the thermal fluid is reused for subterranean heating by geothermal heat.
  • the geothermal heat can also first be transferred from the thermal fluid of the thermal circuit to water in an indirectly heated evaporator in order to heat the water to evaporate in the evaporator. In principle, it does not matter whether water is already being used as the thermal fluid. From an energetic and structural point of view, it is also fundamentally advisable if the aforementioned heat exchanger of the thermal circuit represents part of the evaporator for at least partially evaporating the water and providing the geothermal steam.
  • An evaporator fired with fossil fuels, biogas and/or biomass can be used for the simple and economical generation of upgrading steam and/or geothermal steam if upgrading steam is not already available. In principle, however, all other methods and systems for generating steam or for providing upgraded steam and/or geothermal steam are also conceivable.
  • FIG. 3 shows a second method according to the invention for using geothermal heat in a schematic representation
  • Heat in a schematic representation. 1 shows a process plant 1 for paper production, with process steam being used in this process plant 1, which was generated using geothermal heat.
  • a geothermal station 2 To the A geothermal station 2 is provided for use of the geothermal heat, in which a thermal fluid 3, which for the sake of simplicity can be water, is pumped into the ground in order to heat the thermal fluid 3 there by means of a geothermal heat source.
  • the thermal fluid 3 heated in this way is conveyed back to the earth's surface 4 and delivered there to an evaporator 5 in which a geothermal steam 6 is generated from the thermal fluid 3 and is then delivered to the paper production 7 .
  • waste water is produced, which is treated in a waste water treatment plant 8 with the release of biogas 9 .
  • Biomass that occurs at other points in the overall process could also be used if required to generate biogas 9 .
  • the biogas 9 is delivered to a combined heat and power plant 10 and burned there together with natural gas 11 to form upgrading steam 12 .
  • a biomass power generation plant 13 is also provided, which on the one hand generates electricity 15 but also upgrading steam 16 from biomass 14 . If necessary, the biomass power generation plant 13 or the combined heat and power plant 10 could also be dispensed with.
  • a completely different source for upgrading steam 12,16 could also be used.
  • the revaluation steam 12,16 has a pressure that is greater than the pressure of the geothermal steam 6, regardless of its production. In addition, the temperature of the revaluation steam 12,16 is greater than the temperature of the geothermal steam 6.
  • FIGS. 2 to 4 show a method in which a thermal fluid 3 is heated to a temperature of greater than 100° C. in an underground geothermal heat source (not shown). After the heated thermal fluid 3 back to the Earth's surface 4 has been promoted, the heat of the thermal fluid 3 is used in an evaporator 5 for the evaporation of water 17, which is then released as geothermal steam 6 to a steam jet compressor 18.
  • the steam jet compressor 18 is operated with the upgrading steam 12,16, which is accelerated in the steam jet compressor 18 by partial relaxation via a throttle 19, so that after the throttle 19 the geothermal steam 6 is sucked into a mixing chamber 20 and mixed there with the upgrading steam 12,16 becomes.
  • the steam is then passed through a diffuser 21 and braked again so that a process steam 22 is produced with a pressure and a temperature that are each greater than the pressure and the temperature of the geothermal steam 6 . Consequently, the geothermal steam 6 has undergone an upgrade in terms of pressure and temperature through the use of the revaluation steam 12,16 and can then be used efficiently as process steam 22 in paper production 7 for paper production.
  • the thermal fluid could be depressurized in a flash tank and the resulting steam could be delivered to the steam jet compressor as geothermal steam.
  • a prior transfer of geothermal heat from the thermal fluid to the water could then be omitted.
  • 3 shows a method in which a thermal fluid 3 is heated to a temperature of less than 100° C. in an underground geothermal heat source (not shown). After the heated thermal fluid 3 has been conveyed back to the earth's surface 4, an indirect heat exchange with water 17 takes place in a heat exchanger 23 in order to release the geothermal heat to the water 17 in this way. The water 17 is then evaporated in an evaporator 5 of a boiler 25 fired with a fossil and/or regenerative fuel 24 .
  • the evaporator 5 leaves the geothermal steam 6, which is sent to a steam jet compressor 18 discharged and there, as described above, is upgraded by means of an upgrading steam 12,16 driving the steam jet compressor 18 by simultaneous temperature and pressure increase.
  • the thermal fluid 3 could be decompressed in a flash tank and the resulting steam released as geothermal steam 6 to the steam jet compressor 18 .
  • a prior transfer of the geothermal heat from the thermal fluid 3 to the water 17 could then be omitted.
  • the resulting steam could then be delivered directly to the steam jet compressor 18 as geothermal steam 6 or used to evaporate water 17 . In the latter case, the water vapor thus formed is delivered to the steam jet compressor 18 as geothermal steam 6 .
  • 4 shows a method in which a thermal fluid 3 is heated to a temperature of more than 100° C.
  • thermal fluid does not necessarily have to be circulated.
  • the thermal fluid can also be extracted from the ground at one point and injected back into the ground at another point. In particular, when the thermal fluid flows through the ground as naturally occurring underground water, the same thermal fluid is not always used, but always different thermal fluid from the same source, if necessary.
  • the turbocharger 26 has a turbine 27 which is connected to a turbocompressor 29 via a shaft 28 .
  • the turbine 27 is charged with revaluation steam 12,16, which is partially expanded in the turbine 27 and the shaft 28 drives.
  • the turbo compressor 29 is then driven via the shaft 28, which compresses the geothermal steam 6 and heats it up at the same time.
  • the compressed geothermal steam 6 is then mixed with the partially expanded revaluation steam 12, 16 in a mixing chamber 30 in the exemplary embodiment shown and is preferred in this respect, in order to achieve further revaluation with a simultaneous increase in pressure and temperature in addition to the revaluation of the geothermal steam 6 with a simultaneous increase in pressure and Provide temperature in the turbocharger 26.
  • the turbine 27 is connected to the mixing chamber 30 via a connecting line 31 .
  • the mixing chamber 30 can preferably be a mixing chamber of a steam jet compressor. Subsequent mixing of compressed geothermal steam 6 and partially expanded upgrading steam 12 , 16 to form the process steam 22 can be particularly useful when the upgrading steam 12 , 16 has a much higher pressure than the geothermal steam 6 .
  • the revaluation steam 12, 16 preferably still has a pressure that is greater than the pressure of the compressed geothermal steam 6 after leaving the turbocompressor 29. However, this is not necessarily the case.
  • the revaluation steam 12,16 in the turbine 27 of the turbocharger 26 is just expanded to such an extent that the revaluation steam 12,16, which is thus partially expanded, has a pressure level after leaving the turbine 27 which is at least essentially the pressure level of the corresponds to the compressed geothermal steam 6 leaving the turbo compressor 29 .
  • the partially expanded upgrading steam 12, 16 and the geothermal steam 6 can be mixed without a steam jet compressor, if necessary in a very simple mixing chamber 30.
  • the partially expanded upgrading steam 12, 16 and the upgraded geothermal steam 6 can then be used together as process steam 22 in the subsequent, in particular procedural, process. Also as an alternative to the method shown in FIG.
  • the thermal fluid 3 could be expanded in a flash tank, for example, and the resulting steam could be released as geothermal steam 6 to the turbo compressor 29 of the turbocharger 26. A prior transfer of the geothermal heat from the thermal fluid 3 to the water 17 could then be omitted.

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Abstract

Beschrieben und dargestellt ist ein Verfahren zur Bereitstellung von Prozessdampf (22) für einen, insbesondere verfahrenstechnischen, Prozess unter Verwendung geothermaler Wärme. Damit ein klimafreundlicherer, einfacherer, effizienterer und wirtschaftlicherer Betrieb möglich ist, ist vorgesehen, dass die geothermale Wärme eines in einer geothermalen Wärmequelle aufgeheizten Thermalfluids (3) zur Bereitstellung eines Geothermiedampfs (6) genutzt wird, dass ein Aufwertedampf (12,16) zur Aufwertung des Geothermiedampfs (6) genutzt wird und dass bei der Aufwertung der Geothermiedampf (6) gleichzeitig verdichtet und aufgeheizt wird.

Description

Verfahren zur Bereitstellung von Prozessdampf und Verfahrenstechnische Anlage zur Nutzung von Prozessdampf
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung von Prozessdampf für einen, insbesondere verfahrenstechnischen, Prozess unter Verwendung geothermaler Wärme. Ferner betrifft die Erfindung eine verfahrenstechnische Anlage, insbesondere zur Papierherstellung, zur Nutzung von Prozessdampf bereitgestellt unter Verwendung geothermaler Wärme.
Unter geothermaler Wärme wird die in Form von Wärme vorliegende Energie unterhalb der Erdoberfläche verstanden. Wird eine geothermale Wärmequelle in einer Tiefe von bis zu 400 m unterhalb der Erdoberfläche genutzt, spricht man von oberflächennaher Geothermie, während man bei noch größeren Tiefen von Tiefengeometrie spricht. Die potentielle Nutzung der Tiefengeothermie unterteilt sich in hydrothermale Systeme, bei denen warmes, natürlich vorkommendes Untergrundwasser genutzt wird, und petrothermale Systeme, bei denen überwiegend die im Stein gespeicherte Energie genutzt wird, und zwar beispielsweise durch tiefe Erdwärmesonden oder in den Stein gepumptes Wasser ln vielen Fällen ist das Temperaturniveau der nutzbaren geothermalen Wärme so gering, dass diese lediglich zum Beheizen und Kühlen von Gebäuden genutzt wird. An einigen Standorten ist die Temperatur jedoch so hoch, dass sich aus der geothermalen Wärme ein Prozessdampf gewinnen lässt, der in verfahrenstechnischen Anlagen genutzt werden kann. ln diesem Zusammenhang sind Verfahren bekannt, bei denen Wasser in einem Verdampfer über indirekten Wärmetausch unter Nutzung von Thermalwasser in Prozessdampf gewandelt wird, der sich sodann in einer verfahrenstechnischen Anlage nutzen lässt. Dies erfordert jedoch die Verfügbarkeit von Thermalwasser auf einem Temperaturniveau das oberhalb des Temperaturniveaus des Prozessdampfs liegt. Da die Temperaturen des Thermalwassers hierfür jedoch oft nicht ausreichen, sind verschiedene Verfahren zur Bereitstellung von Prozessdampf auf einem höheren Temperaturniveau als dem Temperaturniveau des Thermalwassers vorgeschlagen worden. So ist es bekannt, das Thermalwasser in einem Flashtank zu entspannen, um Dampf zu gewinnen, wobei entweder das Thermalwasser oder der Dampf durch Verbrennung fossiler Brennstoffe aufgeheizt wird, um Prozessdampf auf dem gewünschten Temperaturniveau bereitstellen zu können. Alternativ kann der in dem Flashtank erzeugte Dampf auch über eine mechanische Verdichtung auf die erforderliche Prozessdampftemperatur aufgeheizt bzw. auf den erforderlichen Prozessdampfdruck gebracht werden ln einer weiteren Abwandlung des Verfahrens wird der Dampf aus dem Flashtank zunächst zur Verdampfung eines Prozessfluids genutzt, wobei die Temperatur des Dampfs des Prozessfluids anschließend mittels mechanischer Kompression angehoben wird, um Prozessdampf des gewünschten Temperaturniveaus bzw. Druckniveaus zu erhalten. Das Anheben des Drucks geht dabei mit einer Temperaturerhöhung einher, wobei die Temperatur in einem weiteren Prozessschritt gezielt eingestellt oder variiert werden kann. Des Weiteren ist in diesem Zusammenhang auch der Einsatz von geschlossenen Wärmepumpen bekannt. Allerdings sind diese Verfahren aufgrund der erforderlichen Wärmepumpenmedien hinsichtlich der Temperaturen des Thermalwassers und der erreichbaren Temperaturen stark eingeschränkt. Es werden mit bekannten Verfahren unter Verwendung von geschlossenen Wärmepumpen Temperaturen von maximal 160 °C erreicht. Es besteht mithin weiter Bedarf an einfacheren, effizienteren und wirtschaftlicheren Verfahren sowie verfahrenstechnischen Anlagen.
Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Verfahren und die verfahrenstechnische Anlage jeweils der eingangs genannten und zuvor näher erläuterten Art derart auszugestalten und weiterzubilden, dass ein klimafreundlicherer, einfacherer, effizienterer und wirtschaftlicherer Betrieb möglich ist. Diese Aufgabe ist gemäß Anspruch 1 gelöst durch ein Verfahren zur Bereitstellung von Prozessdampf für einen, insbesondere verfahrenstechnischen, Prozess unter Verwendung geothermaler Wärme,
- bei dem die geothermale Wärme eines in einer geothermalen Wärmequelle aufgeheizten Thermalfluids zur Bereitstellung eines Geothermiedampfs genutzt wird,
- bei dem ein Aufwertedampf zur Aufwertung des Geothermiedampfs genutzt wird und
- bei dem bei der Aufwertung der Geothermiedampf gleichzeitig verdichtet und aufgeheizt wird.
Die genannte Aufgabe ist ferner gemäß Anspruch 10 gelöst durch eine verfahrenstechnische Anlage, insbesondere zur Papierherstellung, zur Nutzung von Prozessdampf unter Verwendung geothermaler Wärme, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit einer Geothermiestation zum Aufheizen eines Thermalfluids durch geothermale Wärme in einer unterirdischen, geothermischen Wärmequelle und zum Bereitstellen eins Geothermiedampfs unter Nutzung der geothermalen Wärme des Thermalfluids, mit einer Quelle für Aufwertedampf und einer Aufwerteeinrichtung zum gleichzeitigen Verdichten und Aufheizen des Geothermiedampfs durch den Aufwertedampf.
Es wird also der Prozessdampf erfindungsgemäß durch Verwendung eines Geothermiedampfs und eines Aufwertedampfs erzeugt. Der Geothermiedampf wird dabei unter Nutzung einer geothermalen Wärmequelle erzeugt. Hierzu wird ein aufgeheiztes Thermalfluid, bei dem es sich vorzugsweise um Wasser handelt, aus dem Erdboden entnommen und zum Erzeugen eines Geothermiedampfs genutzt. Dabei kann das Thermalfluid beispielsweise in einem Flashtank entspannt werden, und zwar insbesondere dann, wenn das Thermalfluid flüssig vorliegt. Der aus dem Flashtank austretende Dampf kann dann direkt als Geothermiedampf genutzt werden oder weiter aufgeheizt werden. Insbesondere für den Fall, dass das Thermalfluid zunächst als Flüssigkeits-Dampf-Gemisch vorliegt, kann das Thermalfluid in einem Flashtank in Dampf und Flüssigkeit getrennt werden. Erfolgt zudem noch eine teilweise Entspannung des Thermalfluids kann ferner ein Teil der flüssigen Phase in dem Flashtank verdampft werden.
Denkbar ist dabei grundsätzlich auch, dass das Thermalfluid seine Wärme zunächst teilweise auf ein anderes Fluid überträgt, um dieses zu verdampfen oder wenigstens aufzuheizen. Dies bietet sich insbesondere an, um einen Thermalkreislauf bereitzustellen, etwa wenn mit unerwünschten Verunreinigungen des Thermalfluids in der geothermischen Wärmequelle gerechnet werden muss. Dann lässt sich die Wärme des Thermalfluids zunächst auf Wasser oder ein anderes, einfach zu handhabendes Medium übertragen. Das aufgeheizte Wasser oder das andere Medium kann in einem Flashtank in Dampf und Flüssigkeit getrennt und/oder zur Bildung von Dampf teilweise entspannt werden. Der Dampf lässt sich direkt als Geothermiedampf nutzen oder zuvor noch in einem separaten Schritt weiter aufheizen.
Sollte das Thermalfluid in der geothermalen Wärmequelle auf eine Temperatur von weniger als 100 °C aufgeheizt werden, kann das Thermalfluid anschließend unter Nutzung einer anderen Wärmequelle weiter aufgeheizt werden, um mit dem entsprechend aufgeheizten Thermalfluid ein Geothermiedampf zu erzeugen. Bedarfsweise kann die Wärme des Thermalfluids auch erst auf Wasser oder ein anderen Medium übertragen werden, das dann in einem weiteren Schritt weiter aufgeheizt wird, um auf diese Weise einen Geothermiedampf zu erzeugen.
Insbesondere für den Fall, dass Thermalfluid nur auf einem niedrigen Temperaturniveau bereitsteht, kann Geothermiedampf mit einem Druck unterhalb des Umgebungsdrucks bzw. des Normaldrucks verwendet oder bereitgestellt werden. Dies geht bedarfsweise mit energetischen Vorteilen einher, da hierbei nur eine geringe Verdampfungsenthalpie erforderlich ist. Dabei kann die Temperatur des Geothermiedampfs dementsprechend viel geringer liegen als die unter Normalbedingungen erforderlichen 100 °C. Durch die sich anschließende Aufwertung kann dann trotzdem problemlos ein Prozessdampf mit einem Druck gewonnen werden, der deutlich über dem Umgebungsdruck bzw. dem Normaldruck liegen kann. Mit anderen Worten ist das Druckniveau des Geothermiedampfs nicht zwingend nach unten durch den Umgebungsdruck bzw. den Normaldruck beschränkt. Vielmehr kann der Druck des Geothermiedampfs je nach Anwendungsfall in geeigneter Weise gewählt werden.
Der Aufwertedampf kann auf eine andere Art als durch Nutzung der geothermalen Wärme gewonnen werden oder ohnehin bereits zur Verfügung stehen. Auf diese Weise kann der Aufwertedampf den Geothermiedampf mittels einer Aufwertung energetisch aufwerten. Unter einer Aufwertung wird vorliegend ein Verfahrensschritt verstanden, bei dem das Aufheizen und das Verdichten des Geothermiedampfs gleichzeitig erfolgen. Das Aufheizen und das Verdichten kann dabei nicht in zwei separate und voneinander getrennte Verfahrensschritte aufgeteilt werden. Man könnte dies daher prinzipiell auch als thermische Kompression bezeichnen.
Das zuvor beschriebene Verfahren lässt sich in einer verfahrenstechnischen Anlage nutzen, um Prozessdampf bereitzustellen. Dazu wird eine Geothermiestation zum Aufheizen des Thermalfluids durch eine unterirdische geothermale Wärmequelle benötigt. Zudem wird in der Geothermiestation unter Nutzung der geothermalen Wärme des Thermalfluids der Geothermiedampf erzeugt. Des Weiteren wird eine Quelle für Aufwertedampf benötigt, wobei der Aufwertedampf bedarfsweise schon bereitstehen kann, also nicht separat erzeugt werden muss. Der Aufwertedampf wird in einer Aufwerteeinrichtung zum Aufwerten des Geothermiedampfs genutzt, indem der Geothermiedampf durch den Aufwertedampf gleichzeitig verdichtet und aufgeheizt wird.
Dabei bietet es sich besonders an, wenn es sich bei der verfahrenstechnischen Anlage um eine Anlage zur Papierherstellung handelt. Hier kommen die Vorteile des Verfahrens besonders zum Tragen, da bei der Papierherstellung recht viel Prozessdampf auf einen wenigstens moderaten bis hohen Temperatur- und Druckniveau benötigt wird. Dies lässt sich auf die beschriebene Art und Weise besonders klimafreundlich, einfach, effizient und wirtschaftlich sicherstellen.
Bei einer ersten besonders bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird ein Aufwertedampf mit einem größeren Druck und einer höheren Temperatur als der Druck und die Temperatur des Geothermiedampfs zur Aufwertung des Geothermiedampfs genutzt. Dies ist besonders einfach möglich. Dabei ist es beispielsweise möglich, den Aufwertedampf und den Geothermiedampf bei der Aufwertung apparativ und verfahrensmäßig zu mischen. Erforderlich ist dies aber nicht. Es wäre auch ein gleichzeitiges Verdichten und Erhitzen des Geothermiedampfs beim Aufwerten möglich, ohne dass es dabei zu einem Vermischen von Aufwertedampf und Geothermiedampf kommt. Ein besonders einfaches Beispiel hierfür wäre eine indirekte Wärmeübertragung. Zudem ist es denkbar, dass der Geothermiedampf mit einem Aufwertedampf mit einem geringeren Druck und einer geringeren Temperatur als der Geothermiedampf aufgewertet wird. Dies ist jedoch prinzipiell mit einem erhöhten apparativen Aufwand verbunden.
Der Einfachheit halber bietet es sich an, wenn der Geothermiedampf durch den Aufwertedampf in einem Dampfstrahlverdichter mittels direktem Wärmetausch aufgeheizt und verdichtet wird. Dabei wird der Aufwertedampf über einer Drossel des Dampfstrahlverdichters teilweise entspannt, so dass der Aufwertedampf eine hohe Geschwindigkeit erreicht und dabei Geothermiedampf mit einem geringeren Druck als der Ausgangsdruck des Aufwertedampfs aus einer Nebenleitung ansaugt. Der Geothermiedampf wird sodann mit dem Aufwertedampf vermischt und dabei beschleunigt. Anschließend wird der erzeugte Mischdampf aus Geothermiedampf und Aufwertedampf in einem Diffusor abgebremst und so ein Prozessdampf mit einem hinreichenden Druck und einer hinreichenden Temperatur erzeugt. Der Druck des Prozessdampfs liegt dabei ebenso wie dessen Temperatur vorzugsweise zwischen dem Druck bzw. der Temperatur des Aufwertedampfs und des Geothermiedampfs. Alternativ oder zusätzlich kann der Geothermiedampf durch den Aufwertedampf mit Hilfe eines Verdichters umfassend eine durch den Aufwertedampf angetriebene Turbine aufgeheizt und verdichtet werden. Hierdurch wird grundsätzlich eine größere Flexibilität hinsichtlich des Umfangs und der Art der Aufwertung des Geothermiedampfs ermöglicht werden. Hier kann bedarfsweise ein Vermischen von Aufwertedampf und Geothermiedampf unterbleiben. Der Aufwertedampf treibt getrennt von dem Geothermiedampf eine Turbine an, die dann einen Verdichter antreibet, in dem der Geothermiedampf wenigstens einstufig aufgewertet wird. Diese Aufwertung erfolgt unter gleichzeitigem Verdichten und Aufheizen des Geothermiedampfs.
Dabei bietet es sich besonders an, wenn als Verdichter ein von der Turbine angetriebener Turbokompressor eines Turboladers verwendet wird. Dabei können bei einem solchen Turbolader die Turbine und der Turbokompressor auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sein, so dass die Turbine und der Turbokompressor bedarfsweise ohne eine Übersetzung direkt gekoppelt sind. Zwingend ist dies jedoch nicht. Zwischen der Turbine und dem Turbokompressor könnte auch eine beliebige Art eines Getriebes vorgesehen sein, um zwischen der Turbine und dem Turbokompressor eine Übersetzung oder wahlweise eine Untersetzung bereitzustehen. Die Turbine kann hier mit einem zur Verfügung stehenden Aufwertedampfbetrieben werden, wobei es nicht so sehr entscheidend für die Aufwertung des Geothermiedampfs ist, welche Prozessparameter der Aufwertedampf aufweist. Hier ist grundsätzlich der zur Verfügung stehende Massenstrom des Aufwertedampfs von größerer Bedeutung. Mithin kann der Aufwertedampf in diesem Fall auch problemlos eine Temperatur und einen Druck aufweisen, die geringer sind als die Temperatur und der Druck des Geothermiedampfs. Die Ausgestaltung des Turboladers erlaubt eine zweckdienliche Aufwertung des Geothermiedampfs hinsichtlich des Drucks und der Temperatur in dem Turbokompressor des Turboladers. Der Turbokompressor wird über den Aufwertedampf und die Turbine angetrieben, wobei die Turbine und der Turbokompressor über eine Wehe und bedarfsweise ein Getriebe gekoppelt sind. Im Turbokompressor wird der Geothermiedampf verdichtet und durch die dabei erzeugte Wärme zudem aufgeheizt.
Der Aufwertedampf muss beim Durchtritt durch die Turbine nicht zwingend vollständig entspannt werden. Wird der Aufwertedampf in der Turbine nur teilweise entspannt, kann es sich zur Steigerung der Effizienz anbieten, wenn der teilweise entspannte Aufwertedampf nach dem Austritt aus der Turbine mit dem Geothermiedampf vermischt, insbesondere zum Antrieb eines Dampfstrahlverdichters genutzt wird. Dies ist insbesondere dann interessant, wenn der Dampfstrahlverdichter zum weiteren Aufheizen und Verdichten des Geothermiedampfs nach dem Austritt aus dem Verdichter eingesetzt wird. Dabei kann es sich bei dem Verdichter bevorzugt um einen Turbokompressor eines Turboladers handeln. Zwingend erforderlich ist dies aber nicht.
Es kann auch vorgesehen sein, dass der Aufwertedampf in einer Turbine, etwa eines Turboladers, soweit entspannt wird, dass der Aufwertedampf nach dem Austritt aus der Turbine wenigstens im Wesentlichen auf einem Druckniveau anfällt, der dem im Turbokompressor verdichteten Geothermiedampf entspricht. Dann können der teilweise entspannte Aufwertedampf und der verdichtete Geothermiedampf gemischt werden, um den anfallenden Aufwertedampf effizient zu nutzen. Ein Dampfstrahlverdichter ist dann nicht erforderlich. Es reicht hierfür eine einfache Mischkammer aus. Zudem können sich auch die Temperaturniveaus des verdichteten Geothermiedampfs und des teilweise entspannten Aufwertedampf einander wenigstens im Wesentlichen entsprechen. Erforderlich ist dies jedoch nicht. Vorteilhaft wäre es regelmäßig, wenn der Aufwertedampf vor dem Mischen mit dem verdichteten Geothermiedampf deutlich wärmer wäre als der verdichtete Geothermiedampf. Dann würde nicht nur der Druck des Aufwertedampfs, sondern auch dessen Temperatur besonders zweckmäßig genutzt. Ein Mischen von teilweise entspanntem Aufwertedampf und verdichtetem Geothermiedampf wäre aber auch dann möglich, wenn der Aufwertedampf vor dem Mischen eine geringere Temperatur aufweisen sollte als der verdichtete Geothermiedampf ln jedem Fall können der den Turbokompressor verlassende, verdichtete Geothermiedampf und der die Turbine verlassende Aufwertedampf zur Bildung des Prozessdampfs gemischt werden. Dies erlaubt es den teilentspannten Aufwertedampf zum Betrieb des sich anschließenden, insbesondere verfahrenstechnischen, Prozesses zu nutzen.
Das Thermalfluid kann etwa durch das unterirdische Erhitzen in der geothermalen Wärmequelle mit entsprechenden Verunreinigungen belastet sein. Dann kann es zweckdienlich sein, wenn das Thermalfluid die geothermale Wärme zunächst über einen indirekten Wärmetausch an Wasser oder ein anderes Medium abgibt, das dann den weiteren Transport der geothermalen Wärme in Richtung des verfahrenstechnischen Prozesses übernimmt. In einem solchen Fall kann es weiter zweckmäßig sein, wenn das Thermalfluid kein Wasser, sondern ein anderes Wärmeträgermedium ist. Das Thermalfluid muss dann nicht unter Erzeugung von beispielsweise Wasserdampf verdampft werden, so dass bei der Wahl des Thermalfluids hierauf keine Rücksicht genommen werden muss. Gleichwohl kann es aber der Einfachheit halber auch zweckmäßig sein, Wasser als Thermalfluid einzusetzen.
Unabhängig von der Wahl des Thermalfluids ist es besonders einfach und zuverlässig, wenn Wasser durch den indirekten Wärmetausch mit dem Thermalfluid zur Bildung von Geothermiedampf wenigstens teilweise verdampft wird. Bei einer lediglich teilweisen Verdampfung des Wassers zu Geothermiedampf kann es zweckmäßig sein, wenn der Geothermiedampf und das nicht verdampfte Wasser in einen Flashtank geleitet werden, um den Geothermiedampf und das Wasser voneinander zu trennen. Wenn der Druck in dem Flashtank noch nennenswert entspannt wird, kann wenigstens ein Teil des Wassers zu Geothermiedampf verdampft werden. Der entsprechend gewonnene Wasserdampf kann dann als Geothermiedampf zur Aufwertung durch den Aufwertedampf bei gleichzeitiger Druck- und Temperaturerhöhung verwendet werden. Der Aufwertedampf kann aus wirtschaftlichen Erwägungen durch Verbrennung von fossilen Brennstoffen etwa in einem Kessel gewonnen werden. Zur Steigerung des Gesamtwirkungsgrads und aus ökologischen Gesichtspunkten kann es aber auch bevorzugt sein, wenn zur Erzeugung des Aufwertedampfs als wenigstens teilweiser Ersatz für fossile Brennstoffe Biomasse, Biogas und/oder Reststoffe eingesetzt werden, wobei es sich bei den Reststoffen bedarfsweise auch um solche aus Biomasse handeln kann. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Biomasse, das Biogas und/oder die Reststoffe in der zu beheizenden verfahrenstechnischen Anlage, insbesondere bei dem, insbesondere verfahrenstechnischen, Prozess, für den der Prozessdampf bereitgestellt wird, anfällt und/oder erzeugt wird. Es kann zur Erzeugung des Aufwertedampfs aber auch gänzlich auf das Verbrennen von fossilen Brennstoffen, Biomasse, Biogas oder Restoffen verzichtet werden. Unter Biogas kann hier auch synthetisch, insbesondere regenerativ, hergestellter Wasserstoff und Methan verstanden werden. Entsprechende, alternative Verfahren sind dem Fachmann bekannt und im Stand der Technik hinlänglich beschrieben.
Das Verfahren lässt sich besonders effizient einsetzen, wenn das aufgeheizte Thermalfluid mit einer Temperatur von wenigstens 60 °C, wenigstens 80°C, insbesondere wenigstens 100 °C, zur Bereitstellung eines Geothermiedampfs genutzt wird. Dann ist nur noch eine moderate Aufwertung des Geothermiedampfs erforderlich. Des Weiteren kann es alternativ oder zusätzlich zur Steigerung der Effizienz beitragen, wenn das aufgeheizte Thermalfluid mit einer Temperatur von höchstens 220 °C, vorzugsweise höchstens 180 °C, insbesondere höchstens 140 °C, zur Bereitstellung eines Geothermiedampfs genutzt wird. Ansonsten ist in den meisten Fällen nur noch eine geringfügige Aufwertung erforderlich, die den verfahrenstechnischen und den apparativen Aufwand nur noch teilweise rechtfertigen kann.
Aus denselben Gründen kann es alternativ oder zusätzlich bevorzugt sein, wenn der Geothermiedampf vor der Aufwertung unter Verwendung des Aufwertedampfs nicht zu kalt und/oder nicht zu heiß ist. Hierbei wird hohe Effizienz erzielt, wenn der Geothermiedampf vor der Aufwertung eine Temperatur von wenigstens 60 °C, wenigstens 80 °C, insbesondere wenigstens 100 °C, aufweist. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass der Geothermiedampf vor der Aufwertung eine Temperatur von höchstens 220 °C, vorzugsweise höchstens 180 °C, insbesondere höchstens 140 °C, aufweist.
Die Wärme des Thermalfluids kann einfach und effizient genutzt werden, wenn bei der Aufwertung der Geothermiedampf um wenigstens 20 °C, vorzugsweise wenigstens 50 °C, insbesondere wenigstens 100 °C, aufgeheizt wird. Gleiches gilt aber alternativ oder zusätzlich auch für den Fall, dass bei der Aufwertung der Geothermiedampf um wenigstens 1 bar, vorzugsweise wenigstens 2 bar, insbesondere wenigstens 3 bar, verdichtet wird.
Bei einer ersten besonders bevorzugten Ausgestaltung der verfahrenstechnischen Anlage stellt die Quelle für Aufwertedampf eine solche Quelle dar, die zur Bereitstellung von Aufwertedampf mit einem größeren Druck und einer höheren Temperatur als der Druck und die Temperatur des Geothermiedampfs ausgebildet ist. ln einem solchen Fall kann die Aufwertung des Geothermiedampfs apparativ und verfahrensmäßig einfach erfolgen, etwa im Wege eines Vermischens des Aufwertedampfs mit dem Geothermiedampf.
Insbesondere in solch einem Fall umfasst die Aufwerteeinrichtung bevorzugt einen Dampfstrahlverdichter, um durch das entsprechende Zusammenführen des Geothermiedampfs und des Aufwertedampfs im Dampfstrahlverdichter einen Prozessdampf mit einer Temperatur und einem Druck oberhalb des Ausgangsdrucks des Geothermiedampfs bereitzustellen. Dies ist einfach umzusetzen und effizient durchzuführen. Zwingend ist dies aber weder in dem zuvor genannten Fall noch in einem anderen als dem genannten Fall.
Alternativ oder zusätzlich umfasst die Aufwerteeinrichtung einen, eine durch den Aufwertedampf angetriebene Turbine, aufweisenden Verdichter zum Aufheizen und Verdichten des Geothermiedampfs. Dies lässt sich besonders einfach und zugleich wirtschaftlich bewerkstelligen, wenn der Verdichter ein Thermokompressor eines Turboladers ist. Der Aufwertedampf kann dann eine Turbine des Turboladers antreiben, die den Thermokompressor des Turboladers zum Verdichten des Geothermiedampfs antreibt. Bei der Verdichtung des Geothermiedampfs in dem Thermokompressor entsteht so viel Wärme, dass der Geothermiedampf beim Verdichten gleichzeitig auch aufgeheizt wird.
Zur weiteren energetischen Optimierung kann eine Verbindungsleitung zum Einleiten des die Turbine verlassenden teilweise entspannten Aufwertedampfs in einen Dampfstrahlverdichter bereitgestellt werden. Dabei dient der Dampfstrahlverdichter dem weiteren Aufheizen und Verdichten des in dem Turbokompressor bereits teilweise aufgeheizten und verdichteten Geothermiedampfs. Auch wenn hier die Verwendung eines Dampfstahlverdichters zum Vermischen von teilentspanntem Aufwertedampf und teilkomprimierten Geothermiedampf bevorzugt ist, könnte dieses Vermischen auch in einer anderen Mischkammer als in einem Dampfstahlverdichter erfolgen.
Um unnötige Kontaminationen durch das Thermalfluid zu vermeiden und zudem den Wartungsaufwand gering halten zu können, kann es sich anbieten, wenn das Thermalfluid in einem Thermalkreislauf geführt wird. Der Thermalkreislauf weist dabei einen indirekten Wärmeübertrager auf, um die Wärme des Thermalfluids auf Wasser oder ein anderes Medium zu übertragen.
Wenn das Thermalfluid heißer als 100 °C und zudem wenigstens teilweise flüssig ist, kann das Thermalfluid zur Dampferzeugung in einen Flashtank geleitet werden. Handelt es sich bei dem Thermalfluid um Wasser, kann dem dabei nicht verdampften Teil des Thermalfluids Wasser zugesetzt werden, bevor das Thermalfluid erneut zur unterirdischen Aufheizung durch geothermale Wärme genutzt wird. Es kann aber auch zunächst die geothermale Wärme vom Thermalfluid des Thermalkreislaufs in einem indirekt beheizten Verdampfer auf Wasser übertragen werden, um das Wasser im Verdampfer zu verdampfen. Dabei spielt es grundsätzlich keine Rolle, ob als Thermalfluid bereits Wasser verwendet wird. Es bietet sich zudem aus energetischer und konstruktiver Sicht grundsätzlich an, wenn der zuvor genannte Wärmetauscher des Thermalkreislaufs einen Teil des Verdampfers zum wenigstens teilweisen Verdampfen des Wassers und Bereitstellen des Geothermiedampfs darstellt.
Zur einfachen und wirtschaftlichen Erzeugung von Aufwertedampf und/oder Geothermiedampf kann ein mit fossilen Brennstoffen, Biogas und/oder Biomasse befeuerter Verdampfer genutzt werden, wenn Aufwertedampf nicht ohnehin bereitsteht. Grundsätzlich sind aber auch alle anderen Verfahren und Anlagen zur Dampferzeugung oder zur Bereitstellung von Aufwertedampf und/oder Geothermiedampf denkbar.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert ln der Zeichnung zeigt
Fig. 1 eine erfindungsgemäße verfahrenstechnische Anlage zur Nutzung von geothermaler Wärme in einer schematischen Darstellung,
Fig. 2 ein erstes erfindungsgemäßes Verfahren zur Nutzung von geothermale
Wärme in einer schematischen Darstellung,
Fig. 3 ein zweites erfindungsgemäßes Verfahren zur Nutzung von geothermale Wärme in einer schematischen Darstellung und
Fig. 4 ein drittes erfindungsgemäßes Verfahren zur Nutzung von geothermale
Wärme in einer schematischen Darstellung. ln der Fig. 1 ist eine verfahrenstechnische Anlage 1 zur Papierherstellung dargesteht, wobei in dieser verfahrenstechnischen Anlage 1 ein Prozessdampf genutzt wird, welcher unter Verwendung von geothermaler Wärme erzeugt worden ist. Zur Nutzung der geothermalen Wärme ist eine Geothermiestation 2 vorgesehen, in der ein Thermalfluid 3, bei dem es sich der Einfachheit halber um Wasser handeln kann, in den Erdboden gepumpt wird, um das Thermalfluid 3 dort mittels einer geothermischen Wärmequelle aufzuheizen. Das so aufgeheizte Thermalfluid 3 wird wieder an die Erdoberfläche 4 gefördert und dort an einen Verdampfer 5 abgegeben, in dem aus dem Thermalfluid 3 ein Geothermiedampf 6 erzeugt wird, der sodann in die Papierproduktion 7 abgegeben wird. Bei der Papierherstellung in der Papierproduktion 7 fällt Abwasser an, das in einer Abwasseraufbereitung 8 unter Abgabe von Biogas 9 aufbereitet wird. Für das Erzeugen von Biogas 9 könnte bedarfsweise auch Biomasse genutzt werden, die an anderen Stellen im Gesamtprozess anfällt. Das Biogas 9 wird an eine Kraft-Wärme-Kopplungsanlage 10 abgegeben und dort zusammen mit Erdgas 11 zur Bildung von Aufwertedampf 12 verbrannt. Ferner ist noch eine Biomasse-Verstromungsanlage 13 vorgesehen, die aus Biomasse 14 einerseits Strom 15 aber auch Aufwertedampf 16 erzeugt. Bedarfsweise könnte auch auf die Biomasse-Verstromungsanlage 13 oder die Kraft-Wärme- Kopplungsanlage 10 verzichtet werden. Es könnte aber auch eine gänzlich andere Quelle für Aufwertedampf 12,16 genutzt werden. Der Aufwertedampf 12,16 weist aber unabhängig von seiner Herstellung einen Druck auf, der größer ist als der Druck des Geothermiedampfs 6. Zudem ist die Temperatur des Aufwertedampfs 12,16 größer als die Temperatur des Geothermiedampfs 6. ln der Papierproduktion 7 wird aus dem Aufwertedampf 12,16 und dem Geothermiedampf 6 ein Prozessdampf erzeugt, der dann zur Papierherstellung, insbesondere zu Beheizung bestimmter Prozesse bei der Papierherstellung, genutzt wird. Hierzu kommen unterschiedliche Verfahren in Frage, von denen lediglich beispielhaft drei verschiedene Verfahren in den Fig. 2 bis 4 dargestellt sind und nachfolgend beschrieben werden. ln der Fig. 2 ist ein Verfahren dargestellt, bei dem ein Thermalfluid 3 in einer nicht dargestellten, unterirdischen geothermalen Wärmequelle auf einer Temperatur von größer 100 °C aufgeheizt wird. Nachdem das aufgeheizte Thermalfluid 3 wieder an die Erdoberfläche 4 gefördert worden ist, wird die Wärme des Thermalfluids 3 in einem Verdampfer 5 zur Verdampfung von Wasser 17 genutzt, das anschließend als Geothermiedampf 6 an einen Dampfstrahlverdichter 18 abgegeben wird. Der Dampfstrahlverdichter 18 wird mit dem Aufwertedampf 12,16 betrieben, der in dem Dampfstahlverdichter 18 durch teilweises Entspannen über eine Drossel 19 beschleunigt wird, so dass nach der Drossel 19 der Geothermiedampf 6 in einer Mischkammer 20 gesogen und dort mit dem Aufwertedampf 12,16 vermischt wird. Sodann wird der Dampf über einen Diffusor 21 geleitet und so wieder angebremst, so dass ein Prozessdampf 22 mit einem Druck und einer Temperatur entsteht, die jeweils größer sind als der Druck und die Temperatur des Geothermiedampfs 6 sind. Mithin hat der Geothermiedampf 6 durch Einsatz des Aufwertedampfs 12,16 eine Aufwertung hinsichtlich des Drucks und der Temperatur erfahren und kann sodann effizient als Prozessdampf 22 in der Papierproduktion 7 zur Papierherstellung eingesetzt werden.
Alternativ zu dem in der Fig. 2 dargestellten Verfahren könnte beispielsweise auf das Thermalfluid in einem Flashtank entspannt werden und der dabei anfallende Dampf als Geothermiedampf an den Dampfstrahlverdichter abgegeben werden. Eine vorherige Übertragung der geothermalen Wärme von dem Thermalfluid an das Wasser könnte dann entfallen. ln der Fig. 3 ist ein Verfahren dargestellt, bei dem ein Thermalfluid 3 in einer nicht dargestellten, unterirdischen geothermalen Wärmequelle auf einer Temperatur von weniger als 100 °C aufgeheizt wird. Nachdem das aufgeheizte Thermalfluid 3 wieder an die Erdoberfläche 4 gefördert worden ist, erfolgt in einem Wärmetauscher 23 ein indirekter Wärmetausch mit Wasser 17, um die geothermale Wärme auf diesem Weg an das Wasser 17 abzugeben. Das Wasser 17 wird dann in einem Verdampfer 5 eines mit einem fossilen und/oder regenerativen Brennstoff 24 befeuerten Kessels 25 verdampft. Es wäre aber auch ein auf eine andere Art betriebener Verdampfer 5 denkbar. Den Verdampfer 5 verlässt im dargestellten und insoweit bevorzugten Ausfügungsbeispiel der Geothermiedampf 6, der an einen Dampfstrahlverdichter 18 abgegeben und dort wie zuvor beschreiben mittels eines den Dampfstrahlverdichter 18 antreibenden Aufwertedampf 12,16 durch gleichzeitige Temperatur- und Druckerhöhung aufgewertet wird.
Auch alternativ zu dem in der Fig. 3 dargestellten Verfahren könnte beispielsweise auf das Thermalfluid 3 in einem Flashtank entspannt werden und der dabei anfallende Dampf als Geothermiedampf 6 an den Dampfstrahlverdichter 18 abgegeben werden. Eine vorherige Übertragung der geothermalen Wärme von dem Thermalfluid 3 an das Wasser 17 könnte dann entfallen. Es könnte aber auch vorgesehen sein, das Thermalfluid 3 in einem Verdampfer 5 durch Einsatz zusätzlicher Wärme zu verdampfen. Der so entstehende Dampf könnte dann direkt als Geothermiedampf 6 an den Dampfstahlverdichter 18 abgegeben werden oder zum Verdampfen von Wasser 17 genutzt werden. Im letztgenannten Fall wird der so gebildete Wasserdampf als Geothermiedampf 6 an den Dampfstrahlverdichter 18 abgegeben. ln der Fig. 4 ist ein Verfahren dargestellt, bei dem ein Thermalfluid 3 in einer nicht dargestellten, unterirdischen geothermalen Wärmequelle auf einer Temperatur von größer 100 °C aufgeheizt wird. Nachdem das aufgeheizte Thermalfluid 3 wieder an die Erdoberfläche 4 gefördert worden ist, wird die Wärme des Thermalfluids 3 in einem Verdampfer 5 zur Verdampfung von Wasser 17 genutzt, das anschließend als Geothermiedampf 6 an einen Turbolader 26 abgegeben wird. Dabei muss das Thermalfluid nicht zwangsweise im Kreis geführt werden. Das Thermalfluid kann auch an einer Stelle dem Erdboden entzogen und an anderer Stelle wieder in den Erdboden injiziert werden. Insbesondere wenn das Thermalfluid als natürlich vorkommendes Untergrundwasser durch den Erdboden strömt, wird nicht immer wieder dasselbe Thermalfluid verwendet, sondern bedarfsweise immer anderes Thermalfluid derselben Quelle.
Der Turbolader 26 weist dabei eine Turbine 27 auf, die über eine Welle 28 mit einem Turbokompressor 29 verbunden ist. Die Turbine 27 wird mit Aufwertedampf 12,16 beaufschlagt, der in der Turbine 27 teilweise entspannt wird und die Welle 28 antreibt. Über die Welle 28 wird dann der Turbokompressor 29 angetrieben, der den Geothermiedampf 6 verdichtet und dabei gleichzeitig aufheizt. Anschließend wird der verdichtete Geothermiedampf 6 in dem dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel mit dem teilentspannten Aufwertedampf 12,16 in einer Mischkammer 30 vermischt, um eine weitere Aufwertung bei gleichzeitiger Anhebung von Druck und Temperatur zusätzlich zu der Aufwertung des Geothermiedampfs 6 bei gleichzeitiger Anhebung von Druck und Temperatur in dem Turbolader 26 bereitzustellen. Dazu ist die Turbine 27 über eine Verbindungsleitung 31 mit der Mischkammer 30 verbunden. Dabei kann es sich bei der Mischkammer 30 bevorzugt um eine Mischkammer eines Dampfstahlverdichters handeln. Ein nachträgliches Vermischen von verdichtetem Geothermiedampf 6 und teilentspanntem Aufwertedampf 12,16 zur Bildung des Prozessdampfs 22 kann sich insbesondere dann anbieten, wenn der Aufwertedampf 12,16 einen viel höheren Druck als der Geothermiedampf 6 aufweist. Der Aufwertedampf 12,16 weist nämlich bevorzugt nach der Teilentspannung in der Turbine 27 des Turboladers 26 noch einen Druck auf, der größer ist als der Druck des verdichteten Geothermiedampfs 6 nach dem Verlassen des Turbokompressors 29. Dies ist aber nicht zwingend der Fall.
Es kann alternativ auch vorgesehen sein, dass der Aufwertedampf 12,16 in der Turbine 27 des Turboladers 26 gerade soweit entspannt wird, dass der somit teilentspannte Aufwertedampf 12,16 nach dem Verlassen der Turbine 27 ein Druckniveau aufweist, das wenigstens im Wesentlichen dem Druckniveau des den Turbokompressor 29 verlassenden, komprimierten Geothermiedampfs 6 entspricht. Dann können der teilentspannte Aufwertedampf 12,16 und der Geothermiedampf 6 ohne einen Dampfstrahlverdichter, bedarfsweise in einer sehr einfachen Mischkammer 30, gemischt werden. Der teilentspannte Aufwertedampf 12,16 und der aufgewertete Geothermiedampf 6 können dann gemeinsam in dem sich anschließenden, insbesondere verfahrenstechnischen, Prozess als Prozessdampf 22 genutzt werden. Auch alternativ zu dem in der Fig. 4 dargestellten Verfahren könnte beispielsweise auf das Thermalfluid 3 in einem Flashtank entspannt werden und der dabei anfallende Dampf als Geothermiedampf 6 an den Turbokompressor 29 des Turboladers 26 abgegeben werden. Eine vorherige Übertragung der geothermalen Wärme von dem Thermalfluid 3 an das Wasser 17 könnte dann entfallen.
Bezugszeichenliste
1 Verfahrenstechnischen Anlage
2 Geothermiestation
3 Thermalfluid
4 Erdoberfläche
5 Verdampfer
6 Geothermiedampf
7 Papierproduktion
8 Wasseraufbereitung
9 Biogas
10 Kraft-Wärme-Kopplungsanlage
11 Erdgas
12 Aufwertedampf
13 Biomasse-Verstromungsanlage
14 Biomasse
15 Strom
16 Aufwertedampf
17 Wasser
18 Mischkammer
19 Drossel
20 Mischkammer
21 Diffusor
22 Prozessdampf
23 Wärmetauscher
24 Brennstoff
25 Kessel
26 Turbolader
27 Turbine
28 Welle
29 Turbokompressor
30 Mischkammer
31 Verbindungsleitung

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zur Bereitstellung von Prozessdampf (22) für einen, insbesondere verfahrenstechnischen, Prozess unter Verwendung geothermaler Wärme, bei dem die geothermale Wärme eines in einer geothermalen Wärmequelle aufgeheizten Thermalfluids (3) zur Bereitstellung eines Geothermiedampfs (6) genutzt wird, bei dem ein Aufwertedampf (12,16) zur Aufwertung des Geothermiedampfs (6) genutzt wird und bei dem bei der Aufwertung der Geothermiedampf (6) gleichzeitig verdichtet und aufgeheizt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
- bei dem der Aufwertedampf (12,16) mit einem größeren Druck und einer höheren Temperatur als der Druck und die Temperatur des Geothermiedampfs (6) zur Aufwertung des Geothermiedampfs (6) genutzt wird und/oder
- bei dem der Aufwertedampf und der Geothermiedampf bei der Aufwertung gemischt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
- bei dem der Geothermiedampf (6) durch den Aufwertedampf (12,16) in einem Dampfstrahlverdichter (18) mittels direktem Wärmetausch und/oder mittels eines Verdichters umfassend eine durch den Aufwertedampf (12,16) angetriebene Turbine (27) aufgeheizt und verdichtet wird und
- bei dem, vorzugsweise, als Verdichter ein von der Turbine (27) angetriebener Turbokompressor (29) eines Turboladers (26) verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der teilweise entspannte Aufwertedampf (12,16) nach dem Austritt aus der Turbine (17) zum Antrieb eines Dampfstrahlverdichters (18) zum weiteren Aufheizen und Verdichten des Geothermiedampfs (6) nach dem Austritt aus dem Verdichter genutzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der teilweise entspannte Aufwertedampf (12,16) nach dem Austritt aus der Turbine (17) und der aufgewertete Geothermiedampf (6) nach dem Austritt aus dem Turbokompressor (29) in einer Mischkammer (30) gemischt werden und bei dem, vorzugsweise, der teilweise entspannte Aufwertedampf (12,16) und der aufgewertete Geothermiedampf (6) vor dem Mischen in der Mischkammer (30) wenigstens im Wesentlichen denselben Druck aufweisen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Thermalfluid (3) über indirekten Wärmetausch geothermale Wärme an Wasser abgibt und bei dem, vorzugsweise, das Wasser (17) durch den indirekten Wärmetausch mit dem Thermalfluid (3) zur Bildung von Geothermiedampf (6) wenigstens teilweise verdampft wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Thermalfluid (3) oder das durch die geothermale Wärme aufgeheizte und/oder teilweise verdampfte Wasser (17) in einem Verdampfer (5), insbesondere vollständig, zur Bildung von Geothermiedampf (6) verdampft wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Aufwertedampf (12,16) durch Verbrennung von fossilen Brennstoffen (24), Biogas, Biomasse (9,14) und/oder Reststoffen erzeugt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem das aufgeheizte Thermalfluid (3) mit einer Temperatur von wenigstens 60 °C, wenigstens 80°C, insbesondere wenigstens 100 °C, und/oder von höchstens 220 °C, vorzugsweise höchstens 180 °C, insbesondere höchstens 140 °C, zur Bereitstellung eines Geothermiedampfs (6) genutzt wird und/oder bei dem der Geothermiedampf (6) vor der Aufwertung eine Temperatur von wenigstens 60 °C, wenigstens 80 °C, insbesondere wenigstens 100 °C, und/oder von höchstens 220 °C, vorzugsweise höchstens 180 °C, insbesondere höchstens 140 °C, aufweist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem bei der Aufwertung der Geothermiedampf (6) um wenigstens 20 °C, vorzugsweise wenigstens 50 °C, insbesondere wenigstens 100 °C, aufgeheizt wird und/oder bei dem bei der Aufwertung der Geothermiedampf (6) um wenigstens 1 bar, vorzugsweise wenigstens 2 bar, insbesondere wenigstens 3 bar, verdichtet wird.
11. Verfahrenstechnische Anlage (1), insbesondere zur Papierherstellung, zur Nutzung von Prozessdampf (22) bereitgestellt unter Verwendung geothermaler Wärme nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit einer Geothermiestation (2) zum Aufheizen eines Thermalfluids (3) durch geothermale Wärme in einer unterirdischen, geothermalen Wärmequelle und zum Bereitstellen eins Geothermiedampfs (6) unter Nutzung der geothermalen Wärme des Thermalfluids (3), mit einer Quelle für Aufwertedampf (12,16) und einer Aufwerteeinrichtung zum gleichzeitigen Verdichten und Aufheizen des Geothermiedampfs (6) durch den Aufwertedampf (12,16).
12. Verfahrenstechnische Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle für den Aufwertedampf (12,16) eine Quelle zur Bereitstellung von Aufwertedampf mit einem größeren Druck und einer höheren Temperatur als der Druck und die Temperatur des Geothermiedampfs (6) ist und/oder dass die Aufwerteeinrichtung einen Dampfstrahlverdichter (18) und/oder einen eine durch den Aufwertedampf (12,16) angetriebene Turbine (27) aufweisenden (17) Verdichter zum Aufheizen und Verdichten des Geothermiedampfs (6) umfasst und, vorzugsweise, dass der Verdichter ein von der Turbine (27) angetriebener Turbokompressor (29) eines Turboladers (26) ist.
13. Verfahrenstechnische Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindungsleitung (31) zum Einleiten des die Turbine (27) verlassenden teilweise entspannten Aufwertedampfs (12,16) in einen Dampfstrahlverdichter (18) zum weiteren Aufheizen und Verdichten des in dem Turbokompressor (29) aufgeheizten und verdichteten Geothermiedampfs (6) vorgesehen ist.
14. Verfahrenstechnische Anlage nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein das Thermalfluid (3) und einen indirekten Wärmetauscher umfassender Thermalkreislauf zum Übertragen geothermaler Wärme auf Wasser (17) vorgesehen ist und/oder dass ein Verdampfer (5) zum Bereitstellen des Geothermiedampfs (6), insbesondere aus dem mittels geothermaler Wärme aufgeheizten Wasser 17, vorgesehen ist.
15. Verfahrenstechnische Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (23) Teil des Verdampfers (5) zum wenigstens teilweisen Verdampfen des Wassers (17) und Bereitstellen des Geothermiedampfs (6) ist.
16. Verfahrenstechnische Anlage nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit fossilen Brennstoffen (24) und/oder Biomasse (9,14) befeuerter Verdampfer (5) zum Bereitstellen des Geothermiedampfs (6) und/oder des Aufwerte dampfs (12,16) vorgesehen ist.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102023106382A1 (de) * 2023-03-14 2024-09-19 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein Verfahren und dampferzeugungseinrichtung zur erzeugung von prozessdampf
WO2026055563A1 (en) * 2024-09-05 2026-03-12 Rondo Energy, Inc. Thermal energy storage system for use with a low temperature heat source and a thermal power cycle system

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2492068B1 (fr) * 1980-10-13 1985-08-16 Entropie Sa Procede et installation de pompe a chaleur par ejectocompression pour le chauffage de l'eau
US6539718B2 (en) * 2001-06-04 2003-04-01 Ormat Industries Ltd. Method of and apparatus for producing power and desalinated water
DE102004048932A1 (de) 2004-10-07 2006-04-20 Sundermann-Peters, Bernhard M., Dipl.-Ing. Kraftwerk mit erhöhter Wirtschaftlichkeit und Verfahren zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit eines Kraftwerkes
WO2006105815A1 (de) * 2005-04-08 2006-10-12 Erwin Oser Verfahren zur umwandlung von wärmeenergie in mechanische energie mit hohem wirkungsgrad
JP5151014B2 (ja) * 2005-06-30 2013-02-27 株式会社日立製作所 ヒートポンプ装置及びヒートポンプの運転方法
DE102005039019A1 (de) * 2005-08-18 2007-02-22 Erwin Dr. Oser Umwandlung von Wärmeenergie in mechanische Energie mit Energierückführung unter Verwendung eines Strahlverdichters
DE102006022792B3 (de) * 2006-05-16 2007-10-11 Erwin Dr. Oser Umwandlung solarer Wärme in mechanische Energie mit einem Strahlverdichter
JP2010203730A (ja) * 2009-03-05 2010-09-16 Tokyo Gas Co Ltd 排熱を利用した蒸気発生システム
CN102472483A (zh) * 2009-07-10 2012-05-23 株式会社Ihi 蒸汽供给装置
CA2771812A1 (en) * 2009-08-24 2011-03-03 Benoit Janvier Method and system for generating high pressure steam
US20110203575A1 (en) * 2009-08-24 2011-08-25 Robert Emery Thermodynamic/Solar Steam Generator
JP5351804B2 (ja) * 2010-03-15 2013-11-27 東京瓦斯株式会社 排熱を利用した蒸気発生システムおよびその運転制御方法
JP6485050B2 (ja) * 2015-01-13 2019-03-20 東京電力ホールディングス株式会社 蒸気供給システム
DE102015117492A1 (de) 2015-10-14 2016-05-19 Mitsubishi Hitachi Power Systems Europe Gmbh Erzeugung von Prozessdampf mittels Hochtemperaturwärmepumpe
FR3068442A1 (fr) * 2017-06-30 2019-01-04 Enertime Dispositif de refroidissement combine a une production de vapeur
JP2021196956A (ja) * 2020-06-16 2021-12-27 トヨタ自動車株式会社 決済代行装置、決済代行システム、決済代行方法、及び決済代行プログラム

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