NL1040249C2 - Door alternatieve energie gedreven waterstofgas-energie centrale. - Google Patents

Description

DOOR ALTERNATIEVE ENERGIE GEDREVEN WATERSTOFGAS-ENERGIE CENTRALE

INLEIDING:

Dit document bevat het unieke proces van een door alternatieve energie gedreven waterstofenergie centrale, welke naast elektrische energieproductie ook andere bijproducten genereert. Deze uitvinding is gedeeltelijk uitgetest en bevat andere delen die reeds al in werking zijn. De aldus opgewekte elektrische energie wordt primair geleverd aan het lokale elektriciteitsnet, doch in het proces worden echter ook andere bijproducten gemaakt, zijnde namelijk natriumhypochloriet, zuurstofgas, natrium metaal, bijtende soda (natriumhydroxide) en zuiver water. Dit gebeurt op een veilige, schone, goedkope, efficiënte en groene manier. De aldus opgewekte elektrische energie is niet afhankelijk van de beschikbaarheid van fossiele brandstoffen. In tegendeel dit proces maakt hun gebruik niet noodzakelijk en reduceert de productie van broeikasgassen (CO2). De bijproduct, waterstof gas, is ook te gebruiken als brandstof voor alle type motoren die op dit moment met fossiele brandstoffen worden gedreven. Dit proces is een combinatie van reeds bestaande c.q. aanwezige technologieën, processen, systemen en apparaten die allereerst deels technologisch zijn aangepast c.q. zijn verfijnd, en vervolgens middels een uniek/innovatief bedacht systeem zijn gerangschikt c.q. zijn gecombineerd op dusdanige wijze dat een flexibele constante energieproductie wordt gegarandeerd. Dit is niet eerder zo bedacht.

PROCESBESCHRIJVING:

Het proces is als volgt en wij refereren naar de aangehechte tekening. Zeewater A-1 wordt opgepompt via pompen E-1 en E-2. De zeewater wordt eerst verpompt naar een accumulatievat T-1 die ervoor zorgt dat de aanvoer van zeewater constant blijft. De opvoerpompen E-3 en E-4 zorgen dat de zeewater uit accumulatie vat T-1 op een druk van minstens 4 bar(g) wordt verpompt naar de elektrolysevat E-19. In deze elektrolysevat E-19 wordt, door middel van gelijkstroom welke wordt toegevoerd aan speciale met Titanium (Ti) bekleedde platina elektrodes, het zeewater opgesplitst in waterstofgas, zuurstofgas en natriumhypochloriet. De zeewater temperatuur in de elektrolysedrukvat wordt verhoogd tot ongeveer 80 graden Celsius om de geleidbaarheid te vergroten van het zeewater. Afhankelijk van de behoefte kan eventueel naar zuurstof productie worden omgeschakeld. De benodigde gelijkstroom voor het elektrolyse proces wordt verkregen door een of een combinatie van de volgende alternatieve energie bronnen (zie tekening). Wind (ES-1), Zon (ES-2), Getijden/Vloed, Golf (ES-3) of andere alternatieve energiebronnen (ES-4) die thans nog in ontwikkeling zijn. Zie figuur ES-1 in de diagram. De gelijkstroom regulator 1-1 zorgt dat de benodigde hoeveelheid gelijkstroom DC-1 steeds wordt aangepast. Hierdoor kunnen en zullen alleen de voor het proces benodigde hoeveelheden energie worden onttrokken uit de alternatieve energiebronnen. Dit geregeld-systeem zorgt ervoor dat er een optimale benutting plaatsvindt van alle beschikbare alternatieve energiebronnen wat ook nieuw, uniek en innovatief is. Door middel van dit geregeld-systeem zal bijvoorbeeld bij de aanwezigheid van zonnepanelen en windturbines altijd in eerste instantie de goedkoopste energiebron gebruikt worden, waarna de meest dure energiebron indien nodig, pas later aan bod komt. Het systeem brengt bovendien met zich dat indien er behoefte bestaat aan meerdere energie dan hetgeen door een bron zelve geleverd kan worden, zulks via een kunstmatige intelligentie-programma dusdanig wordt geregeld dat er waterstof uit de opslag tanks wordt onttrokken voor de elektriciteit productie en op die manier minder een beroep wordt gedaan op de natuurlijke alternatieve energiebronnen zelve. Bij een kleine vraag naar elektriciteit van uit het bestaande elektriciteitsnet, zal het systeem meer waterstof produceren en die vervolgens opslaan in opslag tanks en op die manier de voorraad waterstof te allen tijde op peil houden.

De aparte inverter EA-1 maakt wisselspanning afkomstig van alternatieve energiebronnen voor eigen gebruik binnen de fabriek- installatie zelf mogelijk. Deze inverteer machine kan ook worden uitgeschakeld als er geen behoefte bestaat. In een dergelijk geval wordt de wisselspanning geleverd door de Gasturbines GT-1 en GT-X.

Geheel uniek en innovatief in het beschreven proces is dat een zijstroom van natriumhypochloriet wordt afgetapt van de elektrolysevat E-19 via de pijpleiding P-66. Deze zijstroom spuit natriumhypochloriet als biocide in de zeewaterinlaat en in de zuigleidingen van de pompen E-1 en E-2. Deze zijstroom is minstens 10% gewicht van de totale geproduceerde hoeveelheid van de elektrolysevat E-19. De voordelen van het injecteren van deze zijstroom van natriumhypochloriet zijn ais volgt: Minder algengroei en groei van andere zeeorganismen welke de zeewaterleidingen op den duur kunnen verstoppen. Hierdoor is er minder onderhoud nodig en zal de installatie langer kunnen opereren zonder zulks te moeten stoppen voor schoonmaak van de zeewater inlaatleidingen. Voor zover bekend zijn geen andere processen die een zijstroom van de elektrolysevat als biocide voor de zeewater inlaat gebruiken.

Uit de elektrolysevat E-19 wordt waterstofgas geproduceerd met een zuiverheidsgehalte van meer dan 99%. Dit waterstofgas wordt opgezogen door een centrifugale compressor E-20, die het gas comprimeert tot een druk van minimaal 80 bar (g). Dit waterstofgas kan dan, via pijpleiding P-18, worden opgeslagen in speciaal daarvoor ontworpen opslagtanks T-2 welke zijn verstrekt met koolstofvezels. Ook kan het waterstofgas afkomstig uit compressor E-20 direct worden verpompt naar de gasdroger E-25, die aanwezige vocht voor 95% verwijdert uit het waterstofgas. Het waterstofgas kan ook direct via pijpleiding P-18 naar de gasdroger E-25 worden verpompt.

Uit de gasdroger E-25 wordt de droge waterstof gas direct verpompt naar de gecombineerde cyclus gasturbines GT-1 temt GT-X die door verbranding van waterstof gas met lucht thermische energie omzet in elektrische energie welke via de één 66 Kilovolt trafostation wordt geleverd aan het elektriciteitsnet. Opgemerkt wordt dat bij de verbranding van het waterstofgas in de gasturbines, waterdamp als stoom wordt geproduceerd. Deze stoom bevat enorm veel kracht en energie en wordt gebruikt om andere stoomturbines aan te drijven, welke op hun beurt weer elektriciteit produceren die aan het elektradistributienet wordt geleverd. Vandaar dat gesproken wordt over gecombineerde cyclus gasturbines. Het zijn gasturbines welke gecombineerd worden met stoomturbines. Dit is overigens bestaande technologie.

De verbranding van waterstof en lucht levert waterdamp op die via speciale koelers E-31 wordt omgezet in zuiver water die bijvoorbeeld gebruikt kan worden als drinkwater en of als industrieelwater. Dit is een nieuwe en innovatieve toepassing van dit proces. Op deze manier hoeft geen water via een destillatieproces te worden aangemaakt hetgeen enorme kosten en energie bespaart. Het gevolg is dat zowel de waterproductie als de energieproductie goedkoper zal worden en niet meer gekoppeld zal zijn aan de prijs van de ruwe olie, hetgeen de nationale economie in alle opzichten ten goede komt.

Het unieke en innovatieve van dit proces is dat er altijd extra waterstofopslag zal zijn voor perioden dat om een of andere reden geen alternatieve energiebronnen beschikbaar zijn. De opslagperiode kan zodanig worden gepland dat minimaal 30 dagen lang energie kan worden opgewekt uit de beschikbare waterstofgas-opslag.

Er is geen enkel ander proces bekend welke een ingebouwde opslagfaciliteit T-2 c.q. reservecapaciteit heeft als onderdeel van het totale produktieproces.

Vanuit de beschikbare opslagtanks kan tevens waterstofgas worden geleverd om gasflessen te vullen bij gasvul installatie WG-1 of om een laadtruck LT-1 met waterstof gas te vullen.

Natriumhypochloriet afkomstig uit de elektrolysevat E-19 wordt via de leiding P-22 verstuurd naar een reduceervat E-21, waardoor het middels gelijkstroom wordt omgezet in natrium metaal (Na). Dit is een innovatieve manier om meer waterstofgas te produceren uit natriumhypochloriet. Immers, deze natrium metaal wordt, onder bescherming van een olie laag, getransporteerd via een bandsysteem B-1 naar de reactor E-22. Hierin treedt samen met de toevoeging van zuiver water een chemische reactie plaats, waarbij het natriummetaal wordt omgezet in waterstofgas en natriumhydroxide. De chemische reactie is als volgt: 2Na+2H20->2NaOH+H2. De uit de reactor E-22 afkomstige waterstof gas wordt opgezogen naar de gas compressor E-20. De uit de reactor E-22 geproduceerde natriumhydroxide wordt verpompt naar opslagtank T-5. Van hieruit naar de droger en vulinstallatie WG-2. Ook kan van uit de opslag tank T-5 de natriumhydroxide direct naar de laadtruckinstallatie LT-2 worden verpompt.

Het uit de eiektroiysevat E-19 geproduceerde zuurstofgas wordt via pijpleiding P-10 verstuurd naar gas compressor E-18. Hier wordt de zuurstofgas gecomprimeerd tot een druk van minimaal 25 bar (g). Van hieruit wordt de zuurstofgas verstuurd naar de opslagtank T-4. Van uit deze opslagtank kan zuurstofgas verder gecomprimeerd worden bij de gasflesvulinstallatie WG-4 tot een druk van 200 bar(g) en verder gevuld worden in zuurstofflessen. Ook kan het zuurstofgas uit de gas compressor E-18 worden verpompt naar de laadtruck installatie LT-4.

Een gedeelte van de uit de eiektroiysevat E-19 geproduceerde natriumhypochloriet wordt verpompt via pijpleiding P-15 naar de pompen E-5 en E-6 en vervolgens naar de opslagtank T-3. Van hieruit wordt de natriumhypochloriet via de vulinstallatie WG-3 in containers gevuld. Ook kan de vloeibare natriumhypochloriet worden verscheept in de laad track installatie LT-3. Deze natriumhypochloriet is bedoeld voor afzet op de lokale markt als ontsmettingsmiddel voor ziekenhuizen, olie raffinage, hotels, zwembaden en voor lokale huishoudens. Het gevolg is dat ook dit product niet meer zal dienen te worden geïmporteerd hetgeen deviezenbesparing met zich zal brengen en logischerwijs de nationale economie in alle opzichten ten goede komt.

DE VERSCHILLENDE NIEUWE EN INOVATIEVE PROCESPARAMETERS DIE TEN GRONDSLAG LIGGEN AAN DIT PROCES ZIJN ALS VOLGT: 1. Temperatuurbereik van zeewater van 23 °C tot 80 °C.

2. Gelijkspanning van de Electrolyzer groter dan 2.1 Volt DC.

3. Stroomsterktedichtheid van de Electrolyzer tussen 25 en 130mA/cm2 DC.

4. Sterkte van natriumhypochloriet geproduceerd in mg/liter.

5. Waterstofgas met meer dan 99% chemische zuiverheid, geproduceerd in het elektrolyse drukvat met een gegeven gelijkspanning en gelijkstroomsterkte.

6. Zuurstofgas met meer dan 99% chemisch zuiverheid geproduceerd in het elektrolyse drukvat met een gegeven gelijkspanning en gelijkstroomsterkte en speciale elektrodes.

7. Terug voeding van een percentage minimaal 10% gewicht van natriumhypochloriet als biocide, via een zijstroom uit elektrolysevat in de inlaat van de zeewaterpompen via pijpleiding P-66.

8. Omzetting van natriumhypochloriet in natrium metaal welke vervolgens wordt geconverteerd in waterstofgas

Verschillende kwaliteitssensoren meten continu de kwaliteit en kwantiteit van de diverse gegenereerde hoofd- en bijproducten en voorts regelen zij de massa instroom van het zeewater, de druk, de elektrische spanning en elektrische stroomsterkte met behulp van een eigen ontworpen terugkoppelings-instrumentatiesysteem in combinatie met verschillende “ Programmable Logic Controllers (PLC)” welke met speciale instructies zijn geprogrammeerd.

Voor personeelsveiligheid en ter bescherming van de technische installaties, wordt de aanwezigheid van waterstofgas voortdurend op kritieke locaties met speciale detectoren gemeten, om te voorkomen dat explosiegrenzen worden bereikt. Deze kritieke locaties zijn: de uitwendige behuizing van de Elektrolyse drukvat, de afvoerleidingen en connecties, de flenzen van alle drukvaten en alle pijpleidingen met waterstofgas. Vooral de uitwendige behuizing van de Elektrolyse drukvat, de afvoerleidingen en connecties daarvan zijn onderhevig aan zeer stringente veiligheidscontrole en worden continu- metingen gepleegd om vroegtijdig lekkages op te sporen en mogelijke onveilige waterstofgasaccumulatie op vitale plaatsen te ontdekken en te elimineren, waardoor ontploffingsgevaar wordt voorkomen. Dit is een toepassing van bestaande technologieën en apparatuur, maar de specifieke locaties van de detectoren en hun types is innovatief en uniek in dit systeem.

Een systeem om geaccumuleerd waterstofgas te verwijderen, met behulp van stikstofgas, is speciaal bedacht en ontworpen om eventueel geaccumuleerd waterstofgas in en/of rondom de Elektrolyse drukvat en/of de leidingensystemen te verwijderen. Dit is vooral noodzakelijk wanneer gepland onderhoud dient te worden uitgevoerd aan de aanwezige apparatuur en de bestaande toe- c.q. afvoerleidingen.

Het oorspronkelijke primaire doel van het productieproces zoals hiervoor beschreven is het gebruik van het waterstofgas als brandstof voor gasturbines die door een gecontroleerde verbranding van het waterstofgas met lucht, op hun beurt elektriciteit produceren. De elektriciteit wordt vervolgens gevoed c.q. geleverd aan een hoogspanningswisselstroom elektradistributienet X-1 voor lokale consumptie.

De producten waterstofgas, zuurstofgas, natriumhypochloriet, natrium metaal, bijtende soda (natriumhydroxide) en zuiver water welke in dit productieproces geproduceerd worden, kunnen op de lokale of internationale markt worden verkocht. Zowel natriumhypochloriet, natrium metaal en bijtende soda (natriumhydroxide) zijn producten die import vervangend zijn waardoor deviezen worden bespaard.

SPECIALE METALLURGIE:

Vanwege de agressieve aard van het zeewater & atmosferische omstandigheden bij de kust waar de industriefaciliteit gevestigd is en mede door waterstofgas geïnduceerde scheuring c.q. afbrokkelingsverschijnselen van staal, wordt bij de keuze van het ontwerp, de inrichting en apparatuur van de waterstofindustriefaciliteit, speciale metalen en niet- metallische materialen toegepast, zoals bij de navolgende componenten van de faciliteit: 1. Zeewater inlaat- & boosterpompen en natriumhypochloriet pompen; 2. Elektrolyse drukvat behuizing, elektrolyse elektroden (met Titanium bekleedde Platina elektrodes), inlaat- en uitlaatsproeiers; 3. Gas detectoren, massastroommeters, stroomzenders, manometers regelinstrumenten, drukzenders; 4. Veiligheidskleppen, regelafsluiters, blokkleppen, kleppennaalden, afvoer kleppen; 5. Waterstofgasleidingen, zuurstofgasleidingen, natriumhypochloriet leidingen; 6. Waterstof opslagtanks van versterkte koolstofglasvezels; natrium metaal reduceervaten met inwendige bekleding, natriumhydroxide drukvaten met inwendige Nikkel-koperlegering bekleding, leidingen en opslagtanks; 7. Windturbinewieken, windturbinehuisvesting, windturbines ondersteunende stalen structuren en constructies; Zonnepanelen, getijde energie generatoren, golfslag energie generatoren of andere in ontwikkeling zijnde alternatieve energie bronnen.

8. Elektrische schakelsystemen en transmissiesystemen;

Claims (14)

1. De uitvinding/innovatie betreft een proces voor de productie van waterstof met behulp van alternatieve energiebronnen waaronder windkracht, vloed/getijden, golfwaterkracht, zonnepanelen en of andere nog in ontwikkeling zijnde alternatieve energiebronnen met als kenmerk dat gelijkstroom welke wordt opgewekt via een speciale automatische gereguleerde systeem, welke de productie van waterstofgas controleert op dusdanige wijze dat er een optimale benutting plaatsvind van de goedkoopste alternatieve energiebron welke op ieder moment van de dag beschikbaar is om waterstofgas te produceren.

2. Het kenmerkende van dit proces is dat zeewater A-1 op een continue basis, speciaal wordt bewerkt met minimaal 10% gewicht natriumhypochloriet afkomstig van een zijstroom van de elektrolysedrukvat.

3. Het kenmerkende voorts van dit unieke proces is dat ook natriumhypochloriet als bijproduct wordt geproduceerd in de elektrolyse met dezelfde zeewater welke ook waterstofgas genereert. Genoemd uit de elektrolyse afkomstige bijproduct natriumhypochloriet wordt als biocide gebruikt in de zeewater inlaatpijpen en pompen bij A-1 om algen groei en andere bio organismen aanwezig in de zeewater op een ecologisch verantwoord manier tegen te gaan.

4. Kenmerkend is verder dat de natriumhypochloriet afkomstig uit de elektrolyse van zeewater weer wordt omgezet in natrium metaal. Het bijzondere van deze regeneratie is dat de aldus verkregen natrium metaal wederom wordt gebruikt om waterstofgas te maken en natriumhydroxide. Op deze manier treedt er een kringloop van zeewater tot natriumhypochloriet en weer tot zeewater. Niets gaat verloren. Zelfs het water dat wordt gemaakt als onderdeel van dit proces gaat terug naar de natuur op een schone manier.

5. Het uit de elektrolyse van zeewater ontstane waterstofgas kenmerkt zich in een zuiverheidsgraad van meer dan 99%. De op deze manier verkregen waterstofgas is te gebruiken in de gasturbines als brandstof voor opwekking van elektrische energie op een 100% schone manier.

6. Een kenmerk van dit proces is dat bij de verbranding van waterstofgas en lucht zuiver water ontstaat die wordt teruggewonnen via speciale warmtewisselaars (koelers) en wordt hergebruikt als proceswater in het productieproces en als drinkwater. Er hoeft geen distillatie plaats te vinden van het zeewater tot eerst zoetwater om dit proces mogelijk te maken. Dit bespaart kosten en energie.

7. Afhankelijk van de behoefte kenmerkt dit proces zich in de mogelijkheid om in de elektrolysevat naar willekeur om te schakelen naar ook zuurstof productie naast de productie van waterstof. De zuiverheidsgraad van het zuurstofgas is meer dan 99%. Bij de productie van zuurstofgas in de elektrolysevat wordt gebruikt gemaakt van speciaal met magnesiumoxide beklede elektrodes. Dit systeem is derhalve dermate flexibel dat de productie van zuurstofgas automatisch kan plaatsvinden afhankelijk van de behoefte.

8. Ook kenmerkt dit proces zich door het feit dat afhankelijk van de behoefte, de mogelijkheid bestaat om Calciumcarbonaat en Magnesiumhydroxide te produceren in kleine hoeveelheden als bijproducten.

9. Het unieke kenmerk van dit totale proces is dat er geen fossiele brandstoffen verbrand worden en dat er een kringloop ontstaat van zeewater via waterstof, natriumhypochloriet, water naar weer zeewater. Dus alle producten en bijproducten worden continu gerecycleerd.

10. Het speciale kenmerk van dit proces is dat al de geproduceerde hoofd- en bijproducten op een milieuvriendelijke manier worden geproduceerd zonder afstoot van broeikasgassen en andere chemische lozingen in de natuur.

11. Een ander kenmerk van dit proces is dat alle soorten alternatieve energiebronnen afzonderlijk dan wel in combinatie kunnen worden gebruikt om waterstofgas te produceren en elektrische energie op te wekken c.q. produceren. Steeds wordt er vanuit gegaan dat de goedkoopste alternatieve energiebron primair gebruikt zal worden.

12. Dit unieke bedacht proces is op bijzondere wijze gerangschikt en gecombineerd, kenmerkt zich voorts dat er elektrische energie wordt geproduceerd op een uiterst schone manier. Er worden geen fossiele brandstoffen gebruikt.

13. Dit unieke en innovatief proces is tevens bijzonder doordat een gedeelte van geproduceerde waterstof wordt opgeslagen in de vorm van waterstofgas op hoge druk, welke later op ieder willekeurig moment, gebruikt kan worden als brandstof voor de gasturbines teneinde elektrische energie te produceren in geval er geen of niet genoeg alternatieve energie aanwezig is. Dit proces kenmerkt zich door een waterstofgas opslag capaciteit om gedurende 30 kalenderdagen 30MW elektrische energie te kunnen opwekken zonder enige aanwezigheid/beschikbaarheid van andere alternatieve energiebronnen.

14. Het kenmerkend van deze innovatieve opslagproces voor het waterstofgas is dat de waterstofgasopslag gebruikt kan worden om andere type verbrandingsmotoren te laten werken zonder uitstoot van broeikasgassen. Er zouden waterstofgastankstations bestemd voor automobielen kunnen worden geïntroduceerd voorzien van het waterstofgas uit de opslagtanks.