WO2014032830A1 - Erweiterung des funktionsumfangs einer integrated gasification combined cycle-anlage - Google Patents

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WO2014032830A1
WO2014032830A1 PCT/EP2013/063152 EP2013063152W WO2014032830A1 WO 2014032830 A1 WO2014032830 A1 WO 2014032830A1 EP 2013063152 W EP2013063152 W EP 2013063152W WO 2014032830 A1 WO2014032830 A1 WO 2014032830A1
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Konrad BUSSKAMP
Volkmar DÖRICHT
Christoph Kiener
Dominik Rohrmus
Philipp Emanuel Stelzig
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel

Definitions

  • the present invention relates to the expansion of the functional scope of a so-called IGCC plant (Integrated Gasification combined cycle plant, combined process with integrated gasification) and a modified IGCC plant.
  • IGCC plant Integrated Gasification combined cycle plant, combined process with integrated gasification
  • IGCC Integrated Gasification Combined Cycle
  • an IGCC plant not only allows combustion efficiency and low-energy sources to be increased by converting the fossil fuel into hydrogen by substoichiometric combustion with oxygen and then introducing it into a water-gas shift reactor can be used to generate energy, but also a process for the production of simple chemical products from the educts used oxygen, water, carbon and nitrogen.
  • a conventional IGCC plant generally comprises at least one air separation plant for supplying oxygen and nitrogen, a gasifier for burning the fossil fuels, a water gas shift reactor with a plant for removing acid gases such as hydrogen sulfide (acid gas removal unit) for production of hydrogen, and a gas and steam plant for generating electrical energy from the process heat or the combustion of the products, in particular hydrogen.
  • such an IGCC unit may also include a unit for carbon capture and storage (CCS), wherein carbon dioxide after generation of the hydrogen in the water gas shift reactor with a facility for the removal of acid gases such as hydrogen sulfide (hereinafter also called water gas shift reactor, unless otherwise stated in the description) is removed from the process and stored.
  • CCS carbon capture and storage
  • synthesis gas SG produced in the water gas shift reactor WSG chemical products for the consumption or for the production of further, possibly more complex chemical products, for example hydrogen (compressed gases hydrogen , CGH, or gaseous hydrogen, GH2), methanol MeOH fuels T (fuel), synthetic natural gas (SNG synthetic natural gas), ammonia NH 3 or the synthesis gas SG itself to use as a product for further processing.
  • hydrogen compressed gases hydrogen , CGH, or gaseous hydrogen, GH2
  • methanol MeOH fuels T fuel
  • SNG synthetic natural gas synthetic natural gas
  • ammonia NH 3 ammonia NH 3
  • FIG. An example of a conventional IGCC plant is shown in FIG. This includes an air separation unit (LZA), a gasifier V (fuel gasifier reactor), a water gas shift reactor WSR with a system for removing acid gases such as hydrogen sulfide, and a gas and steam system GDA (combined cycle power plant CCPP).
  • Oxygen 0 2 gaseous oxygen, GOX
  • GOX gaseous oxygen
  • the carbon monoxide is reacted in a water gas shift reactor WSR with water, for example in the form of water vapor, to synthesis gas SG, which contains carbon dioxide and large amounts of hydrogen, which then, if appropriate after removal of carbon dioxide, in a gas and hydrogen gas Steam plant GDA is used for energy production.
  • the energy E gained in this case is then also partially operated
  • the air separation plant LZA is used because the air separation is an energy-intensive process, in which air in oxygen and nitrogen and other components is separated.
  • the synthesis gas SG produced in the water-gas shift reactor WSR can also, if appropriate in other reactors, be converted into chemical products, such as hydrogen H 2 , synthetic natural gas or synthetic natural gas (SNG), methanol MeOH, or fuels T.
  • ammonia NH 3 water free ammonia WFA or liquid water free ammonia LWA
  • ammonia NH 3 water free ammonia WFA or liquid water free ammonia LWA
  • the use of the synthesis gas SG as a product itself is possible.
  • a conventional IGCC plant is known, for example, from WO
  • An IGCC plant comprises an air separation plant 1, a gasifier 2, a water gas shift reactor 3 with a system for removing acid gases, and a gas and steam plant 4, wherein a unit 10 for generating renewable energy is provided, which, at least in part, provides energy for the operation of the IGCC plant.
  • An IGCC plant according to the invention is distinguished by the fact that it is more resource-efficient, optionally uses less non-renewable raw material, for example raw and fuel RB for the gasifier, and reduces carbon dioxide emissions. can also be operated more efficiently with the use of lower quantities of fossil energy sources per generated quantity of end product. It is thus also possible to downsize individual plant components and / or the IGCC plant as a whole in comparison to conventional IGCC plants.
  • the IGCC plant according to the invention can be used as a storage for renewable energy, for example by chemical products are produced from the educts used - as a chemical storage for renewable energy.
  • the IGCC plant according to the invention differs from a conventional storage in which the storage to be stored corresponds to the withdrawn from the memory, such as in Erdöldder gas tanks or rechargeable batteries.
  • the IGCC plant according to the invention as a whole also functions as a storage due to its operation, since it can be operated in different ways depending on the supply of energy from the renewable energy generating unit 10.
  • the IGCC plant according to the invention can also act as a buffer against the energy fluctuations in the generated renewable energy. This may also be advantageous in view of the fact that no or reduced problems with grid stabilization in the power grid, for example in the power grid as in the direct feed fluctuating
  • Energy such as fluctuating electricity from renewable energy can occur.
  • control unit for controlling an IGCC plant according to the invention
  • process for producing chemical products as storage for renewable energy using the IGCC plant according to the invention a computer program product for controlling an IGCC plant according to the invention and the use the IGCC plant according to the invention as storage for fluctuating renewable energies.
  • Figure 1 shows a schematic structure of a conventional IGCC plant.
  • Figure 2 shows schematically an example of an embodiment of the IGCC plant according to the invention.
  • FIG. 3 shows schematically another example of an embodiment of the IGCC plant according to the invention.
  • FIG. 4 schematically shows an exemplary circuit diagram of a control unit according to the invention.
  • An IGCC plant according to the invention has, as also shown in the exemplary embodiments according to FIGS. 2 and 3, an air separation plant 1, a gasifier 2, a water gas shift reactor 3 with a plant for removing acid gases such as hydrogen sulphide (acid gas removal unit , AGR), and one
  • a unit 10 for generating renewable energy in the IGCC plant which provides, at least partially, energy for the operation of the IGCC plant.
  • the renewable energy generating unit 10 is integrated into the IGCC plant of the present invention or dedicated to the IGCC plant.
  • Assigned here means that the energy generated in the unit 10 for the production of renewable energy mainly, for example more than 50%, optionally more than 75%, more optional more than 90% and preferably completely, apart from losses, for example the line is fed into the IGCC plant according to the invention.
  • the A- Feeding can be done for example by one or more cables.
  • An integration of the unit 10 for generating renewable energy in the IGCC plant for example, by connection to another part of the plant IGCC plant, such as the air separation plant. 1
  • the unit 10 for generating renewable energy in the context of a fixed assignment, this can also have the advantage that only the cable for connecting the unit 10 for generating renewable energy to the other parts of the plant, such as the air separation plant 1, the water gas shift Reactor 3 with a plant for the removal of acid gases and / or the - optional - electrolysis unit 5, the fluctuating energy, such as fluctuating electricity from the renewable energy transported without this fluctuating energy in the general energy network, such as the power grid is fed or for this purpose, an additional buffer unit is required to absorb large fluctuations in the energy supply.
  • the IGCC plant of the present invention may act as a buffer for the fluctuating energy from the renewable energy generating unit 10.
  • the unit 10 for the production of renewable energy or regenerative energy is not limited within the scope of the invention, and one or more units 10 for generating renewable energy can be integrated into the IGCC plant according to the invention or permanently assigned to the IGCC plant.
  • units 10 for generating renewable energy include solar systems and solar cells or photovoltaic systems, solar thermal systems, thermal systems, hydroelectric power plants, Run-of-river power plants, wind power plants, geothermal plants, bioenergy plants from biomass and tidal power plants.
  • a plurality of identical or different units 10 are used for generating renewable energy.
  • one or more units 10 for generating renewable energy the energy only to one unit of the IGCC plant according to the invention, for example, the air separation unit 1, the water gas shift reactor 3 with a facility for the removal of acid gases or the - optional - Electrolysis unit 5, or to several units of the IGCC plant according to the invention, for example, the air separation plant 1 and the water gas shift reactor 3 with a system for removing acid gases, the air separation plant 1 and - optional - electrolysis unit. 5 or the air separation plant 1, the water gas shift reactor 3 with a system for the removal of acid gases and the - optional - electrolysis unit 5 supply.
  • Energy is required here in the water gas shift reactor 3 with a system for removing acid gases, for example for heating the gas mixture in the case of reversible water gas shift, in order to prevent the reactor from cooling down.
  • the unit 10 for generating renewable energy at full load preferably provides at least the energy E required to operate the air separation plant 1 at full utilization of the IGCC plant with respect to the gasification of the fossil raw material and fuel RB, for example when the maximum is utilized Capacity on fossil raw and fuel RB, is required.
  • the renewable energy generating unit 10 may also supply energy E to other equipment of the IGCC plant of the present invention, for example, for use in pumps and / or compressors, or for use in a power plant.
  • the air separation plant 1 can be used to provide oxygen 0 2 and / or to provide nitrogen N 2 (gas-ous nitrogen, GAN) for the synthesis of chemical products from the synthesis gas SG, for example also ammonia NH 3 .
  • nitrogen N 2 gas-ous nitrogen, GAN
  • GAN gas-ous nitrogen
  • the nature of the air separation plant 1 is by no means limited and, for example, the air separation plants commonly used in IGCC plants may be used. However, these air separation plants typically require a large amount of energy to separate nitrogen and oxygen as well as the other components of the air by compression and subsequent cooling, so that these components, if necessary, the IGCC system available.
  • the air separation plant 1 may be advantageous in certain embodiments to provide a portion of the required energy or the total energy required of the air separation plant 1 through the renewable energy unit 10, thus not meeting the need for this energy from others renewable sources, for example from the gasification and / or energy production, for example power generation, from the gas and steam plant 4 to reduce or minimize and optionally to reduce to zero.
  • other air constituents obtained in the air separation plant 1 can also be used in the IGCC plant according to the invention, for example carbon dioxide C0 2 .
  • Carbon dioxide from the air separation plant 1 can in this case be used, for example, in the water gas shift reactor 3 and / or for the production of products, so that the production of carbon monoxide CO in the gasifier 2 and / or carbon dioxide in the water gas shift reactor 3 is reduced or can be avoided.
  • the type of carburetor 2 in an IGCC plant according to the invention is as in the air separation plant 1 in any way limited, and it can, for example, the carburetors used in ordinary IGCC plants for the IGCC plant according to the invention can be used.
  • raw and fuel RB for the carburetor 2 come within the scope of the invention, all fuels that have a carbon source and can be gasified.
  • coal including all types of coal such as lignite and hard coal, petroleum coke, petroleum, natural gas, synthetic natural gas, refinery residues, organic waste, plant products or waste, sewage sludge, animal products or waste from the processing of carcasses, biomass or biofuel as raw and fuel RB can be used.
  • mixtures of these fuels can be used. Preference is given to fuels based on carbon. It is also preferred not to use pure hydrocarbons or hydrocarbon mixtures.
  • the carbon in the gasifier can be gasified substoichiometrically, ie with an excess of oxygen in comparison to the complete gasification of carbon to carbon dioxide, so that carbon monoxide is formed during the gasification.
  • the gasification of the carbon is gasified to carbon dioxide, if carbon dioxide in the IGCC plant, for example in the production of chemical products such as carboxylic acids, is needed or should be produced as a product.
  • Carbon dioxide can also be used for inerting processes, as described, for example, in EP 2 326 171 A2.
  • the carbon dioxide can be blown into moist biomass to dry it and, at the same time, to protect it from putrefaction and pest infestation by microbes, insects or mammals.
  • the carbon dioxide can remove the water from the wet biomass and stabilize the biomass at the same time. This may be advantageous in certain embodiments in which the biomass renewable energy unit 10 is operated. in which the carbon dioxide is obtained from an acid gas scrubber.
  • the water gas shift reactor 3 having a plant for removing acid gases is not limited in type of the reactor, and for example, all water gas shift used in reactors operating in IGCC plants as well as in synthesis gas SG - Reactors with a system for the removal of acid gases are used.
  • the water gas shift reactor 3 may in this case be integrated with a system for removing acid gases, such as hydrogen sulphide, or the system for removing acid gases may be separate from the water gas shift reactor and connect to these, for example directly.
  • Sour gases that are removed are known to those skilled in the art and include, for example, hydrogen sulfide, which acts as a catalyst poison for the catalysts used in the subsequent production of chemical products, or other gases such as ammonia or hydrogen cyanide HCN, depending on the operation of the IGCC plant may occur.
  • the water gas shift reactor 3 with a system for removing acid gases also referred to below as the water gas shift reactor 3, unless otherwise stated
  • steam may originate from a steam turbine of a gas and steam plant 4.
  • the previously produced carbon monoxide can be reacted with the water to give carbon dioxide and hydrogen H 2 .
  • less or no water is supplied, for example, when the hydrogen gas shift reactor 3 directly hydrogen from an - optional - electrolysis unit 5 is supplied.
  • carbon monoxide in the gasifier 2 it is also possible to produce carbon monoxide in the gasifier 2, to mix it in the water gas shift reactor 3 with hydrogen from the - optionally - electrolysis unit 5 and to mix these Then separate this mixture, so that, for example, carbon monoxide can be provided as starting material for the production of chemical products in the IGCC plant, such as aldehydes. It is also possible to produce only carbon monoxide and to use it without mixing to produce chemical products.
  • the water supply for the water gas shift reactor 3 can be operated with power from the renewable energy generating unit 10, as required.
  • gas and steam plant 4 energy is generated from the generated synthesis gas SG or after an optional separation of carbon dioxide from hydrogen.
  • gas and steam plant 4 are generally all types of ordinary gas and steam plants into consideration.
  • other power plants can be used instead of a gas and steam plant, but this is usually accompanied by a deterioration in efficiency, so that this is not preferred.
  • a gas and steam plant usually one or more gas turbines and one or more steam generators, such as waste heat boilers, and steam turbines and generators may be present, for power generation, such as power generation, both from the gas turbine and after steam generation by the waste heat of Serve gas turbine in the steam turbine.
  • the gas and steam plant 4 can energy E both for feeding into the power grid and for operating individual plant parts of the IGCC plant according to the invention, for example the air separation plant 1 and / or the water gas shift reactor 3 with a facility for the removal of acid gases and or the optional electrolysis unit 5, with reduced energy input from the renewable energy generating unit 10.
  • the IGCC plant according to the invention may, in certain embodiments, have an electrolysis unit 5 in which, for example, hydrogen H 2 and oxygen O 2 are produced from water. This electrolysis unit 5 can in various embodiments also be operated with the unit 10 for generating renewable energy.
  • both oxygen for the carburetor 2 and hydrogen for example for the water gas shift reactor 3 or for the production of hydrocarbons from carbon dioxide produced in the water gas shift reactor 3 can be provided, so that in certain embodiments Also, the addition of oxygen from the air separation plant 1 and / or the addition of water H 2 0 by the Wasserzu- drive in the water gas shift reactor 3 can be reduced or avoided, and in these embodiments, then the energy from the unit 10 to Production of renewable energy can not be used at all to operate the air separation plant 1 and / or the water gas shift reactor 3, either to a lesser extent or even in some embodiments. In certain embodiments it is preferred that the IGCC plant according to the invention has an electrolysis unit 5.
  • the electrolysis unit 5 can be started up very quickly, ie, booted up, for example within a period of up to 50 s, but also in the range of several minutes, for example 5 or 10 minutes or 15 minutes, up to a half Hour in certain cases to respond quickly to fluctuations in the power supply from the renewable energy generating unit 10, such as with proton exchange membrane (PEM) electrolysis or the polymer electrolyte membrane (PEM) Conventional alkaline atmospheric electrolysis or pressure electrolysis is possible.
  • PEM proton exchange membrane
  • PEM polymer electrolyte membrane
  • Conventional alkaline atmospheric electrolysis or pressure electrolysis is possible.
  • Such energy fluctuations occur, for example, when using wind energy in the unit 10 for generating renewable energy, as conceivable, for example in storms, sometimes only in the range of several minutes.
  • the recording of electrical energy from renewable sources and the associated oxygen production in the electrolysis unit 5 can be controlled in the millisecond range, which allows control of the entry, for example in the carburetor 2 if this is supplied with oxygen only from the electrolysis unit 5, but also if it is additionally supplied from the electrolysis unit 5 in addition to the air separation plant 1.
  • the air separation plant 1 can be shut down, or oxygen is produced for a liquid-oxygen storage in which Oxygen is intermediately stored.
  • the air separation plant in the presence of an electrolysis unit 5, the air separation plant can be scaled, ie reduced in size.
  • the process in the IGCC plant according to the invention can also be thought of as a two-stage respiration process, in which one sink represents the air separation plant 1 and another sink the electrolysis unit 5, both of which can be run on renewable energy.
  • the oxygen supply can also take place from a single unit or else the oxygen supply can be provided by Turning the energy from the gasification in the gasifier 2 and the subsequent power generation in the gas and steam plant 4 are maintained. It is also conceivable that the oxygen from the
  • the IGCC system may have various storage devices for storing educts, for example oxygen and / or hydrogen and / or nitrogen and / or raw and fuel RB, for example carbon, and also other starting materials, such as water, for cooling water, as well as products, for example, synthesis gas SG, carbon monoxide, carbon dioxide, synthetic natural gas, synthetic methane from methanation, various hydrocarbons, for example alkanes according to the Fischer-Tropsch synthesis or alkenes or alkynes, for example methane, ethane, propane, butane, aldehydes, for example from the oxosynthesis , Ketones, carboxylic acids such as formic acid and acetic acid, ammonia, amine compounds, nitric acid, fuels T, alcohols such as methanol MeOH, ethanol, as well as raw materials for the unit 10 for the production of renewable energy, such as in biomass power plants contain.
  • synthesis gas SG carbon monoxide, carbon dioxide, synthetic natural gas, synthetic me
  • the air separation plant 1 with only slightly available energy from the unit 10 for generating renewable energy, for example, calm in the use of wind power plants off and supply the carburetor 2 instead with oxygen from a memory. It is also possible, with a surplus of renewable energy from the unit 10 for the production of renewable energy, this excess for the production of hydrogen and oxygen in the - optional - to use electrolysis unit 5, so that then optionally also hydrogen and oxygen can be stored.
  • Stored hydrogen can then also be provided to produce, for example, synthesis gas SG when, at low energy from the renewable energy unit 10, less hydrogen is generated in the - optional - electrolysis unit 5 and little or no water is added conventionally to the unit Water gas - shift reactor 3 is to be injected.
  • the type of storage is not limited, and there may be conventional storage, for example, tanks for gases and / or liquids or storage for solids. Also, multiple reservoirs for a reactant or product, such as oxygen, nitrogen, hydrogen, etc., may be present.
  • the memory in particular gas storage, valves for storing the starting materials and / or products may have.
  • the memories can thus also serve to catch the dynamics, for example as a result of the fluctuating energy from the unit 10 for generating renewable energy or the various inventories of educts or the demand for products.
  • the supply of oxygen can be ensured by an oxygen storage if the renewable energy from the unit 10 for generating renewable energy is not sufficient for operating the air separation plant 1 and / or the electrolysis unit 5, so that these two sinks can be additionally buffered before coal gasification in the gasifier 2 is required as in a conventional IGCC plant.
  • the various stores can be connected via various pipes, which are not restricted, for the transport of educts and / or products with the various plant components of the IGCC plant according to the invention, for example the air-laying plant 1 and / or the gasifier 2 and / or the water gas shift - Reactor 3 and / or the gas and steam plant 4 and / or the Electrolysis unit 5, be connected, which may also have different valves.
  • the air installation 1 and / or the gasifier 2 and / or the water gas shift reactor 3 and / or the gas and steam system 4 and / or the electrolysis unit 5 can be connected to one another via one or more pipes .
  • the unit 10 for generating renewable energy substances are generated, for example methane in biogas plants, as starting materials and / or products in the IGCC plant according to the invention, for example in a or more storage, or in other parts of the system, for example, when hydrogen is generated in the water gas shift reactor 3 or the gas and steam system 4, are introduced through pipes.
  • an IGCC plant according to the invention may also comprise a unit for the separation and / or storage of carbon dioxide, carbon dioxide being removed from the process and stored in reservoirs after production of the hydrogen in the water gas shift reactor, for example in exhausted gas and / or gas. or oil wells or other mining fields or aquifers through wells or wells.
  • the carbon dioxide is usually compressed and pumped into the deposits.
  • the pipeline to the storage sites can be made for example by means of pipelines or other pipelines, but also in tanks on various means of transport.
  • the deposition of carbon dioxide can be done for example via carbon dioxide absorber, from which the carbon dioxide can then be desorbed again later, for example, to be stored or to allow it to react in further reactions.
  • this carbon dioxide by a Rectisol compiler with methanol at about -40 ° C, a Selexol boulder with polyglycol ethers 4 ° C, a wash with a potassium carbonate solution, a pressurized water wash, or a lithium wash, reversible binding to carbon dioxide storing substances such as lithium silicate, etc. are removed.
  • carbon dioxide can also be removed together with the acid gas removal system in or after the water gas shift reactor 3 with the acid gases.
  • an IGCC plant according to the invention can additionally all other components or plant components, which in conventional
  • IGCC plants include, for example, gas purification systems / gas purification units and / or heat recovery systems / heat recovery units.
  • particles such as dust from coal or other material can be removed in a dust removal unit.
  • a desulfurization unit may also be present to remove sulfur, which may be present as an impurity in the raw and fuel RB, for example after gasification.
  • This sulfur can then also be used as raw material / starting material for further reactions, for example to elemental sulfur and / or sulfuric acid and / or to sulfates such as gypsum.
  • hydrogen sulfide from the water gas shift reactor 3 may be used with the acid gas removal equipment in certain embodiments for further reactions to the said sulfur containing compounds.
  • Such a control of the IGCC plant according to the invention can be carried out, for example, by a control unit according to the invention.
  • a control unit according to the invention controls the energy supply and / or the reactant and / or the product streams and / or the educt and / or the product storage within the IGCC plant according to the invention.
  • the controller may, in certain embodiments, align in the control logic SL with the market demand for particular products by, for example, integrating market models MM into the control software SSO and aligning them with the strategy ST of a trader / trader TR to also execute the investment to control the demand.
  • the control software SSO can have forecasts PR for the system, which can then also have an effect on the system control.
  • Such forecasts PR may also include forecasts of the availability of energy from the renewable energy unit 10, for example, wind power data from wind power plants or sunshine intensities at solar power plants.
  • the controller of the IGCC system according to the invention can also have a control device which can be provided as compensation regulator AR and ensures that the system is operated in the component and regulation-related limits to defects and / or Avoid faults on individual system components.
  • control system SSY for the individual plant parts and their connections, valves, etc., which monitors the system configuration AK, so their units, and manages.
  • the control software SSO can then send targets ZV to the control system SSY, which then controls individual units of the IGCC system accordingly via the unit control ES, and Control system SSY can also communicate the actual statuses IS of the respective units to the control software.
  • control software SSO then an adjustment of the individual units, also with regard to external conditions such as the availability of energy from the unit 10 for generating renewable energy or the storage levels in individual Edukt- and / or product storage, take place, the limiting action can be done so that then an adaptation of the controller to these conditions.
  • the control unit the power supply of individual plant parts of the IGCC plant, such as the air installation 1 and / or the carburetor 2 and / or the water gas shift reactor 3 and / or the gas and steam plant 4 and / or the electrolysis unit 5 and / or optionally also the renewable energy generating unit 10, for example for starting the renewable energy generating unit 10 in cases where it is required and / or the reactant and / or product streams to and / or of individual parts of the installation, for example the air-laying installation 1 and / or the gasifier 2 and / or the water-gas shift reactor 3 and / or the gas and steam installation 4 and / or the electrolysis unit 5 and / or optionally also the unit 10 for the production of renewable energy, control.
  • individual plant parts of the IGCC plant such as the air installation 1 and / or the carburetor 2 and / or the water gas shift reactor 3 and / or the gas and steam plant 4 and / or the electrolysis unit 5 and / or optionally also the renewable energy generating unit 10 for
  • IGCC plant chemical products can be produced as storage for renewable energy.
  • a carbonaceous and / or nitrogen-containing raw material or else several raw materials can be used as starting materials in the IGCC plant according to the invention or produced in the IGCC plant according to the invention as starting materials, for example in the air separation plant 1 and / or the carburetor 2 and / or the electrolysis unit 5.
  • nitrogen-containing raw material in this case, for example, both air itself, which contains nitrogen, and nitrogen can be regarded as such.
  • the crude and fuel RB comprises nitrogen-containing compounds in the gasifier, from which then, for example, the nitrogen can be removed.
  • Carbonaceous raw materials may include, for example, the possible fuels of the raw material and fuel RB for the gasifier 2, such as coal, including all types of coal, such as lignite and hard coal, petroleum coke, petroleum, natural gas, synthetic natural gas, refinery residues, organic wastes, plant products, or waste materials,
  • Sewage sludge, animal products or waste from the processing of carcasses, biomass or biofuel Sewage sludge, animal products or waste from the processing of carcasses, biomass or biofuel.
  • Another starting material in the process may also be water which is introduced into the water gas shift reactor 3 via the water injection.
  • the starting materials produced in the IGCC plant for example oxygen and / or hydrogen and / or carbon, as well as intermediates in the process, such as products resulting from the starting materials, which can be further reacted, can furthermore be considered, such as For example, carbon monoxide, carbon dioxide or hydrogen, but also other products such as ammonia or methane, which can be further reacted.
  • starting materials from, for example, the unit 10 for the production of renewable energy, such as gas products from a biogas plant are conceivable.
  • the raw materials and / or starting materials in the IGCC plant according to the invention are converted into products, for example synthesis gas SG, carbon monoxide, carbon dioxide, synthetic natural gas, synthetic methane, various hydrocarbons, for example alkanes according to the Fischer-Tropsch synthesis or alkenes or alkynes, in particular methane, ethane, propane, butane, aldehydes, for example from the oxosynthesis, ketones, carboxylic acids such as formic acid and acetic acid, ammonia, amine compounds, nitric acid, Propellants T, alcohols such as methanol MeOH, ethanol, etc. transferred.
  • products for example synthesis gas SG, carbon monoxide, carbon dioxide, synthetic natural gas, synthetic methane, various hydrocarbons, for example alkanes according to the Fischer-Tropsch synthesis or alkenes or alkynes, in particular methane, ethane, propane, butane, aldehydes, for example from the
  • These products can also be produced in the context of conventional production by a conventional IGCC plant with further reaction of the generated synthesis gas SG, but the products can also be obtained using the energy from the unit 10 for generating renewable energy - in contrast to a conventional IGCC plant, where the energy from the carburetor 2 and / or the gas and steam plant 4 comes.
  • the energy from the unit 10 for generating renewable energy can here for the air separation plant 1 and / or the carburetor 2 and / or the water gas shift reactor 3 and / or the gas and steam plant 4 and / or the electrolysis unit 5, depending on the availability of renewable energy, which for example may also be fluctuating, but in certain embodiments may also be constantly available.
  • the energy from the renewable energy generating unit 10 may be fluctuating, such that the IGCC plant of the present invention acts as a buffer for this fluctuating energy.
  • renewable energy from the renewable energy production unit 10 in the production of products and / or energy in the IGCC plant of the invention results in products or energy which, preferably completely, are based on this renewable energy and thus as " green, ie C0 2 -neutral, products and / or energy, which brings added value for the products and is also more environmentally compatible, for example, for green (C0 2 -neutral) methanol MeOH prices up to approx.
  • this C0 2 -neutral hydrogen can support the water gas shift process in the water gas shift reactor 3, so that less raw and fuel RB, such as coal , in the carburetor 2 is required.
  • An extension of the functional scope of a conventional IGCC plant thus finds, for example, with regard to the use of renewable energies, for example also in a large amount of more than 50%, preferably more than 75%, more preferably more than 90% and in particular, in certain Embodiments completely, as well as the generation of potentially C0 2 -neutral products instead. This also opens up new application possibilities and business fields for the operators of IGCC plants.
  • the buffering effect of the IGCC plant according to the invention against fluctuating energy from the renewable energy generating unit 10 it is also possible to achieve a buffering effect with respect to educts and / or products in the IGCC plant according to the invention, for example by different plant components of the IGCC plant depending on the energy input.
  • Plant such as the air separation plant 1 and / or the ser 2 and / or the electrolysis unit 5 for a certain time, for example until the renewed availability of more renewable energy or until exhaustion of an educt and / or product from one or more storage, reduced or not operated.
  • the air separation plant 1 and / or the ser 2 and / or the electrolysis unit 5 for a certain time, for example until the renewed availability of more renewable energy or until exhaustion of an educt and / or product from one or more storage, reduced or not operated.
  • Storage effect in the IGCC plant according to the invention are also seen in the fact that a raw material, such as a raw and fuel RB such as coal, at least partially by renewable energy in a higher-value material or a higher-value product with higher calorific value, for example methane or methanol MeOH, is converted.
  • a raw material such as a raw and fuel RB such as coal
  • a higher-value product with higher calorific value for example methane or methanol MeOH
  • the carburetor 2 may also be sized smaller because it is not essential to extract energy for operating the IGCC plant from the raw and fuel RB, for example, by gasification of larger size Amounts of raw and fuel RB used to generate more energy. This makes the IGCC system itself more efficient.
  • energy from the conventional combustion / gasification of the raw material and fuel RB for operating the IGCC plant can also be used, so that no renewable energy can be generated, for example when there is no wind when using wind power plants or at night or overcast when using solar power plants.
  • An IGCC plant according to the invention can be operated in different phases, depending, for example, on the energy supply from the unit 10 for generating renewable energy, the presence of an electrolysis unit 5 and / or the presence of stores for storage of educts and / or products:
  • the IGCC plant of the present invention can be operated in a conventional manner by raw and fuel gasification in the gasifier 2 and power generation in the gas and steam plant 4, so that the the air separation plant 1 required energy is also provided thereby.
  • power consumption may be reduced by, for example, throttling the generation of chemical products or optionally using stored educts from storage.
  • renewable energy is available on a regular basis, it may be used to operate the air separation plant, including, where appropriate, in conjunction with energy based on raw and fuel gasification. The production of chemical products can be done here to the normal extent.
  • an electrolysis unit 5 can be operated in addition to or instead of the air separation plant 1. In this case, even in the absence of an electrolysis unit 5, an excess of oxygen and / or hydrogen can be generated, which can then be stored.
  • the air separation plant 1 may be stopped and oxygen may be used from a reservoir in the gasifier 2, so that no energy is required for operating the air separation plant 1. If no stored oxygen is present, the IGCC system can also be operated in accordance with a conventional IGCC system.
  • an IGCC plant according to the invention can also be operated in other ways and can also be adapted to the wishes of customers, for example customers of the chemical products produced.
  • the IGCC plant according to the invention can become more complex, which requires a more complex control system with an improved control unit, which automatically ensures system control in certain embodiments.
  • Controllers are therefore also in certain embodiments, various sensors, for example, to measure the available renewable energy from the unit 10 for generating renewable energy and / or the efficiencies in the various parts of the system and / or inventories in the various storage and / or Substance transport streams required, which can also be detected by the control unit according to the invention and thus also lead to an automatic adjustment of the IGCC system by the control unit based on the data from the sensors. This can also be done by the computer program product according to the invention for controlling the IGCC system.
  • IGCC plant it is also possible to react to further fluctuations, for example in product production, for example of ammonia.
  • product production for example of ammonia.
  • the present invention comprises a computer program product, optionally a non-transitory computer program product, which is used in the control unit according to the invention for controlling the IGCC plant according to the invention.
  • the computer program product may include the control software SSO of the controller according to the invention.
  • the controller may be responsive to market demand for particular products, for example, by incorporating market models MM into the control software SSO and matching them with the strategy ST of a merchant TR by the computer program product to also plant according to demand to control.
  • the control software SSO may have forecasts PR for the plant, which may then also affect the plant control.
  • Such forecasts PR may also include forecasts of the availability of energy from the renewable energy unit 10, for example, wind data from wind power plants.
  • the control software SSO can create targets ZV for the entire plant or individual plant components and compare these with actual statuses IS from the control system SSY and thus coordinate the control in the system.
  • control software SSO may also communicate with a controller, which may be provided as a balancing controller AR, and ensures that the system is included in the component and regulatory limits are operated in order to avoid defects and / or malfunctions on individual plant components.
  • a controller which may be provided as a balancing controller AR, and ensures that the system is included in the component and regulatory limits are operated in order to avoid defects and / or malfunctions on individual plant components.
  • a compensation regulator AR can in certain embodiments also be integrated into a computer program product according to the invention.
  • FIGS. 2 and 3 the invention is illustrated by means of two exemplary IGCC systems, as shown in FIGS. 2 and 3, which, however, in no way limit the invention.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of an IGCC plant according to the invention which, in addition to an air separation plant 1, a gasifier 2, a water gas shift reactor 3 and a gas and steam plant 4, also has a unit 10 for generating renewable energy ,
  • the renewable energy generating unit 10 provides energy E, for example for the air separation plant 1, so that the oxygen introduced into the gasifier 2 is 0 2 C0 2 -neutral.
  • the nitrogen N 2 from the air separation plant 1 which can be used for example for a later production of ammonia, C0 2 -neutral.
  • the oxygen is converted in the gasifier 2 to carbon monoxide CO, which is converted in the water gas shift reactor 3 to synthesis gas SG comprising carbon dioxide and hydrogen.
  • This mixture can be used both to operate the gas and steam plant 4 and to produce chemical products such as methanol MeOH or fuels T, etc., or the synthesis gas SG and / or the hydrogen H 2 can be obtained as a product. Ammonia NH 3 can also be obtained as a product.
  • energy E from the gas and steam plants can also be provided as needed to operate the IGCC plant, this energy being reduced compared to a conventional IGCC plant.
  • the carbon dioxide before the gas and steam plant 4 can be removed from the synthesis gas SG and then stored later. be used again in the production of chemical products.
  • FIG. 3 shows an extension of the IGCC installation from FIG. 2 around an electrolysis unit 5, which can also be operated with the aid of the unit 10 for generating renewable energy.
  • Energy from the gas and steam plant 4 can also be used to operate the electrolysis unit 5.
  • From this electrolysis unit 5 it is additionally possible to provide oxygen for the gasifier 2, or even under certain conditions instead of the oxygen from the air separation plant.
  • hydrogen can be made available to the water gas shift reactor 3 from the electrolysis unit 5, so that under certain circumstances, no water injection into the water gas shift reactor 3 is required.
  • the hydrogen can be recovered from the electrolysis unit 5 as a product or used for the production of other chemical products such as ammonia, methane, fuels T, etc.
  • FIG. 4 shows an exemplary circuit diagram of a controller according to the invention.
  • the plant model AM comprises the entire plant GA in abstract form and is based both on forecasts PR for the entire plant, which act on the plant through an operations manager OM, as well as on the individual plant components, such as the production of chemical products and / or energy in the polygeneration PG and product scenarios PS therefor, the VergGung VG, for example, the degree of utilization AG, and the generator of electrical energy EE for plant operation, such as by the gas and steam plant 4 (abstract in the control software SSO as 4a) or the unit 10 to Generation of renewable energy in the control software SSO (abstract as 10a).
  • the control software SSO then sends targets ZV to the control system SSY, which then controls the respective unit controls ES accordingly and also reports the actual status IS to the control software SSO.
  • the control system SSY also reports the system configuration AK as configuration K.
  • control of FIG. 4 also has a compensation regulator AR, which regulates the system within predetermined limits by, for example, component-related and / or regulatory-related regulations, so that undisturbed system operation can be ensured.
  • the compensation controller AR sends coordination messages KN to the control software SSO to comply with these limits and receives protocol messages PN, which then serve to monitor the boundaries and form the basis of further coordination.
  • the functional scope is expanded in comparison to a conventional IGCC plant.
  • C0 2 -neutral "green" products can be obtained with the IGCC plant according to the invention
  • the IGCC plant according to the invention can be operated more efficiently and serve as a buffer against fluctuating energy supply from a unit for generating renewable energy. Installations, such as the carburetor, but also other parts of the plant, such as the air separation plant using an electrolysis unit, reduced.
  • the IGCC plant according to the invention can serve as a buffer for reactants and / or chemical products in the IGCC plant.

Landscapes

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft die Erweiterung des Funktionsumfangs einer sogenannten IGCC-Anlage (Integrated Gasification Combined Cycle-Anlage; kombinierter Prozess mit in- tegrierter Kohlevergasung) sowie eine modifizierte IGCC-Anlage. Mit dieser Erweiterung durch Integration in bzw. feste Zuordnung einer Einheit zur Erzeugung erneuerbarer Energie zur erfindungsgemäßen IGCC-Anlage wird eine Speicher- und Pufferwirkung der IGCC-Anlage in Bezug auf die erneuerbare Energie, die fluktuieren kann, wie auch die Stoffströme in der IGCC-Anlage erzielt.

Description

Beschreibung
Erweiterung des Funktionsumfangs einer Integrated Gasifi- cation Combined Cycle-Anlage
Die vorliegende Erfindung betrifft die Erweiterung des Funktionsumfangs einer sogenannten IGCC-Anlage (Integrated Gasi- fication Combined Cycle-Anlage; kombinierter Prozess mit integrierter Vergasung) sowie eine modifizierte IGCC-Anlage.
Stand der Technik
Zur effizienteren und umweltfreundlicheren Nutzung von Energie aus fossilen Brennstoffen werden heutzutage verschiedene Techniken angeboten, etwa das Oxyfuel -Verfahren oder die Verbrennung in einer Integrated Gasification Combined Cycle (IGCC) -Anlage .
So ermöglicht etwa eine IGCC-Anlage nicht nur eine Erhöhung des Wirkungsgrads bei der Verbrennung und die Verwendung minderwertiger Energieträger, indem der fossile Brennstoff durch substöchiometrische Verbrennung mit Sauerstoff und anschließendes Einbringen in einen Wassergas-Shift-Reaktor mittels Wasserdampf in Wasserstoff überführt wird, der dann zur Ener- gieerzeugung genutzt werden kann, sondern auch ein Verfahren zur Erzeugung einfacher chemischer Produkte aus den eingesetzten Edukten Sauerstoff, Wasser, Kohlenstoff und Stickstoff. Hierbei weist eine herkömmliche IGCC-Anlage im Allgemeinen zumindest eine Luftzerlegungsanlage zum Bereitstellen von Sauerstoff und Stickstoff, einen Vergaser zur Verbrennung der fossilen Brennstoffe, einen Wassergas -Shift -Reaktor mit einer Anlage zur Entfernung von Sauergasen wie Schwefelwasserstoff (acid gas removal unit) zur Erzeugung von Wasserstoff, und eine Gas- und Dampf -Anlage zur Erzeugung von elektrischer Energie aus der Prozesswärme bzw. der Verbrennung der Produkte, insbesondere Wasserstoff. Weiterhin kann eine solche IGCC-Anlage auch eine Einheit zur Bindung und Speicherung von Kohlenstoffdioxid (Carbon Capture and Storage, CCS) umfassen, wobei Kohlendioxid nach Erzeugung des Wasserstoffs im Wassergas -Shift -Reaktor mit einer Anlage zur Entfernung von Sauergasen wie Schwefelwasserstoff (im Folgenden auch Wassergas -Shift Reaktor genannt, soweit sich nichts anderes aus der Beschreibung ergibt) aus dem Prozess entfernt und gelagert wird.
Darüber hinaus ist es auch möglich, aus dem im Wassergas- Shift -Reaktor WSR (water gas shift reactor WGS) erzeugten Synthesegas SG chemische Produkte für den Verbrauch oder für die Erzeugung weiterer, gegebenenfalls komplexer chemischer Produkte zu erzeugen, beispielsweise Wasserstoff (compressed gaseous hydrogen, CGH, bzw. gaseous hydrogen, GH2 ) , Methanol MeOH, Treibstoffe T (fuel) , synthetisches Erdgas (synthetic natural gas SNG) , Ammoniak NH3 oder das Synthesegas SG selbst als Produkt für die Weiterverarbeitung zu verwenden.
Ein Beispiel einer herkömmlichen IGCC-Anlage ist in Figur 1 angegeben. Diese umfasst eine Luftzerlegungsanlage LZA (air Separation unit ASU) , einen Vergaser V (fuel gasification reactor FGR) , einen Wassergas -Shift -Reaktor WSR mit einer An- läge zur Entfernung von Sauergasen wie Schwefelwasserstoff, und eine Gas- und Dampf -Anlage GDA (combined cycle power plant CCPP) . Sauerstoff 02 (gaseous oxygen, GOX) aus der Luftzerlegungsanlage LZA und gegebenenfalls Wasserdampf werden in einer solchen IGCC-Anlage dem Vergaser V zugeführt, in dem diese dann mit einem Brennstoff B substöchiometrisch zu Rohsynthesegas RSG mit der Hauptkomponente Kohlenmonoxid CO umgesetzt werden. Das Kohlenmonoxid wird in einem Wassergas - Shift -Reaktor WSR mit Wasser, beispielsweise in Form von Wasserdampf, zu Synthesegas SG, das Kohlendioxid und große Men- gen Wasserstoff enthält, umgesetzt, das dann, gegebenenfalls nach Abtrennung von Kohlendioxid, in einer Gas- und Dampf - Anlage GDA zur Energieerzeugung verwendet wird. Die hierbei gewonnene Energie E wird dann auch teilweise zum Betreiben der Luftzerlegungsanlage LZA verwendet, da die Luftzerlegung ein energieintensiver Prozess ist, bei der Luft in Sauerstoff und Stickstoff sowie weitere Bestandteile getrennt wird. Das im Wassergas-Shift-Reaktor WSR hergestellte Synthesegas SG kann aber auch, gegebenenfalls in weiteren Reaktoren, zu chemischen Produkten umgesetzt werden, wie Wasserstoff H2, synthetischem Erdgas oder synthetischem Methan (synthetic natural gas SNG) , Methanol MeOH, oder Treibstoffen T. Mit dem Stickstoff N2 aus der Luftzerlegungsanlage LZA kann daneben auch Ammoniak NH3 (water free ammonia WFA bzw. liquid water free ammonia LWA) erzeugt werden. Auch ist die Verwendung des Synthesegases SG als Produkt selbst möglich. Ferner ist eine herkömmliche IGCC-Anlage beispielsweise aus der WO
2007/094908 A2 bekannt.
Es ist jedoch nach wie vor erforderlich, IGCC-Anlagen weiter zu optimieren und deren Funktionsumfang, auch im Hinblick auf umwelttechnische und energetische Aspekte, zu erweitern. Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
IGCC-Anlage mit erweitertem Funktionsumfang zur Verfügung zu stellen .
Gelöst wird diese Aufgabe durch die IGCC-Anlage gemäß An- spruch 1.
Eine erfindungsgemäße IGCC-Anlage umfasst eine Luftzerlegungsanlage 1, einen Vergaser 2, einen Wassergas-Shift- Reaktor 3 mit einer Anlage zur Entfernung von Sauergasen, und eine Gas- und Dampf -Anlage 4, wobei eine Einheit 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie vorgesehen ist, die, zumindest teilweise, Energie für den Betrieb der IGCC-Anlage bereitstellt . Eine erfindungsgemäße IGCC-Anlage zeichnet sich dadurch aus, dass sie rohstoffeffizienter ist, optional weniger nicht erneuerbaren Rohstoff, beispielsweise Roh- und Brennstoff RB für den Vergaser, verbraucht, die Kohlendioxidemission ver- ringern kann und auch effizienter betrieben werden kann mit Einsatz geringerer Mengen fossiler Energieträger pro erzeugter Menge von Endprodukt. Es ist somit auch eine Verkleinerung einzelner Anlagenteile und/oder der IGCC-Anlage insge- samt im Vergleich zu herkömmlichen IGCC-Anlagen möglich.
Zudem kann die erfindungsgemäße IGCC-Anlage als Speicher für erneuerbare Energie verwendet werden, beispielsweise indem chemische Produkte aus den eingesetzten Edukten erzeugt wer- den - als chemischer Speicher für erneuerbare Energie. Somit unterscheidet sich die erfindungsgemäße IGCC-Anlage von einem klassischen Speicher, bei der das zu Speichernde dem aus dem Speicher Entnommenen entspricht, wie beispielsweise in Erdöloder Erdgastanks oder in wieder aufladbaren Batterien. Die erfindungsgemäße IGCC-Anlage fungiert durch ihren Betrieb insgesamt auch als Speicher, da sie abhängig von der Zufuhr von Energie aus der Einheit 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie auf unterschiedliche Weise betrieben werden kann. Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße IGCC-Anlage auch als Puffer gegenüber den Energieschwankungen bei der erzeugten erneuerbaren Energie fungieren. Dies kann auch im Hinblick darauf vorteilhaft sein, dass keine oder verringerte Probleme mit der Netzstabilisierung im Energienetz, beispielsweise im Stromnetz wie bei der direkten Einspeisung fluktuierender
Energie, beispielsweise fluktuierenden Stroms aus erneuerbarer Energie auftreten können.
Weiterhin umfasst von der vorliegenden Erfindung sind eine Steuereinheit zum Steuern einer erfindungsgemäßen IGCC- Anlage, ein Verfahren zur Erzeugung chemischer Produkte als Speicher für erneuerbare Energie unter Verwendung der erfindungsgemäßen IGCC-Anlage, ein Computerprogrammprodukt zum Steuern einer erfindungsgemäßen IGCC-Anlage sowie die Verwen- dung der erfindungsgemäßen IGCC-Anlage als Speicher für fluktuierende erneuerbare Energien. Beschreibung der Figuren
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren im Detail erläutert, wobei diese Figuren den Umfang der Erfindung nicht einschränken sollen.
Figur 1 zeigt einen schematischen Aufbau einer herkömmlichen IGCC-Anlage. Figur 2 zeigt schematisch ein Beispiel einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen IGCC-Anlage.
Figur 3 zeigt schematisch ein weiteres Beispiel einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen IGCC-Anlage.
Figur 4 zeigt schematisch ein beispielhaftes Schaltbild einer erfindungsgemäßen Steuereinheit.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Eine erfindungsgemäße IGCC-Anlage weist, wie auch in den Ausführungsbeispielen gemäß Figuren 2 und 3 gezeigt, eine Luft- zerlegungsanlage 1, einen Vergaser 2, einen Wassergas -Shift - Reaktor 3 mit einer Anlage zur Entfernung von Sauergasen wie Schwefelwasserstoff (acid gas removal unit, AGR) , und eine
Gas- und Dampf -Anlage 4 auf. Zudem ist bei der erfindungsgemäßen IGCC-Anlage eine Einheit 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie in die IGCC-Anlage vorgesehen, die, zumindest teilweise, Energie für den Betrieb der IGCC-Anlage bereitstellt. In bestimmten Ausführungsformen ist die Einheit 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie in die erfindungsgemäße IGCC-Anlage integriert oder der IGCC-Anlage fest zugeordnet. Fest zugeordnet bedeutet hierbei, dass die in der Einheit 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie erzeugte Energie hauptsächlich, beispielsweise zu mehr als 50%, optional zu mehr als 75%, weiter optional zu mehr als 90% und bevorzugt vollständig, abgesehen von Verlusten, beispielsweise bei der Leitung, in die erfindungsgemäße IGCC-Anlage eingespeist wird. Die Ein- Speisung kann hierbei beispielsweise durch ein oder mehrere Kabel erfolgen. Eine Integration der Einheit 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie in die IGCC-Anlage erfolgt beispielsweise durch Verbindung mit einem weiteren Anlagenteil der IGCC- Anlage, beispielsweise der Luftzerlegungsanlage 1.
Bei der Anbindung der Einheit 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie im Rahmen einer festen Zuordnung kann hierbei zudem der Vorteil entstehen, dass nur das Kabel zur Anbindung der Einheit 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie an die weiteren Anlagenteile, beispielsweise die Luftzerlegungsanlage 1, den Wassergas-Shift-Reaktor 3 mit einer Anlage zur Entfernung von Sauergasen und/oder die - optionale - Elektrolyse-Einheit 5, die fluktuierende Energie, beispielsweise fluktuierenden Strom aus der erneuerbaren Energie transportiert, ohne dass diese fluktuierende Energie in das allgemeine Energienetz, beispielsweise das Stromnetz, eingespeist wird bzw. hierfür eine zusätzliche Puffereinheit zum Abfangen starker Schwankungen bei der Energiezufuhr erforderlich ist. Somit kann in solchen Ausführungsformen die erfindungsgemäße IGCC-Anlage als Puffer für die fluktuierende Energie aus der Einheit 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie fungieren. Dies kann in ähnlicher Weise auch bei der Integration einer Einheit 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie in die erfindungsgemäße IGCC- Anlage der Fall sein, da auch hier die Schwankungen bei der Erzeugung der erneuerbaren Energie von den Anlagenteilen abgefangen werden können und diese fluktuierende Energie somit nicht in das allgemeine Energienetz abgegeben wird. Somit sind auch hier keine Puffereinheiten erforderlich.
Die Einheit 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie bzw. regenerativer Energie ist im Rahmen der Erfindung nicht beschränkt, und es können eine oder mehrere Einheiten 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie in die erfindungsgemäße IGCC- Anlage integriert oder der IGCC-Anlage fest zugeordnet sein. Beispiele von Einheiten 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie umfassen Solaranlagen und Solarzellen bzw. Photovoltaikanla- gen, Solarthermik-Anlagen, Thermikanlagen, Wasserkraftwerke, Laufwasserkraftwerke , Windkraftwerke, Geothermieanlagen, Anlagen zur Erzeugung von Bioenergie aus Biomasse und Gezeitenkraftwerke. Im Rahmen der Erfindung ist es auch denkbar, dass mehrere, gleiche oder verschiedene Einheiten 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie verwendet werden. Auch ist es denkbar, dass eine oder mehrere Einheiten 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie die Energie nur an eine Einheit der erfindungsgemäßen IGCC-Anlage, beispielsweise die Luftzerlegungsanlage 1, den Wassergas -Shift -Reaktor 3 mit einer Anlage zur Entfernung von Sauergasen oder die - optionale - Elektrolyse -Einheit 5, oder an mehrere Einheiten der erfindungsgemäßen IGCC-Anlage, beispielsweise die Luftzerlegungsanlage 1 und den Wassergas- Shift -Reaktor 3 mit einer Anlage zur Entfernung von Sauergasen, die Luftzerlegungsanlage 1 und die - optionale - Elekt- rolyse-Einheit 5 oder die Luftzerlegungsanlage 1, den Wasser- gas-Shift-Reaktor 3 mit einer Anlage zur Entfernung von Sauergasen und die - optionale - Elektrolyse-Einheit 5 liefern. Energie wird hierbei im Wassergas -Shift -Reaktor 3 mit einer Anlage zur Entfernung von Sauergasen beispielsweise zum Hei- zen des Gasgemisches beim reversiblen Wassergas-Shift benötigt, um ein Auskühlen des Reaktors zu verhindern.
Bevorzugt stellt die Einheit 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie bei voller Belastung zumindest die Energie E zur Ver- fügung, die zum Betreiben der Luftzerlegungsanlage 1 bei voller Auslastung der IGCC-Anlage hinsichtlich der Vergasung des fossilen Roh- und Brennstoffs RB, beispielsweise bei Ausnutzen der maximalen Kapazität an fossilem Roh- und Brennstoff RB, erforderlich ist. Somit kann gewährleistet werden, dass bei optimaler Energieerzeugung in der Einheit 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie die Luftzerlegungsanlage 1 keine weitere Energie aus der Kohlevergasung benötigt, wie dies bei herkömmlichen IGCC-Anlagen der Fall ist. Darüber hinaus kann die Einheit 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie auch Energie E an andere Anlagenteile der erfindungsgemäßen IGCC-Anlage liefern, beispielsweise zur Verwendung in Pumpen und/oder Verdichtern, oder zur Verwendung in einer - optionalen - Elektrolyse-Einheit, oder zum Betrieb elektrischer Heizungen im Prozess oder Begleitheizungen zur Erwärmung von Rohrleitungen, zur Erzeugung von Licht und Wärme in Gebäuden, zum Betrieb anderer elektrochemischer Reaktionen.
Die Luftzerlegungsanlage 1 kann zur Bereitstellung von Sauerstoff 02 und/oder zur Bereitstellung von Stickstoff N2 (gase- ous nitrogen, GAN) für die Synthese chemischer Produkte aus dem Synthesegas SG, beispielsweise auch Ammoniak NH3, verwen- det werden. Hierbei ist die Art der Luftzerlegungsanlage 1 in keiner Weise beschränkt, und es können beispielsweise die gewöhnlich in IGCC-Anlagen verwendeten Luftzerlegungsanlagen verwendet werden. Diese Luftzerlegungsanlagen erfordern in der Regel jedoch eine große Menge an Energie, um Stickstoff und Sauerstoff sowie die weiteren Bestandteile der Luft durch Kompression und nachfolgendes Abkühlen zu trennen, damit diese Bestandteile, so erforderlich, der IGCC-Anlage zur Verfügung stehen. Aus diesem Grunde kann es in bestimmten Ausführungsformen vorteilhaft sein, einen Teil der benötigten Ener- gie oder die gesamte benötigte Energie der Luftzerlegungsanlage 1 durch die Einheit 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie zur Verfügung zu stellen, um somit den Bedarf an dieser Energie aus anderen, nicht erneuerbaren Quellen, beispielsweise aus der Vergasung und/oder der Energieerzeugung, bei- spielsweise Stromerzeugung, aus der Gas- und Dampf-Anlage 4 herabzusetzen bzw. zu minimieren und optional auf Null zu senken. In bestimmten Ausführungsformen können auch weitere Luftbestandteile, die in der Luftzerlegungsanlage 1 erhalten werden, in der erfindungsgemäßen IGCC-Anlage Verwendung fin- den, beispielsweise Kohlendioxid C02. Kohlendioxid aus der Luftzerlegungsanlage 1 kann hierbei beispielsweise in den Wassergas -Shift-Reaktor 3 und/oder zur Herstellung von Produkten verwendet werden, so dass die Erzeugung von Kohlenmo- noxid CO im Vergaser 2 und/oder Kohlendioxid im Wassergas - Shift -Reaktor 3 herabgesetzt oder vermieden werden kann.
Der Art des Vergasers 2 in einer erfindungsgemäßen IGCC- Anlage ist wie bei der Luftzerlegungsanlage 1 in keiner Weise beschränkt, und es können beispielsweise die in gewöhnlichen IGCC-Anlagen verwendeten Vergaser für die erfindungsgemäße IGCC-Anlage verwendet werden. Als Roh- und Brennstoff RB für den Vergaser 2 kommen im Rahmen der Erfindung sämtliche Brennstoffe in Betracht, die eine Kohlenstoffquelle aufweisen und vergast werden können. Beispielsweise können Kohle, umfassend sämtliche Kohlensorten wie Braunkohle und Steinkohle, Petrolkoks, Erdöl, Erdgas, synthetisches Erdgas, Raffinerierückstände, organische Abfallstoffe, Pflanzenprodukte oder -abfallstoffe, Klärschlämme, Tierprodukte oder Abfälle aus der Verarbeitung von Tierkörpern, Biomasse oder Biosprit als Roh- und Brennstoff RB verwendet werden. Auch können Gemische dieser Brennstoffe verwendet werden. Bevorzugt sind Brennstoffe auf Kohlenstoff - basis. Bevorzugt ist zudem, nicht reine Kohlenwasserstoffe bzw. Kohlenwasserstoffgemische zu verwenden.
In der erfindungsgemäßen IGCC-Anlage kann der Kohlenstoff im Vergaser substöchiometrisch, also mit Sauerstoffunterschuss im Vergleich zur vollständigen Vergasung von Kohlenstoff zu Kohlendioxid, vergast werden, so dass Kohlenmonoxid bei der Vergasung entsteht. Es ist jedoch auch möglich, dass bei der Vergasung der Kohlenstoff zu Kohlendioxid vergast wird, wenn Kohlendioxid in der IGCC-Anlage, beispielsweise bei der Erzeugung chemischer Produkte wie Carbonsäuren, benötigt wird oder als Produkt erzeugt werden soll. Auch kann Kohlendioxid für Inertisierungsprozesse verwendet werden, wie sie beispielsweise in EP 2 326 171 A2 beschrieben sind. Beispiels- weise kann das Kohlendioxid in feuchte Biomasse eingeblasen werden, um diese zu trocknen und gleichzeitig vor Fäulnisprozessen und Schädlingsbefall durch Mikroben, Insekten oder Säugetiere zu schützen. Das Kohlendioxid kann hierbei das Wasser aus der feuchten Biomasse entfernen und die Biomasse gleichzeitig stabilisieren. Dies kann in bestimmten Ausführungsformen vorteilhaft sein, in denen die Einheit 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie mit Biomasse betrieben wird, o- der in denen das Kohlendioxid aus einer Sauergaswäsche anfällt.
Der Wassergas -Shift -Reaktor 3 mit einer Anlage zur Entfernung von Sauergasen ist wie die Luftzerlegungsanlage 1 und der Vergaser 2 in der Art des Reaktors nicht beschränkt, und es können beispielsweise alle in IGCC-Anlagen sowie in Synthesegas SG verarbeitenden Reaktoren verwendete Wassergas-Shift- Reaktoren mit einer Anlage zur Entfernung von Sauergasen ver- wendet werden. Der Wassergas -Shift -Reaktor 3 kann hierbei mit einer Anlage zur Entfernung von Sauergasen, wie Schwefelwasserstoff, integriert sein, oder die Anlage zur Entfernung von Sauergasen kann vom Wassergas -Shift -Reaktor getrennt sein und sich an diesen, beispielsweise direkt, anschließen. Sauerga- se, die entfernt werden, sind dem Fachmann bekannt und umfassen beispielsweise Schwefelwasserstoff, der als Katalysatorgift für die in der anschließende Erzeugung chemischer Produkte verwendeten Katalysatoren wirkt, oder auch andere Gase wie Ammoniak oder Cyanwasserstoff HCN, die je nach Betrieb der IGCC-Anlage auftreten können. Üblicherweise kann der Wassergas -Shift -Reaktor 3 mit einer Anlage zur Entfernung von Sauergasen (im Folgenden auch als Wassergas-Shift-Reaktor 3 bezeichnet, so sich nichts anderes ergibt) eine Wasserzufuhr zur Zufuhr von Wasser, beispielsweise Wasserdampf, aufweisen, um das Synthesegas SG im Wassergas-Shift-Reaktor 3 durch Reaktion zu erzeugen. Wasserdampf kann hierbei beispielsweise aus einer Dampfturbine einer Gas- und Dampf -Anlage 4 stammen. Im Synthesegas SG kann beispielsweise das zuvor erzeugte Koh- lenmonoxid mit dem Wasser zu Kohlendioxid und Wasserstoff H2 umgesetzt werden. In einigen Ausführungsformen ist es auch möglich, dass weniger oder kein Wasser zugeführt wird, beispielsweise wenn dem Wassergas-Shift-Reaktor 3 direkt Wasserstoff aus einer - optionalen - Elektrolyse-Einheit 5 zugeführt wird. In solchen Ausführungsformen ist es dann auch möglich, geringere Mengen an Rohbrennstoff RB zu vergasen. Es ist auch möglich, Kohlenmonoxid in dem Vergaser 2 zu erzeugen, dieses im Wassergas-Shift-Reaktor 3 mit Wasserstoff aus der - optionalen - Elektrolyse-Einheit 5 zu mischen und die- ses Gemisch dann zu trennen, so dass beispielsweise auch Koh- lenmonoxid als Edukt für die Erzeugung chemischer Produkte in der IGCC-Anlage, beispielsweise Aldehyde, bereitgestellt werden kann. Ebenso ist es möglich, nur Kohlenmonoxid zu erzeu- gen und dieses ohne Mischen zur Erzeugung chemischer Produkte zu verwenden.
Auch die Wasserzufuhr für den Wassergas-Shift-Reaktor 3 kann mit Energie aus der Einheit 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie betrieben werden, so erforderlich.
In der Gas- und Dampf -Anlage 4 wird aus dem erzeugten Synthesegas SG bzw. nach einer - optionalen - Abscheidung von Kohlendioxid aus Wasserstoff Energie erzeugt. Als Gas- und Dampf-Anlage 4 kommen generell alle Arten gewöhnlicher Gas- und Dampf -Anlagen in Betracht. Weiterhin können auch andere Anlagen zur Energieerzeugung anstelle einer Gas- und Dampf - Anlage verwendet werden, jedoch geht dies meist mit einer Verschlechterung der Effizienz einher, so dass dies nicht be- vorzugt ist. In einer Gas- und Dampf -Anlage können gewöhnlich eine oder mehrere Gasturbinen sowie eine oder mehrere Dampferzeuger, beispielsweise Abhitzekessel, und Dampfturbinen sowie Generatoren vorhanden sein, die zur Energieerzeugung, beispielsweise Stromerzeugung, sowohl aus der Gasturbine als auch nach der Dampferzeugung durch die Abwärme der Gasturbine in der Dampfturbine dienen. Die Gas- und Dampf -Anlage 4 kann Energie E sowohl zur Einspeisung ins Energienetz als auch zum Betreiben einzelner Anlagenteile der erfindungsgemäßen IGCC- Anlage, beispielsweise der Luftzerlegungsanlage 1 und/oder des Wassergas -Shift -Reaktors 3 mit einer Anlage zur Entfernung von Sauergasen und/oder der - optionale - Elektrolyse - Einheit 5, bei reduziertem Energieeintrag aus der Einheit 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie, bereitstellen. Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße IGCC-Anlage in bestimmten Ausführungsformen eine Elektrolyse-Einheit 5 aufweisen, in der beispielsweise aus Wasser Wasserstoff H2 und Sauerstoff 02 erzeugt werden. Diese Elektrolyse-Einheit 5 kann in verschiedenen Ausführungsformen auch mit der Einheit 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie betrieben werden. In der Elektrolyse-Einheit 5 kann sowohl Sauerstoff für den Vergaser 2 als auch Wasserstoff, beispielsweise für den Wassergas- Shift -Reaktor 3 oder zur Erzeugung von Kohlenwasserstoffen aus im Wassergas -Shift -Reaktor 3 hergestelltem Kohlendioxid, bereitgestellt werden, so dass in bestimmten Ausführungsformen auch die Zugabe von Sauerstoff aus der Luftzerlegungsanlage 1 und/oder die Zugabe von Wasser H20 durch die Wasserzu- fuhr im Wassergas-Shift-Reaktor 3 verringert oder vermieden werden kann, und in diesen Ausführungsformen dann auch die Energie aus der Einheit 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie nur in vermindertem Ausmaß oder auch in einigen Ausführungs - formen überhaupt nicht zum Betreiben der Luftzerlegungsanlage 1 und/oder dem Wassergas -Shift -Reaktor 3 verwendet werden kann. In bestimmten Ausführungsformen ist es bevorzugt, dass die erfindungsgemäße IGCC-Anlage eine Elektrolyse -Einheit 5 aufweist . In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen kann die Elektrolyse-Einheit 5 sehr schnell gestartet, d.h. hochgefahren werden, beispielsweise innerhalb eines Zeitraums von bis zu 50 s, aber auch im Bereich von mehreren Minuten, beispielsweise 5 oder 10 Minuten oder 15 Minuten, bis hin zu einer halben Stunde in bestimmten Fällen, um rasch auf Schwankungen in der Energieversorgung aus der Einheit 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie reagieren zu können, wie dies beispielsweise mit einer Elektrolyse mit Protonen-Austausch-Membran (PEM, proton exchange membrane, polymer electrolyte membrane) , oder der konventionellen alkalischen atmosphärischen Elektrolyse oder Druckelektrolyse möglich ist. So treten solche Energieschwankungen beispielsweise bei der Verwendung von Windenergie in der Einheit 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie, wie vorstellbar etwa bei Stürmen, auch teilweise erst im Bereich von mehreren Minuten auf. In bestimmten Ausführungsformen sind jedoch auch Elektrolysen mit langsamerer Zeit zum Starten, wie beispielsweise bei bestimmten Arten der Festoxid- Elektrolyse (solid oxide electrolysis) , ausreichend, etwa im Bereich einiger Minuten bis hin zu mehreren Stunden. Solche langsameren Elektrolyse-Einheiten erreichen hierbei eine Erhöhung der Gesamtleistung, die von der Einheit aufgenommen werden kann, sind jedoch nicht so gut geeignet, schnelle Fluktuationen in der Energie abzufangen, so dass hierbei dann die Fluktuationen aus der Einheit 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie in erster Linie von der Luftzerlegungsanlage 1 abgefangen werden können. Bei einer schnellen Elektrolyse, die im Millisekundenbereich steuerbar ist, kann beispielsweise dann auch die Aufnahme elektrischer Energie aus erneuerbaren Quellen und die damit verbundene Sauerstofferzeugung in der Elektrolyse -Einheit 5 im Millisekundenbereich gesteuert werden, was eine Steuerung des Eintrags beispielsweise in den Vergaser 2 ermöglicht wenn dieser nur aus der Elektrolyse-Einheit 5 mit Sauerstoff versorgt wird, aber auch wenn dieser zusätzlich aus der Elektrolyse-Einheit 5 neben der Luftzerlegungsanlage 1 versorgt wird. Bei einer großen Verfügbarkeit von erneuerbarer Energie kann es auch möglich sein, die SauerstoffVersorgung aus der Elektrolyse-Einheit 5 zu gewährleisten, so dass dann beispielsweise auch die Luftzerlegungsanlage 1 heruntergefahren werden kann, oder Sauerstoff für eine Flüssig-Sauerstoff - Speicher produziert wird, in dem Sauerstoff zwischengespei - chert wird. Auch kann in bestimmten Ausführungsformen bei Anwesenheit einer Elektrolyse-Einheit 5 die Luftzerlegungsanlage skaliert, d.h. verkleinert werden.
Da in bestimmten Ausführungsformen zwei Anlagenteile zur Er- zeugung von Sauerstoff vorhanden sind, kann man sich das Verfahren in der erfindungsgemäßen IGCC-Anlage auch als zweistufigen Atmungsprozess vorstellen, bei der eine Senke die Luftzerlegungsanlage 1 und eine andere Senke die Elektrolyse- Einheit 5 darstellt, die beide mit erneuerbarer Energie be- trieben werden können. Je nach Verfügbarkeit an erneuerbarer Energie aus der Einheit 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie kann hierbei auch die SauerstoffVersorgung aus nur einer Einheit erfolgen oder auch die SauerstoffVersorgung durch Ver- wenden der Energie aus der Vergasung im Vergaser 2 und die anschließende Energieerzeugung in der Gas- und Dampf -Anlage 4 aufrechterhalten werden. Es ist weiterhin auch denkbar, dass der Sauerstoff aus der
Luftzerlegungsanlage 1 und/oder der Elektrolyse-Einheit 5 zur Erzeugung chemischer Produkte, beispielsweise bei einer Oxi- dation, oder zur Verbrennung von Wasserstoff zur Energieerzeugung, beispielsweise in der Gas- und Dampf -Anlage 4, ver- wendet wird.
Weiterhin kann die IGCC-Anlage verschiedene Speicher zum Speichern von Edukten, beispielsweise Sauerstoff und/oder Wasserstoff und/oder Stickstoff und/oder Roh- und Brennstoff RB, beispielsweise Kohlenstoff, sowie weiterer Edukte, wie beispielsweise Wasser, auch für Kühlwasser, sowie Produkten, beispielsweise Synthesegas SG, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, synthetisches Erdgas, synthetisches Methan aus Methanisie- rung, verschiedene Kohlenwasserstoffe, beispielsweise Alkane gemäß der Fischer-Tropsch-Synthese oder Alkene oder Alkine, beispielsweise Methan, Ethan, Propan, Butan, Aldehyde, beispielsweise aus der Oxosynthese, Ketone, Carbonsäuren wie Ameisensäure und Essigsäure, Ammoniak, Amin-Verbindungen, Salpetersäure, Treibstoffe T, Alkohole wie beispielsweise Me- thanol MeOH, Ethanol, sowie Rohstoffen für die Einheit 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie, wie beispielsweise bei Biomassekraftwerken, enthalten. Mit Hilfe dieser Speicher kann es dann möglich sein, einzelne Teile der erfindungsgemäßen IGCC-Anlage abzuschalten, ohne dass die IGCC-Anlage selbst stillgelegt werden muss. So ist es beispielsweise möglich, die Luftzerlegungsanlage 1 bei nur gering verfügbarer Energie aus der Einheit 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie, beispielsweise bei Windstille bei der Verwendung von Windkraftwerken, abzustellen und den Vergaser 2 anstelle dessen mit Sauerstoff aus einem Speicher zu versorgen. Auch ist es möglich, bei einem Überschuss an erneuerbarer Energie aus der Einheit 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie diesen Überschuss zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff in der - optionalen - Elektrolyse-Einheit 5 zu verwenden, so dass dann gegebenenfalls auch Wasserstoff und Sauerstoff gespeichert werden können. Gespeicherter Wasserstoff kann dann auch zur Herstellung von beispielsweise Synthesegas SG bereitgestellt werden, wenn bei geringer Energie aus der Einheit 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie weniger Wasserstoff in der - optionalen - Elektrolyse -Einheit 5 erzeugt wird und kein oder nur wenig Wasser nach herkömmlicher Art in den Wassergas - Shift -Reaktor 3 eingespritzt werden soll. Die Art der Spei- eher ist nicht beschränkt, und es können übliche Speicher, beispielsweise Tanks für Gase und/oder Flüssigkeiten oder auch Speicher für Feststoffe, vorhanden sein. Auch können mehrere Speicher für ein Edukt oder ein Produkt, beispielsweise Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff, etc., vorhanden sein. Ebenso können die Speicher, insbesondere Gasspeicher, Ventile zur Speicherung der Edukte und/oder Produkte aufweisen .
Die Speicher können somit auch zum Abfangen der Dynamik, bei- spielsweise infolge der fluktuierenden Energie aus der Einheit 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie oder der verschiedenen Vorräte an Edukten oder der Nachfrage nach Produkten, dienen. Beispielsweise kann durch einen SauerstoffSpeicher die Versorgung mit Sauerstoff gewährleistet werden, wenn die erneuerbare Energie aus der Einheit 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie nicht zum Betreiben der Luftzerlegungsanlage 1 und/oder der Elektrolyse-Einheit 5 ausreicht, womit diese beiden Senken zusätzlich abgepuffert werden können, bevor eine Energieerzeugung aus der Kohlevergasung im Vergaser 2 wie in einer herkömmlichen IGCC-Anlage erforderlich wird.
Die verschiedenen Speicher können über verschiedene Rohre, die nicht beschränkt sind, zum Transport von Edukten und/oder Produkten mit den verschiedenen Anlagenteilen der erfindungs- gemäßen IGCC-Anlage, beispielsweise der Luftverlegungsanlage 1 und/oder dem Vergaser 2 und/oder dem Wassergas-Shift- Reaktor 3 und/oder der Gas- und Dampf -Anlage 4 und/oder der Elektrolyse-Einheit 5, verbunden sein, die auch verschiedene Ventile aufweisen können.
Ebenso sind die verschiedenen Anlagenteile der erfindungsge- mäßen IGCC-Anlage, soweit erforderlich, über verschiedene
Rohre verbunden, wie dies bei herkömmlichen IGCC-Anlagen der Fall ist. Beispielsweise können die Luftverlegungsanlage 1 und/oder der Vergaser 2 und/oder der Wassergas -Shift -Reaktor 3 und/oder die Gas- und Dampf -Anlage 4 und/oder die Elektro- lyse-Einheit 5 über ein oder mehrere Rohre miteinander verbunden sein. Es ist auch möglich, dass in bestimmten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen IGCC-Anlage in der Einheit 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie Stoffe erzeugt werden, beispielsweise Methan in Biogas -Anlagen, die als Edukte und/oder Produkte in die erfindungsgemäße IGCC-Anlage, beispielsweise in einen oder mehrere Speicher, oder auch in andere Anlagenteile, beispielsweise wenn Wasserstoff erzeugt wird in den Wassergas-Shift-Reaktor 3 oder die Gas- und Dampf -Anlage 4, durch Rohre eingebracht werden.
Darüber hinaus kann eine erfindungsgemäße IGCC-Anlage auch eine Einheit zur Abscheidung und/oder Speicherung von Kohlendioxid umfassen, wobei Kohlendioxid nach Erzeugung des Wasserstoffs im Wassergas-Shift-Reaktor aus dem Prozess entfernt und in Lagerstätten gelagert wird, beispielsweise in erschöpften Gas- und/oder Erdölquellen oder sonstigen Abbaufeldern oder Grundwasserleiter (Aquifer) durch Bohrlöcher oder Schächte. Hierbei wird das Kohlendioxid gewöhnlich verdichtet und in die Lagerstätten gepumpt . Die Leitung zu den Lager- Stätten kann beispielsweise mittels Pipelines oder sonstigen Rohrleitungen erfolgen, aber auch in Tanks auf verschiedenen Beförderungsmitteln. Die Abscheidung des Kohlendioxids kann beispielsweise über Kohlendioxidabsorber erfolgen, aus denen das Kohlendioxid dann später wieder desorbiert werden kann, um beispielsweise gelagert zu werden oder dieses in weiterführenden Reaktionen reagieren zu lassen. Beispielsweise kann hierbei Kohlendioxid durch ein Rectisolverfahren mit Methanol bei etwa -40°C, ein Selexolverfahren mit Polyglycolethern bei ca. 4°C, ein Wäsche mit einer Kaliumcarbonatlösung, eine Druckwasserwäsche, oder eine Lithiumwäsche, reversible Bindung an Kohlendioxid speichernde Stoffe wie Lithiumsilikat, etc. entfernt werden. In bestimmten Ausführungsformen kann auch Kohlendioxid mit der Anlage zur Entfernung von Sauergasen im oder nach dem Wassergas-Shift-Reaktor 3 mit den Sauergasen zusammen entfernt werden.
Zudem kann eine erfindungsgemäße IGCC-Anlage zusätzlich alle weiteren Bauteile oder Anlagenteile, die in herkömmlichen
IGCC-Anlagen Verwendung finden, umfassen, beispielsweise Gasreinigungssysteme/Gasreinigungseinheiten und/oder Wärmerückgewinnungssysteme/Wärmerückgewinnungseinheiten. So können beispielsweise Partikel wie etwa Staub aus Kohle oder einem anderen Material in einer Staubentfernungseinheit entfernt werden. Weiterhin kann auch eine Entschwefelungseinheit vorhanden sein, um Schwefel, der als Verunreinigung im Roh- und Brennstoff RB enthalten sein kann, beispielsweise nach der Vergasung zu entfernen. Dieser Schwefel kann dann auch als Rohstoff/Edukt für weiterführende Reaktionen, beispielsweise zu elementaren Schwefel und/oder Schwefelsäure und/oder zu Sulfaten wie Gips, verwendet werden. Ebenso kann Schwefelwasserstoff aus dem Wassergas-Shift-Reaktor 3 mit der Anlage zur Entfernung von Sauergasen in bestimmten Ausführungsformen für weiterführende Reaktionen zu den genannten schwefelhaltigen Verbindungen verwendet werden. Daneben können auch andere Verunreinigungen aus dem Roh- und Brennstoff RB oder aus der Luft beispielsweise vor und/oder nach der Luftzerlegungsanlage 1 und/oder nach dem Vergaser 2 oder aus dem Synthesegas SG im und/oder nach dem Wassergas-Shift-Reaktor 3 entfernt werden durch entsprechende Reinigungssysteme/Reinigungseinheiten. Die in den Wärmerückgewinnungssystemen gewonnene Wärme kann beispielsweise im Vergaser 2 und/oder im Wassergas-Shift-Reaktor 3 zum Heizen des Gemi- sches und/oder in der Gas- und Dampf -Anlage 4, beispielsweise bei der Dampferzeugung, verwendet werden. Durch die Erweiterung des Funktionsumfangs einer IGCC-Anlage mit Hilfe der erfindungsgemäßen IGCC-Anlage kann eine komplexere IGCC-Anlage im Vergleich zu herkömmlichen IGCC-Anlagen erhalten werden. Diese Zunahme an Komplexität bedarf in be- stimmten Ausführungsformen daher auch einer zunehmend komplexeren Anlagensteuerung. Eine solche Steuerung der erfindungs- gemäßen IGCC-Anlage kann beispielsweise durch eine erfindungsgemäße Steuereinheit erfolgen. Insbesondere steuert eine erfindungsgemäße Steuereinheit die Energieversorgung und/oder die Edukt- und/oder die Produktströme und/oder die Edukt- und/oder die Produktspeicherung innerhalb der erfindungsgemäßen IGCC-Anlage. Die Steuerung kann sich in bestimmten Ausführungsformen in der Steuerungslogik SL an der Marktnachfrage nach bestimmten Produkten ausrichten, indem beispielsweise Marktmodelle MM in der Steuerungs-Software SSO integriert werden und diese mit der Strategie ST eines Traders/Händlers TR abgeglichen werden, um die Anlage auch gemäß der Nachfrage zu steuern. Zudem kann die Steuerungs-Software SSO Prognosen PR für die Anlage aufweisen, die dann ebenfalls auf die Anla- gensteuerung einwirken können. Solche Prognosen PR können auch Prognosen über die Verfügbarkeit an Energie aus der Einheit 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie umfassen, beispielsweise anhand von Winddaten bei Windkraftwerken oder anhand von Sonnenscheinintensitäten bei Solarkraftwerken. Neben der Steuerungs- Software SSO kann die Steuerung der erfindungsgemäßen IGCC-Anlage auch eine Kontrolleinrichtung aufweisen, die als Ausgleichs-Regler AR bereitgestellt sein kann und dafür sorgt, dass die Anlage in den bauteil- und vorschriftenbedingten Grenzen betrieben wird, um Defekte und/oder Störungen an einzelnen Anlagenteilen zu vermeiden.
Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Steuerung in bestimmten Ausführungsformen auch ein Steuerungs-System SSY für die einzelnen Anlagenteile und deren Verbindungen, Ventile, etc. auf, die die Anlagenkonfiguration AK, also deren Einhei- ten, überwacht und verwaltet. Die Steuerungs-Software SSO kann hierbei dann Zielvorgaben ZV an das Steuerungs-System SSY senden, das dann einzelne Einheiten der IGCC-Anlage über die Einheiten-Steuerung ES entsprechend steuert, und das Steuerungs -System SSY kann zudem die Ist -Stände IS der jeweiligen Einheiten an die Steuerungssoftware mitteilen. In der Steuerungs-Software SSO kann dann ein Abgleich der einzelnen Einheiten, auch im Hinblick auf äußere Gegebenheiten wie die Verfügbarkeit von Energie aus der Einheit 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie oder die Speicherstände in einzelnen Edukt- und/oder Produktspeichern, erfolgen, die limitierend Wirken können, so dass dann eine Anpassung der Steuerung an diese Gegebenheiten erfolgen kann.
In bestimmten Ausführungsformen kann die erfindungsgemäße Steuereinheit die Energieversorgung einzelner Anlagenteile der IGCC-Anlage, beispielsweise der Luftverlegungsanlage 1 und/oder des Vergasers 2 und/oder des Wassergas -Shift- Reaktors 3 und/oder der Gas- und Dampf -Anlage 4 und/oder der Elektrolyse-Einheit 5 und/oder gegebenenfalls auch der Einheit 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie, beispielsweise zum Starten der Einheit 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie in Fällen, in denen dies erforderlich ist, und/oder die Edukt- und/oder die Produktströme zu und/oder von einzelnen Anlagenteilen, beispielsweise der Luftverlegungsanlage 1 und/oder dem Vergaser 2 und/oder dem Wassergas -Shift -Reaktor 3 und/oder der Gas- und Dampf -Anlage 4 und/oder der Elektrolyse-Einheit 5 und/oder gegebenenfalls auch der Einheit 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie, steuern.
Mit der erfindungsgemäßen IGCC-Anlage können chemische Produkte als Speicher für erneuerbare Energie erzeugt werden. Beispielsweise können ein kohlenstoffhaltiger und/oder ein stickstoffhaltiger Rohstoff oder auch mehrere Rohstoffe als Edukte in die erfindungsgemäße IGCC-Anlage eingesetzt werden oder in der erfindungsgemäßen IGCC-Anlage als Edukte erzeugt werden, beispielsweise in der Luftzerlegungsanlage 1 und/oder dem Vergaser 2 und/oder der Elektrolyse-Einheit 5.
Als stickstoffhaltiger Rohstoff kann hierbei beispielsweise sowohl Luft selber, die Stickstoff enthält, als auch Stickstoff an sich angesehen werden. Ebenso ist es möglich, dass der Roh- und Brennstoff RB im Vergaser stickstoffhaltige Verbindungen umfasst, aus denen dann beispielsweise der Stickstoff entfernt werden kann. Kohlenstoffhaltige Rohstoffe können beispielsweise die möglichen Brennstoffe des Roh- und Brennstoffs RB für den Vergaser 2 umfassen, wie beispielsweise Kohle, umfassend sämtliche Kohlensorten wie Braunkohle und Steinkohle, Petrolkoks, Erdöl, Erdgas, synthetisches Erdgas, Raffinerierückstände, orga- nische Abfallstoffe, Pflanzenprodukte oder -abfallstoffe,
Klärschlämme, Tierprodukte oder Abfälle aus der Verarbeitung von Tierkörpern, Biomasse oder Biosprit.
Ein weiteres Edukt im Verfahren kann auch Wasser sein, das über die Wassereinspritzung in den Wassergas -Shift -Reaktor 3 eingebracht wird.
Als Edukte im erfindungsgemäßen Verfahren können weiterhin auch die in der IGCC-Anlage erzeugten Edukte, beispielsweise Sauerstoff und/oder Wasserstoff und/oder Kohlenstoff, sowie Zwischenprodukte im Verfahren, wie aus den Edukten hervorgehende Produkte, die weiter reagiert werden können, angesehen werden, wie beispielsweise Kohlenmonoxid, Kohlendioxid oder Wasserstoff, aber auch weitere Produkte wie Ammoniak oder Me- than, die weiter umgesetzt werden können. Auch Edukte aus beispielsweise der Einheit 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie, wie beispielsweise Gasprodukte aus einer Biogasanlage, sind denkbar. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Rohstoffe und/oder Edukte in der erfindungsgemäßen IGCC-Anlage in Produkte, beispielsweise Synthesegas SG, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, synthetisches Erdgas, synthetisches Methan, verschiedene Kohlenwasserstoffe, beispielsweise Alkane gemäß der Fi- scher-Tropsch-Synthese oder Alkene oder Alkine, insbesondere Methan, Ethan, Propan, Butan, Aldehyde, beispielsweise aus der Oxosynthese, Ketone, Carbonsäuren wie Ameisensäure und Essigsäure, Ammoniak, Amin-Verbindungen, Salpetersäure, Treibstoffe T, Alkohole wie beispielsweise Methanol MeOH, Ethanol, etc. überführt. Diese Produkte können hierbei auch im Rahmen der herkömmlichen Produktion durch eine herkömmliche IGCC-Anlage mit weiterer Reaktion des erzeugten Synthese- gases SG erzeugt werden, jedoch können die Produkte auch unter Verwendung der Energie aus der Einheit 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie gewonnen werden - im Gegensatz zu einer herkömmlichen IGCC-Anlage, wo die Energie aus dem Vergaser 2 und/oder der Gas- und Dampf -Anlage 4 stammt. Die Energie aus der Einheit 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie kann hierbei für die Luftzerlegungsanlage 1 und/oder den Vergaser 2 und/oder den Wassergas -Shift-Reaktor 3 und/oder die Gas- und Dampf-Anlage 4 und/oder die Elektrolyse-Einheit 5 verwendet werden, je nach Verfügbarkeit der erneuerbaren Energie, die beispielsweise auch fluktuierend sein kann, jedoch in bestimmten Ausführungsformen auch konstant zur Verfügung stehen kann. In bestimmten Ausführungsformen kann die Energie aus der Einheit 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie jedoch fluktuierend sein, so dass die erfindungsgemäße IGCC-Anlage als Puffer für diese fluktuierende Energie wirkt.
Durch die Verwendung von erneuerbarer Energie aus der Einheit 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie bei der Herstellung von Produkten und/oder Energie in der erfindungsgemäßen IGCC- Anlage werden Produkte bzw. Energie erhalten, die, bevorzugt vollständig, auf dieser erneuerbaren Energie basieren und somit als „grüne", d.h. C02-neutrale, Produkte bzw. Energie angesehen werden, was einen Mehrwert für die Produkte mit sich bringt und auch umweltverträglicher ist. Beispielsweise kön- nen für grünes (C02-neutrales) Methanol MeOH Preise bis ca.
800 Euro/t (Stand 2012) erhalten werden, also ein Mehrwert im Produkt. Ebenso kann bei Verwendung der erneuerbarer Energie aus der Einheit 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie in der Luftzerlegungsanlage 1 und/oder der Elektrolyse-Einheit 5 C02 -neutraler Sauerstoff erhalten werden. Auch kann daneben aus der Elektrolyse-Einheit 5 bei Verwendung von erneuerbarer Energie aus der Einheit 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie C02-neutraler „grüner" Wasserstoff gewonnen werden, der als solcher als Produkt erhalten werden kann oder weiter bei der Herstellung anderer „grüner" chemischer Produkte in der erfindungsgemäßen IGCC-Anlage, wie Alkane oder synthetisches Erdgas, etc. Verwendung finden kann. Dies stellt somit einen Weg zur Umsetzung von erneuerbarer Energie in chemische wertvolle Produkte dar, also eine sogenannte Weiche zwischen hauptsächlich erneuerbarer Elektrizität und chemischen Prozessen. Auch kann dieser C02-neutrale Wasserstoff den Wasser- gas-Shift-Prozess im Wassergas-Shift-Reaktor 3 unterstützen, so dass weniger Roh- und Brennstoff RB, beispielsweise Kohle, im Vergaser 2 erforderlich ist.
Im Gegensatz hierzu ist der Wasserstoff in herkömmlichen IGCC-Anlagen nicht C02-neutral, da die Energie zu dessen Er- zeugung aus Wasser im Wassergas-Shift-Reaktor aus der herkömmlichen IGCC-Anlage stammt. Auch wird die elektrische Energie zum Betreiben einer Luftzerlegungsanlage in herkömmlichen IGCC-Anlagen innerhalb der IGCC-Anlage gewonnen, so dass auch die Luftzerlegungsanlage in einer herkömmlichen IGCC-Anlage als nicht C02-neutral anzusehen ist.
Eine Erweiterung des Funktionsumfangs einer herkömmlichen IGCC-Anlage findet also beispielsweise im Hinblick auf die Verwendung erneuerbarer Energien, beispielsweise auch in gro- ßer Menge von mehr als 50%, bevorzugt mehr als 75%, weiter bevorzugt mehr als 90 % und insbesondere, in bestimmten Ausführungsformen vollständig, als auch die Erzeugung potentiell C02-neutraler Produkte statt. Daraus ergeben sich auch neue Anwendungsmöglichkeiten und Geschäftsfelder für die Betreiber von IGCC-Anlagen.
Neben der Pufferwirkung der erfindungsgemäßen IGCC-Anlage gegenüber fluktuierender Energie aus der Einheit 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie kann auch eine Pufferwirkung gegen- über Edukten und/oder Produkten in der erfindungsgemäßen IGCC-Anlage erzielt werden, indem beispielsweise je nach Energieinput verschiedene Anlagenteile der IGCC-Anlage, wie beispielsweise die Luftzerlegungsanlage 1 und oder der Verga- ser 2 und/oder die Elektrolyse-Einheit 5 für eine gewisse Zeit, beispielsweise bis zur erneuten Verfügbarkeit von mehr erneuerbarer Energie oder bis zum Aufbrauchen eines Edukts und/oder Produkts aus einem oder mehreren Speichern, vermin- dert oder gar nicht betrieben werden. Weiterhin kann die
Speicherwirkung in der erfindungsgemäßen IGCC-Anlage auch darin gesehen werden, dass ein Rohstoff, wie ein Roh- und Brennstoff RB wie Kohle, zumindest teilweise durch erneuerbare Energie in einen höherwertigen Stoff bzw. ein höherwerti- ges Produkt mit höherem Brennwert, beispielsweise Methan oder Methanol MeOH, umgewandelt wird. Diese höherwertigen Produkte können dann wieder unter Energiegewinn im Vergleich zum ursprünglichen Roh- und Brennstoff RB im Vergaser 2 der erfindungsgemäßen IGCC-Anlage zur Energieerzeugung verwendet wer- den, so dass sie somit als höherwertiger Energiespeicher für die in der erfindungsgemäßen IGCC-Anlage verwendeten erneuerbaren Energie angesehen werden können.
Ebenso kann durch die Verwendung erneuerbarer Energie aus der Einheit 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie auch der Vergaser 2 kleiner dimensioniert sein, da es nicht essentiell ist, Energie zum Betreiben der IGCC-Anlage aus dem Roh- und Brennstoff RB zu gewinnen, beispielsweise durch Vergasung größerer Mengen an Roh- und Brennstoff RB zur Erzeugung von mehr Ener- gie. Somit wird die IGCC-Anlage selbst auch effizienter.
Nichtsdestotrotz kann bei der erfindungsgemäßen IGCC-Anlage auch Energie aus der herkömmlichen Verbrennung/Vergasung des Roh- und Brennstoffs RB zum Betreiben der IGCC-Anlage verwen- det werden, so keine erneuerbare Energie erzeugt werden kann, beispielsweise bei Windstille bei der Verwendung von Windkraftwerken oder bei Nacht oder bedecktem Himmel bei der Verwendung von Solarkraftwerken. Eine erfindungsgemäße IGCC-Anlage kann in unterschiedlichen Phasen betrieben werden, abhängig beispielsweise von der Energiezufuhr aus der Einheit 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie, der Anwesenheit einer Elektrolyse-Einheit 5 und/oder der Anwesenheit von Speichern zur Speicherung von Edukten und/oder Produkten:
Wenn wenig erneuerbare Energie aus der Einheit 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie vorhanden ist, kann die erfindungsgemäße IGCC-Anlage nach herkömmlicher Art durch Roh- und Brennstoffvergasung im Vergaser 2 und Energieerzeugung in der Gas- und Dampf-Anlage 4 betrieben werden, so dass die für die Luftzerlegungsanlage 1 erforderliche Energie auch hierdurch bereitgestellt wird. In solchen Fällen kann der Energieverbrauch beispielsweise durch Drosselung der Erzeugung chemischer Produkte oder gegebenenfalls Verwenden gespeicherter Edukte aus Speichern verringert werden. - Wenn erneuerbare Energie im normalen Umfang verfügbar ist, kann diese, auch gegebenenfalls in Verbindung mit Energie auf Basis der Roh- und Brennstoffvergasung, zum Betreiben der Luftzerlegungsanlage betrieben werden. Auch die Erzeugung chemischer Produkte kann hier im normalen Umfang erfolgen.
Bei einem Überschuss an erneuerbarer Energie kann eine Elektrolyse-Einheit 5 zusätzlich zur oder anstelle der Luftzerlegungsanlage 1 betrieben werden. Es kann hierbei auch, selbst bei Abwesenheit einer Elektrolyse -Einheit 5 ein Über- schuss an Sauerstoff und/oder Wasserstoff erzeugt werden, der dann gespeichert werden kann.
Bei einem extremen Mangel an erneuerbarer Energie kann die Luftzerlegungsanlage 1 angehalten werden und Sauerstoff gegebenenfalls aus einem Speicher im Vergaser 2 verwendet werden, so dass keine Energie zum Betreiben der Luftzerlegungsanlage 1 erforderlich ist. Sollte kein gespeicherter Sauerstoff vorhanden sein, so kann die IGCC-Anlage auch entsprechend einer herkömmlichen IGCC-Anlage betrieben werden.
Es ist auch möglich, mit der erfindungsgemäßen IGCC- Anlage nur Strom mittels der Gas- und Dampfanläge 4 herzustellen . Weiterhin ist es auch möglich, nur chemische Produkte in der erfindungsgemäßen IGCC-Anlage zu erzeugen. Je nach den Vorräten an Edukten oder Produkten in Speichern kann eine erfindungsgemäße IGCC-Anlage auch auf andere Weise betrieben werden und auch auf die Wünsche von Kunden, beispielsweise Abnehmern der erzeugten chemischen Produkte, an- gepasst werden.
Auch anhand dieser verschiedenen Phasen kann man erkennen, dass die erfindungsgemäße IGCC-Anlage komplexer werden kann, was eine komplexere Steuerung mit einer verbesserten Steuereinheit erfordert, die die Anlagensteuerung in bestimmten Ausführungsformen auch automatisch gewährleistet. Für die
Steuerung sind somit auch in bestimmten Ausführungsformen diverse Sensoren, beispielsweise zur Messung der verfügbaren erneuerbaren Energie aus der Einheit 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie und/oder auch der Wirkungsgrade in den ver- schiedenen Anlagenteilen und/oder der Vorratsstände in den verschiedenen Speichern und/oder der Stofftransportströme erforderlich, die auch durch die erfindungsgemäße Steuereinheit erfasst werden können und somit auch zu einer automatischen Anpassung der IGCC-Anlage durch die Steuereinheit anhand der Daten aus den Sensoren führen. Dies kann auch durch das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt zum Steuern der IGCC- Anlage erfolgen.
Mit der erfindungsgemäßen IGCC-Anlage ist es zudem auch mög- lieh, auf weitere Fluktuationen, zum Beispiel bei der Produktherstellung, etwa von Ammoniak, zu reagieren. Beispielsweise ist es auch möglich, bei Abwesenheit von Wasserstoff immer noch Stickstoff aus der Luftzerlegungsanlage 1 in eine Anlage zur Ammoniaksynthese zu leiten, da Stickstoff einen in einer solchen Anlage zur Ammoniaksynthese verwendeten Katalysator nicht schädigt, oder den katalytischen Reaktor der Ammoniaksynthese ohne Zugabe von Wasserstoff/Stickstoff und oh- ne Abzug von Ammoniak betriebsbereit ohne wesentliche Abkühlung zu halten.
Weiterhin umfasst die vorliegende Erfindung ein Computerpro- grammprodukt , optional ein nicht -transitorisches Computerprogrammprodukt, das in der erfindungsgemäßen Steuereinheit zum Steuern der erfindungsgemäßen IGCC-Anlage eingesetzt wird.
Beispielsweise kann das Computerprogrammprodukt die Steue- rungs -Software SSO der erfindungsgemäßen Steuerung umfassen. Hierbei kann sich die Steuerung in bestimmten Ausführungsformen an der Marktnachfrage nach bestimmten Produkten ausrichten, indem beispielsweise Marktmodelle MM in der Steuerungs- Software SSO integriert werden und diese mit der Strategie ST eines Händlers TR durch das Computerprogrammprodukt abgeglichen werden, um die Anlage auch gemäß der Nachfrage zu steuern. Zudem kann die Steuerungs-Software SSO Prognosen PR für die Anlage aufweisen, die dann ebenfalls auf die Anlagensteuerung einwirken können. Solche Prognosen PR können auch Prog- nosen über die Verfügbarkeit an Energie aus der Einheit 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie umfassen, beispielsweise anhand von Winddaten bei Windkraftwerken. Daneben kann die Steuerungs-Software SSO Zielvorgaben ZV für die ganze Anlage oder einzelne Anlagenteile erstellen und diese mit Ist- Ständen IS aus dem Steuerungs-System SSY abgleichen und somit die Steuerung im System koordinieren. In der Steuerungs- Software SSO kann zudem ein Abgleich der einzelnen Einheiten, auch im Hinblick auf äußere Gegebenheiten wie die Verfügbarkeit von Energie aus der Einheit 10 zur Erzeugung erneuerba- rer Energie oder die Speicherstände in einzelnen Edukt- und/oder Produktspeichern, erfolgen, die limitierend Wirken können, so dass dann eine Anpassung der Steuerung an diese Gegebenheiten erfolgen kann. In bestimmten Ausführungsformen kann die Steuerungs-Software SSO auch mit einer Kontrolleinrichtung kommunizieren, die als Ausgleichs-Regler AR bereitgestellt sein kann und dafür sorgt, dass die Anlage in den bauteil- und vorschriftenbe- dingten Grenzen betrieben wird, um Defekte und/oder Störungen an einzelnen Anlagenteilen zu vermeiden. Ein solcher Ausgleichs -Regler AR kann in bestimmten Ausführungsformen auch in ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt integriert sein.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand zweier beispielhafter IGCC-Anlagen dargestellt, wie sie in Figuren 2 und 3 dargestellt sind, die jedoch die Erfindung in keiner Hinsicht be- schränken.
In Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen IGCC-Anlage gezeigt, die neben einer Luftzerlegungsanlage 1, einem Vergaser 2, einem Wassergas-Shift-Reaktor 3 und ei- ner Gas- und Dampf -Anlage 4 auch eine Einheit 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie aufweist. Die Einheit 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie stellt Energie E, beispielsweise für die Luftzerlegungsanlage 1, zur Verfügung, so dass der in den Vergaser 2 eingebrachte Sauerstoff 02 C02-neutral ist. Ebenso ist der Stickstoff N2 aus der Luftzerlegungsanlage 1, der beispielsweise zu einer späteren Ammoniakherstellung verwendet werden kann, C02-neutral. Der Sauerstoff wird im Vergaser 2 zu Kohlenmonoxid CO umgesetzt, welches im Wassergas- Shift -Reaktor 3 zu Synthesegas SG umfassend Kohlendioxid und Wasserstoff umgesetzt wird. Dieses Gemisch kann sowohl zum Betreiben der Gas- und Dampf -Anlage 4 als auch zur Herstellung chemischer Produkte wie Methanol MeOH oder Treibstoffe T, etc. verwendet werden, oder es können das Synthesegas SG und/oder der Wasserstoff H2 als Produkt erhalten werden. Auch Ammoniak NH3 kann als Produkt erhalten werden. In dieser Anlage kann nach Bedarf auch Energie E aus der Gas- und Dampf - anläge zum Betreiben der IGCC-Anlage bereitgestellt werden, wobei diese Energie im Vergleich zu einer herkömmlichen IGCC- Anlage vermindert ist.
In bestimmten Ausführungsformen dieser in Figur 2 gezeigten IGCC-Anlage kann das Kohlendioxid vor der Gas- und Dampf - Anlage 4 aus dem Synthesegas SG entfernt werden und dann spä- ter wieder bei der Erzeugung chemischer Produkte verwendet werden .
Figur 3 zeigt eine Erweiterung der IGCC-Anlage aus Figur 2 um eine Elektrolyse-Einheit 5, die auch mit Hilfe der Einheit 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie betrieben werden kann. Auch Energie aus der Gas- und Dampf -Anlage 4 kann zum Betreiben der Elektrolyse-Einheit 5 verwendet werden. Aus dieser Elektrolyse-Einheit 5 kann zusätzlich Sauerstoff für den Ver- gaser 2 zur Verfügung gestellt werden, oder auch unter bestimmten Bedingungen anstelle des Sauerstoffs aus der Luft- zerlegungsanlage . Ebenso kann aus der Elektrolyse-Einheit 5 Wasserstoff für den Wassergas-Shift-Reaktor 3 zur Verfügung gestellt werden, so dass unter bestimmten Umständen auch kei- ne Wassereinspritzung in den Wassergas -Shift -Reaktor 3 erforderlich ist. Ebenso kann der Wasserstoff aus der Elektrolyse- Einheit 5 als Produkt gewonnen werden oder zur Herstellung weiterer chemischer Produkte wie Ammoniak, Methan, Treibstoffen T, etc. verwendet werden.
Figur 4 zeigt darüber hinaus ein beispielhaftes Schaltbild einer erfindungsgemäßen Steuerung.
In der Steuerung der Figur 4 erfolgt die Steuerung der Ge- samtanlage über eine Steuerungs-Software SSO, die sich sowohl nach der Strategie ST der Händler TR im Hinblick auf die Produktnachfrage als auch das Anlagen-Modell AM und das Marktmodell MM für den Produktmarkt richtet. Das Anlagenmodell AM umfasst die gesamte Anlage GA in abstrakter Form und basiert sowohl auf Prognosen PR für die gesamte Anlage, die durch einen Operationsmanager OM auf die Anlage einwirken, wie auch auf den einzelnen Anlagenteilen, wie beispielsweise der Erzeugung von chemischen Produkten und/oder Energie in der Po- lygeneration PG sowie Produktszenarien PS hierfür, der Verga- sung VG, beispielsweise dem Auslastungsgrad AG, und der Erzeuger elektrischer Energie EE zum Anlagenbetrieb, wie beispielsweise durch die Gas- und Dampf-Anlage 4 (abstrakt in der Steuerungs-Software SSO als 4a) oder die Einheit 10 zur Erzeugung erneuerbarer Energie in der Steuerungs-Software SSO (abstrakt als 10a) .
Die Steuerungs-Software SSO sendet dann Zielvorgaben ZV an das Steuerungs -System SSY, das dann die jeweiligen Einheiten- Steuerungen ES entsprechend steuert und auch den Ist-Stand IS an die Steuerungs -Software SSO meldet. Zudem meldet das Steuerungs -System SSY auch die Anlagenkonfiguration AK als Konfiguration K.
Darüber hinaus weist die Steuerung der Figur 4 noch einen Ausgleichs-Regler AR auf, der die Anlage innerhalb vorgegebener Grenzen durch beispielsweise bauteilbedingte und/oder vorschriftsbedingte Vorschriften regelt, damit ein ungestör- ter Anlagenbetrieb gewährleistet werden kann. Hierbei sendet der Ausgleichs-Regler AR Koordinations-Nachrichten KN an die Steuerungs-Software SSO zum Einhalten dieser Grenzen und empfängt Protokoll -Nachrichten PN, die dann zur Überwachung der Grenzen dienen und die Grundlage weiterer Koordination bilden können.
Bei der erfindungsgemäßen IGCC-Anlage wird der Funktionsumfang im Vergleich zu einer herkömmlichen IGCC-Anlage erweitert. Mit der erfindungsgemäßen IGCC-Anlage können C02- neutrale „grüne" Produkte erhalten werden. Weiterhin kann die erfindungsgemäße IGCC-Anlage effizienter betrieben werden und als Puffer gegenüber fluktuierender Energieversorgung aus einer Einheit zur Erzeugung erneuerbarer Energie dienen. Darüber hinaus können Anlagenteile herkömmlicher IGCC-Anlagen, wie beispielsweise der Vergaser, aber auch andere Anlagenteile, wie die Luftzerlegungsanlage bei Verwendung einer Elektrolyse-Einheit, verkleinert werden. Auch kann die erfindungsgemäße IGCC-Anlage als Puffer für Edukte und/oder chemische Produkte in der IGCC-Anlage dienen.

Claims

Patentansprüche
1. Integrated Gasification Combined Cycle , IGCC, -Anlage mit einer Luftzerlegungsanlage (1), einem Vergaser (2), einem Wassergas -Shift -Reaktor (3) mit einer Anlage zur Entfernung von Sauergasen, und einer Gas- und Dampf-Anlage (4), wobei eine Einheit (10) zur Erzeugung erneuerbarer Energie vorgesehen ist, die zumindest teilweise Energie für den Betrieb der IGCC-Anlage bereitstellt.
2. IGCC-Anlage gemäß Anspruch 1, wobei erneuerbare Energie, die von der Einheit (10) zur Erzeugung erneuerbarer Energie generiert wird, zum Betreiben der Luftzerlegungsanlage (1) der IGCC-Anlage verwendet wird.
3. IGCC-Anlage gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche 1 und 2, die ferner eine Elektrolyse -Einheit (5) aufweist.
4. IGCC-Anlage gemäß Anspruch 3, wobei erneuerbare Energie, die von der Einheit (10) zur Erzeugung erneuerbarer Energie generiert wird, zum Betreiben der Elektrolyse-Einheit (5) verwendet wird.
5. IGCC-Anlage gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 4, die weiterhin Speicher zum Speichern von Edukten und/oder Produkten umfasst.
6. IGCC-Anlage gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 5, die weiterhin ein Gasreinigungssystem und Wärmerückgewinnungssysteme umfasst.
7. IGCC-Anlage gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 6, die weiterhin eine Einheit zur Abscheidung und/oder Speicherung von Kohlendioxid umfasst.
IGCC-Anlage gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 7, wobei die IGCC-Anlage weiterhin eine Steuereinheit aufweist .
9. IGCC-Anlage gemäß Anspruch 8, wobei die Steuereinheit die Energieversorgung und/oder die Edukt- und/oder die Produktströme und/oder die Edukt- und/oder die Produktspei - cherung optimiert und steuert.
10. Steuereinheit zum Steuern einer IGCC-Anlage gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 9, die die IGCC- Anlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 steuert .
11. Steuereinheit gemäß Anspruch 10, die die Energieversorgung und/oder die Edukt- und/oder die Produktströme und/oder gegebenenfalls die Edukt- und/oder die Produkt - speicherung innerhalb der IGCC-Anlage steuert
12. Verfahren zum Erzeugen von chemischen Produkten als Speicher für erneuerbare Energie, dadurch gekennzeichnet, dass ein kohlenstoffhaltiger und/oder stickstoffhaltiger Rohstoff in eine IGCC-Anlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 eingesetzt und in chemische Produkte umgesetzt wird .
13. Computerprogrammprodukt zum Steuern einer IGCC-Anlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, die ein Verfahren gemäß Anspruch 12 ausführt.
14. Verwendung einer Integrated Gasification Combined Cycle
, IGCC, -Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9 als Speicher für fluktuierende erneuerbare Energien.
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