WO2019206451A1 - Production of a gas product which contains at least carbon monoxide - Google Patents

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WO2019206451A1
WO2019206451A1 PCT/EP2019/025094 EP2019025094W WO2019206451A1 WO 2019206451 A1 WO2019206451 A1 WO 2019206451A1 EP 2019025094 W EP2019025094 W EP 2019025094W WO 2019206451 A1 WO2019206451 A1 WO 2019206451A1
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WO
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carbon dioxide
electrolysis
temperature
low
heat
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PCT/EP2019/025094
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Inventor
Andreas Peschel
Benjamin HENTSCHEL
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Linde Aktiengesellschaft
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    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C25B1/04Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
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    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
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    • Y02E60/36Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
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    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10Process efficiency
    • Y02P20/129Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines

Definitions

  • the present invention relates to a process for producing a gas product containing at least carbon monoxide and a corresponding plant according to the respective preambles of the independent claims.
  • Synthesis gas is a predominantly or exclusively carbon monoxide and hydrogen-containing gas mixture. Synthesis gas is currently produced by various methods, e.g. by steam reforming of natural gas or by
  • Hydrogen can also be produced by means of water electrolysis (for example by means of alkaline electrolysis or using a proton exchange membrane).
  • the production of carbon monoxide is by means of high-temperature electrolysis of
  • Carbon dioxide possible as disclosed for example in WO 2013/131778 A2.
  • a synthesis gas can also be obtained.
  • Proton exchange membrane (English: Proton Exchange Membrane, PEM) can be used. In this case, the following cathode reactions take place:
  • the protons or other corresponding charge carriers are selectively transferred via a membrane from the anode to the cathode side.
  • the respective formation reactions compete at the cathode, resulting in synthesis gases with different hydrogen / carbon monoxide ratios.
  • other products of value may also be formed in the low-temperature co-electrolysis.
  • HT high temperature
  • SOEC solid oxide electrolysis cells
  • the oxygen ions are in this case conducted essentially selectively via a ceramic membrane from the anode to the cathode. It is not fully understood whether the reaction proceeds according to reaction equation 4 in the manner shown. It is also possible that only hydrogen is formed electrochemically and carbon monoxide forms according to the reverse water gas shift reaction in the presence of carbon dioxide: C0 2 + H 2 H 2 0 + CO (7)
  • the gas mixture formed in the high-temperature co-electrolysis is in the water gas shift equilibrium (or close to this).
  • the concrete nature of the formation of carbon monoxide has no influence on the present invention.
  • the present invention has as its object to provide improved measures for the production of carbon monoxide or synthesis gas using an electrolysis, in particular a low-temperature (co-) electrolysis.
  • the present invention proposes a method for
  • At least carbon monoxide-containing gas product is here in particular carbon monoxide different purities or synthesis gas or a comparable gas mixture, ie a gas mixture containing not only carbon monoxide but also significant amounts of hydrogen understood.
  • the at least carbon monoxide-containing gas product is the at least carbon monoxide-containing gas product
  • the molar ratio of hydrogen to carbon monoxide in the gas product can in particular in a range of 1: 10 to 10: 1, 2: 8 to 8: 2 or 4: 6 to 6: 4, wherein the molar fraction of hydrogen and carbon dioxide together exceed 50%, 60%, 70%, 80 %, 90%, 95% or 99% can be and any remaining remainder may be formed in particular from carbon dioxide or inert gases such as nitrogen or noble gases of the air.
  • the molar ratio of hydrogen to carbon monoxide in the gas product may be in particular about 1 or about 2 or about 3, the stoichiometry number in particular at about 2.
  • the gas product is correspondingly poor or free of hydrogen, ie it is a carbon monoxide-rich gas product or pure carbon monoxide.
  • streams, gas mixtures, etc. as used herein may be rich or poor in one or more components, with the term “rich” being for a content of at least 50%, 60%, 75%, 80%, 90%, 95%, 98%, 99%, 99.5%, 99.9% or 99.99% and the statement "poor” for a maximum content of 50%, 40%, 25%, 20%, 10%, 5%, 2 %, 1%, 0.5%, 0.1% or 0.01% on molar, weight or
  • volume base can stand. If more than one component is specified, the term “rich” or “poor” refers to the sum of all components. If, for example, “carbon monoxide” is mentioned here, it can be a pure gas or a mixture rich in carbon monoxide. A gas mixture containing "predominantly" one or more components is particularly rich in this or this in the sense explained.
  • Material streams, gas mixtures, etc. may also be “enriched” or “depleted” in one or more components as used herein, which terms refer to a content in a starting mixture. They are “enriched” if they are at least 1, 1, 5, 1, 5, 2, 5, 10, 100, or 1, 000 times, “depleted,” if at most 0.9 times, 0.75 times, 0.5 times, 0.1 times, 0.01 times or 0.001 times the content of one or more components, based on the
  • waste heat from a low-temperature electrolysis which can be formed as co-electrolysis of carbon dioxide and water, as explained above or as pure carbon dioxide electrolysis, and which is at least subjected to carbon dioxide to obtain carbon monoxide a heat pump to one or more further process steps to transfer.
  • Low-temperature electrolysis can be used advantageously.
  • heat is dissipated in particular by means of air coolers or cooling water and discharged from the system.
  • the heat pump used in the context of the present invention may be formed in a fundamentally known manner and operated by means of one or more of the working medium also specified below.
  • the or the working fluid is or will be particularly at low pressure, i. at a lower pressure level, vaporized by the heat of low-temperature electrolysis.
  • the working fluid (s) will then be or will be pressurized to one of greater pressure, i. E., By one or more compressors. to an upper pressure level, compressed. Subsequently, or will the or the work equipment on the upper
  • methanol used is the lower pressure level at about 2 bar abs. and the upper pressure level at about 6 bar abs.
  • 1 kW of heat are removed from the low-temperature electrolysis and to the one or more downstream
  • the compression to the upper pressure level here is about 0.15 kW, and as a further cooling capacity for the condensation of methanol evaporating in the expansion to the lower pressure level about 0.15 kW as additional cooling capacity, for example in an air cooler needed.
  • additional cooling capacity for example in an air cooler needed.
  • the present invention proposes a method for producing a gas product comprising at least carbon monoxide, in which an electrolysis insert comprising at least carbon dioxide is formed and subjected to low-temperature electrolysis to obtain a crude gas containing at least carbon monoxide and carbon dioxide, the electrolysis insert comprising at least part of a carbon dioxide containing starting mixture using a first
  • Carbon dioxide separation is formed and / or the gas product is formed from at least a portion of the raw gas using a second carbon dioxide separation.
  • the electrolysis insert may in particular also contain other components, depending on the process conditions, in particular water, but it may also consist predominantly or exclusively of carbon dioxide. Accordingly, the raw gas may include various other components, in the case of
  • Corresponding further components can also be separated off.
  • the carbon dioxide removal can be subjected to a portion of the raw gas even after a corresponding separation of other components such as water.
  • the second separation of carbon dioxide used in the formation of the gas product can in particular also be used to form a fraction containing carbon dioxide, which in turn is at least partly used in the formation of the electrolysis insert can be used. In other words, this can be separated
  • Carbon dioxide be recycled in the process of the present invention.
  • Kohldioxidabtrennung comprise a laundry in which a washing liquid loaded with carbon dioxide and by expelling the carbon dioxide by means of
  • washing liquid supplied regeneration heat is regenerated.
  • Corresponding washes are known in principle from the prior art. Reference is made to the relevant literature.
  • a fluid to be processed in the present case the raw gas or a gas mixture formed using a part of the raw gas, is brought into contact with a washing liquid of suitable type. This is typically done in a corresponding column with suitable internals.
  • the washing liquid is chosen so that the component contained in the fluid to be separated, in this case carbon dioxide, dissolves or binds as much as possible in the washing liquid.
  • Washing liquid can be regenerated by heating it in another apparatus, in particular another column, whereby the dissolved or bound component is expelled.
  • the heat used in this context is referred to herein as "regeneration heat". It is provided in the context of the present invention, in particular by means of the heat pump using waste heat of low-temperature electrolysis. The achievable temperature level is particularly suitable for a corresponding use.
  • a so-called direct air capture ie a direct removal of carbon dioxide can be made. This is an adsorption or a mixture of adsorption and absorption, wherein a liquid absorbent is applied to a solid and is held there by adhesion and / or cohesive forces.
  • Corresponding combined separation principle is not limited to the classic direct air capture but can be used in the context of the present invention in other context. Again, there is a regeneration with heat, so “regeneration heat” as already explained above.
  • regeneration heat in addition to the typical for direct air capture amines as adsorbents and ionic liquids can be used in the present invention.
  • any procedure is also on relevant literature, for example, to the publication "Direct Air Capture of C0 2 with Chemicals, a technology assessment for the Panel on Public Affairs" of the American Physical Society from the first June 2011 referenced.
  • the first and / or the second carbon dioxide separation comprises an adsorption in which an adsorbent is charged with carbon dioxide and regenerated by desorbing the carbon dioxide by means of regeneration heat supplied by the adsorbent.
  • an adsorbent is charged with carbon dioxide and regenerated by desorbing the carbon dioxide by means of regeneration heat supplied by the adsorbent.
  • Temperature change adsorption are used.
  • a combination of adsorption and absorption can also take place, as mentioned above with reference to the example of direct air capture.
  • the temperature swing adsorption takes advantage of the temperature dependence of adsorption processes.
  • An adsorbent that is in a suitable
  • Adsorber essenceer is housed, is thereby flows in an operating cycle at a lower temperature level with the gas mixture stream to be separated and in this case with the or each separated components from the
  • the adsorbent can then be largely freed by heating, ie introducing thermal energy, from this or these components and regenerated in this way.
  • at least two adsorption units are required for continuous operation of a temperature change adsorption system, so that one of the
  • Adsorption with the gas mixture stream to be separated flows through and thus can be used to separate the gas mixture stream. This too can be done within the scope of the present invention.
  • the heat used in this context is referred to here as "regeneration heat”. It can also be provided in the context of the present invention, in particular by means of the heat pump using waste heat of low-temperature electrolysis. The achievable temperature level is also particularly suitable for use in an adsorptive process as explained.
  • Regeneration heat for absorptive or adsorptive carbon dioxide removal at least part of the heat pump from the
  • a laundry which can be used in the context of the present invention in the first and / or in the second carbon dioxide removal, can, as already mentioned, be carried out in particular in the form of a chemical and / or a physical wash.
  • a chemical washing a binding of a component contained in the washing liquid with the component to be separated takes place, here carbon dioxide.
  • a physical wash is a purely physical absorption without chemical bonding.
  • the washing can be carried out in particular by using one or more compounds which consist of inorganic carbonates, amines, alcohols (in particular methanol), one or more organic methyl or ethyl esters (in particular methyl or ethyl acetate), one or more organic compounds Methyl or ethyl ethers (especially dimethyl ether), polyethylene glycol, acetone, acetonitrile, n-methylpyrrolidone, dimethylformamide or Acetonitrile are selected.
  • particular preference may be given to using selexol, Genosorb and / or purisol processes as the laundry process.
  • the low-temperature electrolysis can be carried out in particular at an electrolysis temperature level which is 20 to 100 ° C., in particular 40 to 80 ° C.
  • a low-temperature electrolysis is operated at appropriate temperature levels, in particular with an efficiency of 30 to 80%, in particular 40 to 70%. This entails that typically 20 to 70%, in particular 30 to 60% of the power used must be dissipated as waste heat.
  • the heat pump in the context of the present invention, this comparatively large amount of waste heat, but for use in other process steps initially on an unsuitable
  • the waste heat of the low-temperature electrolysis is advantageously transferred using the heat pump by means of one or more working medium flows at one or more temperature levels above the electrolysis temperature level.
  • Increase in temperature can be done in particular by 20 to 100 K, more particularly by 30 to 50 K, for example by about 40 K.
  • Sorption heat pumps differ from compression heat pumps in that one or more working fluids are not or will be compressed by a mechanical compressor. Instead, a so-called thermal compressor is used. Sorption heat pumps work like
  • Compression heat pumps based on a cycle process.
  • heat is used for compression Sorption heat pump can operate on the basic principles of absorption and adsorption and are also referred to as absorption or Adsorptions Scripumpen.
  • a working fluid for example water
  • the so-called solvent for example lithium bromide
  • ammonia can be used as a working fluid and water as a solvent.
  • Absorption heat exchangers have the particular advantage that only comparatively little additional (electrical) energy is needed for their operation, essentially for a solvent pump, which transports a solvent-solvent mixture from the evaporator to the expeller.
  • an adsorption heat pump relies on the interaction between adsorption and desorption on a porous solid (adsorbent), such as silica gel or zeolite.
  • adsorbent such as silica gel or zeolite.
  • working fluid for example, water
  • Adsorption heat pump is essentially only energy needed for the transport of the working fluid, but not for compression.
  • the fluid stream or streams may or may be formed using, in particular, one or more working fluids comprising or comprising at least one hydrocarbon and / or at least one alcohol, for example methanol or ethanol.
  • one or more working fluids comprising or comprising at least one hydrocarbon and / or at least one alcohol, for example methanol or ethanol.
  • propane, butane and / or dimethyl ether are suitable as hydrocarbons.
  • Corresponding hydrocarbons can be used in heat pumps in the temperature ranges in question here.
  • Heat pumps operated with appropriate non-aqueous working fluids are also referred to as Organic Rankine Cycle (ORC) processes.
  • ORC Organic Rankine Cycle
  • corresponding waste heat alternatively or in addition to use in carbon dioxide removal, as mentioned several times, may also be associated with the process in one or more other
  • Process steps are used.
  • the further method step (s) may be used in particular for the further processing of at least part of the
  • Gas product can be used.
  • the method step (s) assigned to the method may in particular comprise one or more constituent chemical synthesis reactions or separation steps, the corresponding ones
  • Synthesis reactions downstream include. These include, for example, the synthesis of oxygenates, such as methanol; Ethanol, dimethyl ether, dimethylformamide, dimethyl carbonate, polyoxymethylene dimethyl ether, formaldehyde,
  • Methyl methacrylate formic, acetic and propionic acid.
  • corresponding synthetic reactions may include the generation of long chain alkenes and alkanes as well as typical Fischer-Tropsch products such as kersoin, gasoline, and waxes.
  • a preparation of phosgene or polycarbonates may be provided.
  • the synthesis reaction (s) may in particular comprise a hydroformylation and / or a synthesis of at least one further alcohol. Hydroformylation is also referred to as oxo synthesis and more rarely as Roelen synthesis or Roelen reaction. It is a homogeneously catalyzed reaction of olefins with carbon monoxide and hydrogen to produce aldehydes.
  • alcohols such as n-butanol can be formed.
  • organometallic cobalt or rhodium compounds can be used as hydroformylation catalysts.
  • the hydroformylation is typically carried out at pressures of about 10 bar to 100 bar and temperatures between 40 and 200 ° C.
  • the invention also extends to a plant for producing a gas product containing at least carbon monoxide, comprising means adapted to form an electrolysis insert containing at least carbon dioxide and means adapted to use the electrolysis insert to obtain a raw gas containing at least carbon monoxide and carbon dioxide subject to a low-temperature electrolysis, wherein means are provided which are adapted to form the Elektrolyse junk of at least a portion of a carbon dioxide-containing starting mixture using a first carbon dioxide separation and / or the gas product of at least a portion of the raw gas using a second carbon dioxide separation to build.
  • the plant is characterized in that means are provided which comprise a heat pump and which are adapted to dissipate waste heat from the low-temperature electrolysis using the heat pump and at least partially to the first and / or the second carbon dioxide separation and / or to transfer to at least one further method step assigned to the method.
  • FIG. 1 illustrates a system according to an embodiment of the invention in a schematic representation. Detailed description of the drawings
  • FIG. 1 illustrates a plant according to a particularly preferred embodiment of the invention and designated 100 as a whole.
  • the central component of the system 100 is an arrangement 10 for carrying out a low-pressure co-electrolysis of the type described above. This is fed to a feed stream A which contains at least carbon dioxide and possibly also water. Optionally, separately from the arrangement 10 for carrying out the low-pressure co-electrolysis supplied water is not illustrated separately in Figure 1.
  • a raw gas stream B is carried out, which contains in particular carbon monoxide and unreacted carbon dioxide of the feed stream A.
  • the crude gas stream B may in particular also contain hydrogen and water.
  • the crude gas stream B is fed to an arrangement 20 for carbon dioxide separation.
  • the carbon dioxide separation assembly 20 may be adapted for adsorptive or absorptive carbon dioxide removal, as is well known in the art.
  • absorptive removal may be in particular an amine and / or Laugeskysky
  • the adsorptive removal can be carried out using a suitable adsorbent material. From the arrangement 20 for carbon dioxide separation can in particular a
  • C product stream are carried out predominantly or exclusively
  • Carbon monoxide or carbon monoxide and hydrogen may contain. Furthermore, a carbon dioxide-rich stream D can be discharged from the arrangement 20 and returned to the arrangement 10 for carrying out the low-pressure co-electrolysis.
  • a further device 30 for separating off carbon dioxide to which is supplied a carbon dioxide-containing output stream E, for example a flue gas stream.
  • the further arrangement 30 for separating off carbon dioxide can likewise be designed for the adsorptive and / or absorptive removal of carbon dioxide.
  • a heat pump 40 which can be operated using a suitable working medium in the means 20 for carbon dioxide separation and / or the further means 30 for Carbon dioxide separation are transferred, as illustrated with G and H.

Abstract

The invention relates to a method for producing a gas product which contains at least carbon monoxide, wherein an electrolysis raw product which contains at least carbon dioxide is formed and is subjected to a low-temperature electrolysis process, thereby obtaining a raw gas which contains at least carbon monoxide and carbon dioxide, and the electrolysis raw product is formed from at least part of a starting mixture which contains carbon dioxide using a first carbon dioxide separation process, and/or the gas product is formed from at least part of the raw gas using a second carbon dioxide separation process. The waste heat of the low-temperature electrolysis process is discharged out of the low-temperature electrolysis process using a heat pump and is at least partly transferred to the first and/or second carbon dioxide separation process. The invention likewise relates to a corresponding system (100).

Description

Beschreibung  description
Herstellung eines zumindest Kohlenmonoxid enthaltenden Gasprodukts Production of a gas product containing at least carbon monoxide
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines zumindest Kohlenmonoxid enthaltenden Gasprodukts und eine entsprechende Anlage gemäß den jeweiligen Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche. The present invention relates to a process for producing a gas product containing at least carbon monoxide and a corresponding plant according to the respective preambles of the independent claims.
Stand der Technik State of the art
Synthesegas ist ein überwiegend oder ausschließlich Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltendes Gasgemisch. Synthesegas wird derzeit mittels unterschiedlicher Verfahren hergestellt, z.B. durch Dampfreformierung von Erdgas oder durch Synthesis gas is a predominantly or exclusively carbon monoxide and hydrogen-containing gas mixture. Synthesis gas is currently produced by various methods, e.g. by steam reforming of natural gas or by
Vergasung von Einsatzstoffen wie Kohle, Erdöl oder Erdgas und eine sich jeweils anschließende Aufreinigung. Gasification of input materials such as coal, crude oil or natural gas and a subsequent purification.
Wasserstoff kann auch mittels Wasserelektrolyse (beispielsweise mittels alkalischer Elektrolyse oder unter Einsatz einer Protonenaustauschmembran) hergestellt werden. Die Herstellung von Kohlenmonoxid ist mittels Hochtemperaturelektrolyse von Hydrogen can also be produced by means of water electrolysis (for example by means of alkaline electrolysis or using a proton exchange membrane). The production of carbon monoxide is by means of high-temperature electrolysis of
Kohlendioxid möglich, wie beispielsweise in der WO 2013/131778 A2 offenbart. Durch Mischung entsprechend hergestellten Wasserstoffs und Kohlenmonoxids kann ebenfalls ein Synthesegas erhalten werden. Carbon dioxide possible, as disclosed for example in WO 2013/131778 A2. By mixing appropriately prepared hydrogen and carbon monoxide, a synthesis gas can also be obtained.
Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung von Synthesegas stellt die Ko-Elektrolyse von Wasser und Kohlendioxid dar. Je nach dem verwendeten Elektrolyten und dem eingesetzten Katalysator existieren dabei unterschiedliche Ausgestaltungen, die sich insbesondere durch die Betriebstemperatur und die an den Elektroden ablaufenden elektrochemischen Reaktionen unterscheiden. Another possibility for the production of synthesis gas is the co-electrolysis of water and carbon dioxide. Depending on the electrolyte used and the catalyst used, different configurations exist, which differ in particular from the operating temperature and the electrochemical reactions taking place at the electrodes.
Nachfolgend werden die Reaktionsprinzipien der Ko-Elektrolyse von Wasser und Kohlendioxid beschrieben. Anstelle einer Ko-Elektrolyse von Wasser und Kohlendioxid kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch insbesondere auch eine reine Kohlendioxidelektrolyse zum Einsatz kommen. Es versteht sich, dass hier die die Wasserelektrolyse betreffenden Reaktionsgleichungen nicht zutreffen bzw. entsprechende Reaktionen nicht ablaufen. Auf eine separate Erläuterung wird jedoch der Übersichtlichkeit halber verzichtet. The reaction principles of co-electrolysis of water and carbon dioxide are described below. Instead of a co-electrolysis of water and carbon dioxide, however, a pure carbon dioxide electrolysis can be used in the context of the present invention in particular. It goes without saying that the reaction equations concerning the electrolysis of water do not apply here or appropriate reactions do not expire. However, a separate explanation is omitted for the sake of clarity.
Bei der sogenannten Niedertemperatur-(NT-)Ko-Elektrolyse kann eine In the so-called low-temperature (NT) co-electrolysis, a
Protonenaustauschmembran (engl. Proton Exchange Membrane, PEM) eingesetzt werden. In diesem Fall laufen die folgenden Kathodenreaktionen ab: Proton exchange membrane (English: Proton Exchange Membrane, PEM) can be used. In this case, the following cathode reactions take place:
C02 + 2 e- + 2 H+ -» CO + H20 (1 ) 2 e_ + 2 H+— > H2 (2) C0 2 + 2 e- + 2 H + -> CO + H 2 0 (1) 2 e _ + 2 H + -> H 2 (2)
Es läuft ferner folgende Anodenreaktion ab: The following anode reaction also proceeds:
H20 -» 1/2 02 + 2 H+ - 2e- (3) In Varianten entsprechender Verfahren können an der Anode anstelle von Protonen andere positive Ladungsträger wie Ionen eines Elektrolytsalzes gebildet, über eine entsprechend ausgestaltete Membran transportiert, und an der Kathode umgesetzt werden. Ein Beispiel für ein Elektrolytsalz ist Kaliumhydroxid. In diesem Fall handelt es sich bei den positiven Ladungsträgern um Kaliumionen. Weitere Varianten umfassen beispielsweise die Verwendung von Anionenaustauschmembranen (Anion Exchange Membranes, AEM). In sämtlichen Varianten erfolgt jedoch der Transport der H 2 0 - »1/2 0 2 + 2 H + - 2e- (3) In variants of any procedure, other positive charge carriers such as ions of an electrolyte salt formed, transported via a correspondingly shaped membrane at the anode instead of protons, and the Cathode be implemented. An example of an electrolyte salt is potassium hydroxide. In this case, the positive charge carriers are potassium ions. Other variants include, for example, the use of anion exchange membranes (AEM). In all variants, however, the transport of
Ladungsträger nicht, wie in den nachfolgend erläuterten Festoxid-Elektrolysezellen, in Form von Sauerstoffionen, sondern in Form der erläuterten Ladungsträger. Zu Details sei beispielsweise auf Delacourt et al. (2008), J. Electrochem. Soc. 155(1 ), B42-B49, DOI: 10.1 149/1 .2801871 , verwiesen. Charge carriers not, as in the below-explained solid oxide electrolysis cells, in the form of oxygen ions, but in the form of the described charge carriers. For details, see, for example, Delacourt et al. (2008) J. Electrochem. Soc. 155 (1), B42-B49, DOI: 10.1 149/1 .2801871.
Die Protonen oder andere entsprechende Ladungsträger werden über eine Membran selektiv von der Anoden- zur Kathodenseite übertragen. An der Kathode konkurrieren dann, je nach gewähltem Katalysator, die jeweiligen Bildungsreaktionen, so dass sich Synthesegase mit unterschiedlichen Wasserstoff/Kohlenmonoxid-Verhältnissen ergeben. Je nach Ausgestaltung des verwendeten Katalysators können bei der Niedertemperatur-Ko-Elektrolyse auch andere Wertprodukte gebildet werden. Bei der Hochtemperatur-(HT-)Ko-Elektrolyse, die unter Verwendung von Festoxid- Elektrolysezellen (engl. Solid Oxide Electrolysis Cell, SOEC) durchgeführt wird, werden die folgenden Kathodenreaktionen beobachtet bzw. postuliert: C02 + 2 e- -» CO + O2 (4)The protons or other corresponding charge carriers are selectively transferred via a membrane from the anode to the cathode side. Depending on the chosen catalyst, the respective formation reactions compete at the cathode, resulting in synthesis gases with different hydrogen / carbon monoxide ratios. Depending on the configuration of the catalyst used, other products of value may also be formed in the low-temperature co-electrolysis. In high temperature (HT) co-electrolysis carried out using solid oxide electrolysis cells (SOEC), the following cathode reactions are observed or postulated: C0 2 + 2 e - »CO + O 2 (4)
H20 + 2 e- -» H2 + O2- (5) H 2 0 + 2 e- - »H 2 + O 2 - (5)
Es laufen ferner folgende Anodenreaktion ab: 2 O2 — > 02 + 4 e- (6) The following anodic reaction also proceed: 2 O 2 -> 0 2 + 4 e- (6)
Die Sauerstoffionen werden hierbei im Wesentlichen selektiv über eine keramische Membran von der Anode zur Kathode geleitet. Es ist nicht vollständig geklärt, ob die Reaktion gemäß Reaktionsgleichung 4 in der dargestellten Weise abläuft. Es ist auch möglich, dass lediglich Wasserstoff elektrochemisch gebildet wird und Kohlenmonoxid sich entsprechend der umgekehrten Wassergas-Shiftreaktion in Anwesenheit von Kohlendioxid bildet: C02 + H2 H20 + CO (7) The oxygen ions are in this case conducted essentially selectively via a ceramic membrane from the anode to the cathode. It is not fully understood whether the reaction proceeds according to reaction equation 4 in the manner shown. It is also possible that only hydrogen is formed electrochemically and carbon monoxide forms according to the reverse water gas shift reaction in the presence of carbon dioxide: C0 2 + H 2 H 2 0 + CO (7)
In der Regel befindet sich das bei der Hochtemperatur-Ko-Elektrolyse gebildete Gasgemisch im Wassergas-Shift-Gleichgewicht (oder nahe bei diesem). Auf die vorliegende Erfindung hat die konkrete Art und Weise der Bildung des Kohlenmonoxids jedoch keinen Einfluss. In general, the gas mixture formed in the high-temperature co-electrolysis is in the water gas shift equilibrium (or close to this). However, the concrete nature of the formation of carbon monoxide has no influence on the present invention.
Weder bei der Hoch- noch bei der Niedertemperatur-Ko-Elektrolyse erfolgt i.d.R. ein vollständiger Umsatz von Kohlendioxid und Wasser, weshalb anschließend eine Abtrennung von Kohlendioxid erfolgen muss. Das Kohlendioxid kann zur Elektrolyse rezykliert werden. Das nach einer entsprechenden Abtrennung erhaltene Produkt ist ein Synthesegas mit je nach eingesetztem Katalysator unterschiedlichem Neither in the high-temperature nor in the low-temperature co-electrolysis i.d.R. a complete conversion of carbon dioxide and water, which is why a separation of carbon dioxide must then take place. The carbon dioxide can be recycled for electrolysis. The product obtained after a corresponding separation is a synthesis gas with different depending on the catalyst used
Wasserstoff/Kohlenmonoxid-Verhältnis. Hydrogen / carbon monoxide ratio.
Die Elektrolyse von Kohlendioxid mittels Festoxid-Elektrolysezellen ist beispielsweise in der WO 2014/154253 A1 , der WO 2013/131778 A2, der WO 2015/014527 A1 und der EP 2 940 773 A1 beschrieben. Hierbei ist auch eine analoge Prozessführung für die Ko-Elektrolyse und eine entsprechende Herstellung von Synthesegas erwähnt. In den genannten Druckschriften ist ferner eine Trennung von Kohlendioxid und The electrolysis of carbon dioxide by means of solid oxide electrolysis cells is described, for example, in WO 2014/154253 A1, WO 2013/131778 A2, WO 2015/014527 A1 and EP 2 940 773 A1. Here, an analogous process for the co-electrolysis and a corresponding production of synthesis gas is mentioned. In the cited documents is also a separation of carbon dioxide and
Kohlenmonoxid unter Verwendung von Absorptions-, Adsorptions-, Membran- und kryogenen Trennverfahren offenbart, jedoch werden keine Details zur konkreten Ausgestaltung und insbesondere zu einer Kombination der Verfahren angegeben. Carbon monoxide using absorption, adsorption, membrane and cryogenic separation methods disclosed, however, no details of the specific embodiment and in particular a combination of the methods are given.
Die Ko-Elektrolyse von Kohlendioxid mittels Festoxid-Elektrolysezellen zu Synthesegas ist bisher nur im Labormaßstab beschrieben worden. Es wird insbesondere auf einen entsprechenden Artikel von Foit et al. (2016), Angew. Chem. 129 (20), Seiten 5488 bis 5498, DOI: 10.1002/ange.201607552, verwiesen. The co-electrolysis of carbon dioxide by means of solid oxide electrolysis cells to synthesis gas has hitherto only been described on a laboratory scale. In particular, a corresponding article by Foit et al. (2016), Angew. Chem. 129 (20), pages 5488 to 5498, DOI: 10.1002 / anie.201607552.
Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, verbesserte Maßnahmen zur Herstellung von Kohlenmonoxid oder Synthesegas unter Einsatz einer Elektrolyse, insbesondere einer Niedertemperatur-(Ko-)Elektrolyse anzugeben. The present invention has as its object to provide improved measures for the production of carbon monoxide or synthesis gas using an electrolysis, in particular a low-temperature (co-) electrolysis.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Vor diesem Hintergrund schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Against this background, the present invention proposes a method for
Herstellung eines zumindest Kohlenmonoxid enthaltenden Gasprodukts und eine entsprechende Anlage mit den Merkmalen der jeweiligen unabhängigen Preparation of a gas product containing at least carbon monoxide and a corresponding plant with the characteristics of the respective independent
Patentansprüche vor. Bevorzugte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Patentansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung. Vor der Erläuterung der Vorteile der vorliegenden Erfindung sollen nachfolgend weitere Grundlagen erläutert und hier verwendete Begriffe definiert werden. Claims. Preferred embodiments are the subject of the dependent claims and the following description. Before explaining the advantages of the present invention, further basics will be explained below and terms used herein will be defined.
Unter einem "zumindest Kohlenmonoxid enthaltenden Gasprodukt" wird hier insbesondere Kohlenmonoxid unterschiedlicher Reinheiten oder aber Synthesegas oder ein vergleichbares Gasgemisch, also ein Gasgemisch, das neben Kohlenmonoxid zumindest auch nennenswerte Mengen an Wasserstoff enthält, verstanden. Under a "at least carbon monoxide-containing gas product" is here in particular carbon monoxide different purities or synthesis gas or a comparable gas mixture, ie a gas mixture containing not only carbon monoxide but also significant amounts of hydrogen understood.
Beispielsweise kann das zumindest Kohlenmonoxid enthaltende Gasprodukt For example, the at least carbon monoxide-containing gas product
Wasserstoff und Kohlenmonoxid in gleichen oder vergleichbaren Anteilen enthalten. Das molare Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenmonoxid in dem Gasprodukt kann insbesondere in einem Bereich von 1 :10 bis 10:1 , 2:8 bis 8:2 oder 4:6 bis 6:4 liegen, wobei der Molanteil von Wasserstoff und Kohlendioxid gemeinsam bei über 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% oder 99% liegen kann und ein etwaiger verbleibender Rest insbesondere aus Kohlendioxid oder sich inert verhaltenden Gasen wie Stickstoff oder Edelgasen der Luft gebildet sein kann. Das molare Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenmonoxid in dem Gasprodukt kann insbesondere bei ca. 1 oder ca. 2 oder ca. 3 liegen, die Stöchiometriezahl insbesondere bei ca. 2. Die Stöchiometriezahl SN drückt die Zusammensetzung des Synthesegases hinsichtlich der Komponenten Wasserstoff, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid aus, wobei jeweils Stoffmengenanteile x betrachtet werden. Sie berechnet sich zu SN = (x H2 - x C02) / (x CO + x C02). Hydrogen and carbon monoxide contained in equal or comparable proportions. The molar ratio of hydrogen to carbon monoxide in the gas product can in particular in a range of 1: 10 to 10: 1, 2: 8 to 8: 2 or 4: 6 to 6: 4, wherein the molar fraction of hydrogen and carbon dioxide together exceed 50%, 60%, 70%, 80 %, 90%, 95% or 99% can be and any remaining remainder may be formed in particular from carbon dioxide or inert gases such as nitrogen or noble gases of the air. The molar ratio of hydrogen to carbon monoxide in the gas product may be in particular about 1 or about 2 or about 3, the stoichiometry number in particular at about 2. The stoichiometric number SN expresses the composition of the synthesis gas with respect to the components hydrogen, carbon dioxide and carbon monoxide from, wherein each mole fractions are considered x. It is calculated as SN = (x H 2 -x C0 2 ) / (x CO + x C0 2 ).
Liegt in dem Rohgas kein oder wenig Wasserstoff vor, ist auch das Gasprodukt entsprechend arm an oder frei von Wasserstoff, es handelt sich also um ein an Kohlenmonoxid reiches Gasprodukt bzw. reines Kohlenmonoxid. If there is little or no hydrogen present in the raw gas, the gas product is correspondingly poor or free of hydrogen, ie it is a carbon monoxide-rich gas product or pure carbon monoxide.
Generell können Stoffströme, Gasgemische usw. im hier verwendeten Sprachgebrauch reich oder arm an einer oder mehreren Komponenten sein, wobei die Angabe "reich" für einen Gehalt von wenigstens 50%, 60%, 75%, 80%, 90%, 95%, 98%, 99%, 99,5%, 99,9% oder 99,99% und die Angabe "arm" für einen Gehalt von höchstens 50%, 40%, 25%, 20%, 10%, 5%, 2%, 1 %, 0,5%, 0,1 % oder 0,01 % auf molarer, Gewichts- oderIn general, streams, gas mixtures, etc. as used herein may be rich or poor in one or more components, with the term "rich" being for a content of at least 50%, 60%, 75%, 80%, 90%, 95%, 98%, 99%, 99.5%, 99.9% or 99.99% and the statement "poor" for a maximum content of 50%, 40%, 25%, 20%, 10%, 5%, 2 %, 1%, 0.5%, 0.1% or 0.01% on molar, weight or
Volumenbasis stehen kann. Sind mehrere Komponenten angegeben, bezieht sich die Angabe "reich" oder "arm" auf die Summe aller Komponenten. Ist hier beispielsweise von "Kohlenmonoxid" die Rede, kann es sich um ein Reingas, aber auch ein an Kohlenmonoxid reiches Gemisch handeln. Ein Gasgemisch, das "überwiegend" eine oder mehrere Komponenten enthält, ist insbesondere reich an dieser oder diesen im erläuterten Sinn. Volume base can stand. If more than one component is specified, the term "rich" or "poor" refers to the sum of all components. If, for example, "carbon monoxide" is mentioned here, it can be a pure gas or a mixture rich in carbon monoxide. A gas mixture containing "predominantly" one or more components is particularly rich in this or this in the sense explained.
Stoffströme, Gasgemische usw. können im hier verwendeten Sprachgebrauch außerdem "angereichert" oder "abgereichert" an einer oder mehreren Komponenten sein, wobei sich diese Begriffe auf einen Gehalt in einem Ausgangsgemisch beziehen. Sie sind "angereichert", wenn sie zumindest den 1 ,1 -fachen, 1 ,5-fachen, 2-fachen, 5- fachen, 10-fachen, 100-fachen oder 1 .000-fachen Gehalt, "abgereichert", wenn sie höchstens den 0,9-fachen, 0,75-fachen, 0,5-fachen, 0,1 -fachen, 0,01 -fachen oder 0,001 -fachen Gehalt einer oder mehrerer Komponenten, bezogen auf das Material streams, gas mixtures, etc. may also be "enriched" or "depleted" in one or more components as used herein, which terms refer to a content in a starting mixture. They are "enriched" if they are at least 1, 1, 5, 1, 5, 2, 5, 10, 100, or 1, 000 times, "depleted," if at most 0.9 times, 0.75 times, 0.5 times, 0.1 times, 0.01 times or 0.001 times the content of one or more components, based on the
Ausgangsgemisch, enthalten. Vorteile der Erfindung Starting mixture, contained. Advantages of the invention
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde als besonders vorteilhaft erkannt, Abwärme einer Niedertemperatur-Elektrolyse, die als Ko-Elektrolyse von Kohlendioxid und Wasser wie eingangs erläutert oder als reine Kohlendioxidelektrolyse ausgebildet sein kann, und der zumindest Kohlendioxid unter Erhalt von Kohlenmonoxid unterworfen wird, unter Einsatz einer Wärmepumpe zu einem oder mehreren weiteren Verfahrensschritten zu übertragen. In the context of the present invention, it has been found to be particularly advantageous to use waste heat from a low-temperature electrolysis, which can be formed as co-electrolysis of carbon dioxide and water, as explained above or as pure carbon dioxide electrolysis, and which is at least subjected to carbon dioxide to obtain carbon monoxide a heat pump to one or more further process steps to transfer.
Der Einsatz einer Wärmepumpe ist in diesem Zusammenhang besonders vorteilhaft, weil mittels dieser die auf einem vergleichsweise niedrigen Temperaturniveau anfallende Abwärme der Niedertemperatur-Elektrolyse auf ein höheres The use of a heat pump is particularly advantageous in this context, because by means of this at a relatively low temperature level resulting waste heat of low-temperature electrolysis to a higher
Temperaturniveau gebracht werden kann. Durch den Einsatz der vorliegenden Erfindung kann daher auch die ansonsten kaum nutzbare Abwärme der Temperature level can be brought. Through the use of the present invention, therefore, the otherwise hardly usable waste heat of
Niedertemperatur-Elektrolyse vorteilhaft eingesetzt werden. In herkömmlichen Verfahren wird Wärme insbesondere mittels Luftkühlern oder Kühlwasser abgeführt und aus der Anlage ausgeleitet. Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzte Wärmepumpe kann in grundsätzlich bekannter Weise ausgebildet sein und mittels eines oder mehrerer der auch nachfolgend noch angegebenen Arbeitsmittel betrieben werden. Das oder die Arbeitsmittel wird oder werden dabei insbesondere bei geringen Druck, d.h. auf einem unteren Druckniveau, durch die Wärme der Niedertemperatur-Elektrolyse verdampft. Das oder die Arbeitsmittel wird oder werden sodann mittels eines oder mehrerer Verdichter auf einen höheren Druck, d.h. auf ein oberes Druckniveau, verdichtet. Anschließend wird oder werden das oder die Arbeitsmittel auf dem oberen  Low-temperature electrolysis can be used advantageously. In conventional methods, heat is dissipated in particular by means of air coolers or cooling water and discharged from the system. The heat pump used in the context of the present invention may be formed in a fundamentally known manner and operated by means of one or more of the working medium also specified below. The or the working fluid is or will be particularly at low pressure, i. at a lower pressure level, vaporized by the heat of low-temperature electrolysis. The working fluid (s) will then be or will be pressurized to one of greater pressure, i. E., By one or more compressors. to an upper pressure level, compressed. Subsequently, or will the or the work equipment on the upper
Druckniveau kondensiert, indem Wärme an den oder die nachfolgend erläuterten verbrauchenden Prozesse übertragen wird. Nach der Wärmeübertragung, wird oder werden das oder die Arbeitsmittel wieder auf das untere Druckniveau entspannt und erreicht oder erreichen auf diese Weise wieder den Ausgangszustand. Zur abweichenden Funktion von Sorptionswärmepumpen, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung ebenfalls eingesetzt werden können, wird auf die Erläuterungen weiter unten verwiesen. Wird beispielsweise als Arbeitsmittel in einer Kompressionswärmepumpe Pressure level condenses by heat to the or the following explained consuming processes is transmitted. After the heat transfer, or the working fluid or is relaxed and reached again to the lower pressure level or reach in this way again the initial state. For the different function of sorption heat pumps, which can also be used in the context of the present invention, reference is made to the explanations below. For example, as a working fluid in a compression heat pump
beispielsweise Methanol eingesetzt, und liegt das untere Druckniveau bei ca. 2 bar abs. und das obere Druckniveau bei ca. 6 bar abs., so erfolgt die Verdampfung des Methanols auf dem unteren Druckniveau bei ca. 82 °C und die Kondensation auf dem oberen Druckniveau bei ca. 1 18 °C. Dabei werden beispielsweise 1 kW Wärme aus der Niedertemperatur-Elektrolyse abgeführt und zu dem oder den nachfolgenden For example, methanol used, and is the lower pressure level at about 2 bar abs. and the upper pressure level at about 6 bar abs., Evaporation of methanol at the lower pressure level at about 82 ° C and the condensation at the upper pressure level at about 1 18 ° C. In this case, for example, 1 kW of heat are removed from the low-temperature electrolysis and to the one or more downstream
Prozessen übertragen. Die zur Verdichtung auf das obere Druckniveau beträgt hier ca. 0,15 kW, und als weitere Kühlleistung zur Kondensation von bei der Entspannung auf das untere Druckniveau verdampfendem Methanol werden ca. 0,15 kW als weitere Kühlleistung, beispielsweise in einem Luftkühler, benötigt. Es werden somit aus der Abwärme der Niedertemperatur-Elektrolyse und ca. 0,15 kW zusätzlicher Leistung, beispielsweise Strom, ca. 1 kW höherwertige Wärme erzeugt. Dabei ist nur eine geringe zusätzliche Kühlleistung nötig. Insgesamt schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines zumindest Kohlenmonoxid enthaltenden Gasprodukts vor, bei dem ein zumindest Kohlendioxid enthaltender Elektrolyseeinsatz gebildet und unter Erhalt eines zumindest Kohlenmonoxid und Kohlendioxid enthaltenden Rohgases einer Niedertemperatur- Elektrolyse unterworfen wird, wobei der Elektrolyseeinsatz aus zumindest einem Teil eines Kohlendioxid enthaltenden Ausgangsgemischs unter Einsatz einer erstenTransfer processes. The compression to the upper pressure level here is about 0.15 kW, and as a further cooling capacity for the condensation of methanol evaporating in the expansion to the lower pressure level about 0.15 kW as additional cooling capacity, for example in an air cooler needed. Thus, from the waste heat of the low-temperature electrolysis and about 0.15 kW of additional power, for example electricity, about 1 kW of higher-grade heat is generated. Only a small additional cooling capacity is needed. Overall, the present invention proposes a method for producing a gas product comprising at least carbon monoxide, in which an electrolysis insert comprising at least carbon dioxide is formed and subjected to low-temperature electrolysis to obtain a crude gas containing at least carbon monoxide and carbon dioxide, the electrolysis insert comprising at least part of a carbon dioxide containing starting mixture using a first
Kohlendioxidabtrennung gebildet wird und/oder das Gasprodukt aus zumindest einem Teil des Rohgases unter Einsatz einer zweiten Kohlendioxidabtrennung gebildet wird. Der Elektrolyseeinsatz kann insbesondere auch weitere Komponenten, je nach Verfahrensbedingungen insbesondere Wasser, enthalten, er kann jedoch auch überwiegend oder ausschließlich aus Kohlendioxid bestehen. Entsprechend kann auch das Rohgas unterschiedliche weitere Komponenten umfassen, im Fall einer Carbon dioxide separation is formed and / or the gas product is formed from at least a portion of the raw gas using a second carbon dioxide separation. The electrolysis insert may in particular also contain other components, depending on the process conditions, in particular water, but it may also consist predominantly or exclusively of carbon dioxide. Accordingly, the raw gas may include various other components, in the case of
Niedertemperatur-Ko-Elektrolyse insbesondere Wasserstoff und Wasser. Low-temperature co-electrolysis, in particular hydrogen and water.
Entsprechende weitere Komponenten können ebenfalls abgetrennt werden. Der Kohlendioxidabtrennung kann dabei ein Teil des Rohgases auch nach einer entsprechenden Abtrennung weiterer Komponenten wie Wasser unterworfen werden. Corresponding further components can also be separated off. The carbon dioxide removal can be subjected to a portion of the raw gas even after a corresponding separation of other components such as water.
Die bei der Bildung des Gasprodukts eingesetzte zweite Kohlendioxidabtrennung kann insbesondere auch zur Bildung einer Kohlendioxid enthaltenden Fraktion verwendet werden, die ihrerseits zumindest zum Teil bei der Bildung des Elektrolyseeinsatzes verwendet werden kann. Mit anderen Worten kann das hierbei abgetrennte The second separation of carbon dioxide used in the formation of the gas product can in particular also be used to form a fraction containing carbon dioxide, which in turn is at least partly used in the formation of the electrolysis insert can be used. In other words, this can be separated
Kohlendioxid in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung rezykliert werden. Carbon dioxide be recycled in the process of the present invention.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass Abwärme der In the context of the present invention, it is provided that waste heat of the
Niedertemperatur-Elektrolyse unter Verwendung einer Wärmepumpe aus der Low-temperature electrolysis using a heat pump from the
Niedertemperatur-Elektrolyse abgeführt und zumindest teilweise zu der ersten und/oder der zweiten Kohlendioxidabtrennung und/oder zu wenigstens einem dem Verfahren zugeordneten weiteren Verfahrensschritt übertragen wird. Die Vorteile der Verwendung einer entsprechenden Wärmepumpe wurden bereits zuvor erläutert. Sie liegen, wie erwähnt, insbesondere darin, dass mittels der Wärmepumpe die auf einem vergleichsweise niedrigen Temperaturniveau anfallende Abwärme der Low-temperature electrolysis dissipated and at least partially to the first and / or the second carbon dioxide separation and / or at least one method assigned to the further process step is transferred. The advantages of using a corresponding heat pump have been explained previously. They are, as mentioned, in particular, that by means of the heat pump resulting at a relatively low temperature level waste heat of
Niedertemperatur-Elektrolyse auf ein höheres Temperaturniveau gebracht und auf diesem vorteilhaft genutzt werden kann. Mit anderen Worten kann aus eher geringerwertiger Wärme höherwertige Wärme erzeugt werden. Low-temperature electrolysis brought to a higher temperature level and can be used to advantage. In other words, higher-grade heat can be generated from rather low-grade heat.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die erste und/oder die zweite In the method according to the invention, the first and / or the second
Kohlendioxidabtrennung eine Wäsche umfassen, bei der eine Waschflüssigkeit mit Kohlendioxid beladen und durch Austreiben des Kohlendioxids mittels der Kohldioxidabtrennung comprise a laundry in which a washing liquid loaded with carbon dioxide and by expelling the carbon dioxide by means of
Waschflüssigkeit zugeführter Regenerationswärme regeneriert wird. Entsprechende Wäschen sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt. Auf die einschlägige Fachliteratur wird verwiesen. Bei entsprechenden Wäschen wird ein zu bearbeitendes Fluid, im vorliegenden Fall das Rohgas oder ein unter Verwendung eines Teils des Rohgases gebildetes Gasgemisch, mit einer Waschflüssigkeit geeigneter Art in Kontakt gebracht. Dies erfolgt typischerweise in einer entsprechenden Kolonne mit geeigneten Einbauten. Die Waschflüssigkeit wird dabei so gewählt, dass die in dem Fluid enthaltene, abzutrennende Komponente, im vorliegenden Fall Kohlendioxid, sich zu einem möglichst großen Teil in der Waschflüssigkeit löst oder bindet. Die Washing liquid supplied regeneration heat is regenerated. Corresponding washes are known in principle from the prior art. Reference is made to the relevant literature. In the case of corresponding washes, a fluid to be processed, in the present case the raw gas or a gas mixture formed using a part of the raw gas, is brought into contact with a washing liquid of suitable type. This is typically done in a corresponding column with suitable internals. The washing liquid is chosen so that the component contained in the fluid to be separated, in this case carbon dioxide, dissolves or binds as much as possible in the washing liquid. The
Waschflüssigkeit kann regeneriert werden, indem diese in einem weiteren Apparat, insbesondere einer weiteren Kolonne, erwärmt wird, wodurch die gelöste oder gebundene Komponente ausgetrieben wird. Die in diesem Zusammenhang eingesetzte Wärme wird hier als "Regenerationswärme" bezeichnet. Sie wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere mittels der Wärmepumpe unter Einsatz von Abwärme der Niedertemperatur-Elektrolyse bereitgestellt. Das hierbei erzielbare Temperaturniveau eignet sich besonders für einen entsprechenden Einsatz. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann insbesondere auch eine sogenannte Direct Air Capture, also eine Direktentfernung von Kohlendioxid vorgenommen werden. Hierbei handelt es sich um eine Adsorption bzw. eine Mischung von Adsorption und Absorption, wobei ein flüssiges Absorbens wird auf einem Festkörper aufgebracht ist und dort durch Adhäsions- und/oder Kohäsionskräfte festgehalten wird. Ein Washing liquid can be regenerated by heating it in another apparatus, in particular another column, whereby the dissolved or bound component is expelled. The heat used in this context is referred to herein as "regeneration heat". It is provided in the context of the present invention, in particular by means of the heat pump using waste heat of low-temperature electrolysis. The achievable temperature level is particularly suitable for a corresponding use. In the context of the present invention, in particular, a so-called direct air capture, ie a direct removal of carbon dioxide can be made. This is an adsorption or a mixture of adsorption and absorption, wherein a liquid absorbent is applied to a solid and is held there by adhesion and / or cohesive forces. One
entsprechendes kombiniertes Trennprinzip ist dabei nicht auf die klassische Direct Air Capture beschränkt sondern kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch in anderem Kontext eingesetzt werden. Auch hier erfolgt eine Regeneration mit Wärme, also "Regenerationswärme" wie bereits oben erläutert. Neben die für die Direct Air Capture typischen Aminen als Adsorptionsmitteln können im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch ionische Flüssigkeiten verwendet werden. Zu weiteren Details bezüglich entsprechender Verfahren sei ebenfalls auf einschlägige Fachliteratur, beispielsweise auf die Veröffentlichung "Direct Air Capture of C02 with Chemicals, a Technology Assessment for the Panel on Public Affairs" der American Physical Society vom 1 . Juni 2011 verwiesen. Corresponding combined separation principle is not limited to the classic direct air capture but can be used in the context of the present invention in other context. Again, there is a regeneration with heat, so "regeneration heat" as already explained above. In addition to the typical for direct air capture amines as adsorbents and ionic liquids can be used in the present invention. For further details regarding any procedure is also on relevant literature, for example, to the publication "Direct Air Capture of C0 2 with Chemicals, a technology assessment for the Panel on Public Affairs" of the American Physical Society from the first June 2011 referenced.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass die erste und/oder die zweite Kohlendioxidabtrennung eine Adsorption umfasst, bei der ein Adsorbens mit Kohlendioxid beladen und durch Desorbieren des Kohlendioxids mittels dem Adsorbens zugeführter Regenerationswärme regeneriert wird. Auch die Verwendung adsorptiver Verfahren zur Entfernung von bestimmten Komponenten aus Gasgemischen ist grundsätzlich bekannt und in der Literatur beschrieben. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann insbesondere eine In the context of the present invention, alternatively or additionally, it can be provided that the first and / or the second carbon dioxide separation comprises an adsorption in which an adsorbent is charged with carbon dioxide and regenerated by desorbing the carbon dioxide by means of regeneration heat supplied by the adsorbent. The use of adsorptive processes for the removal of certain components from gas mixtures is also known in principle and described in the literature. In the context of the present invention, in particular a
Temperaturwechseladsorption zum Einsatz kommen. Insbesondere kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch eine Kombination von Adsorption und Absorption erfolgen, wie zuvor anhand des Beispiels der Direct Air Capture erwähnt. Temperature change adsorption are used. In particular, in the context of the present invention, a combination of adsorption and absorption can also take place, as mentioned above with reference to the example of direct air capture.
Die Temperaturwechseladsorption macht sich die Temperaturabhängigkeit von Adsorptionsvorgängen zunutze. Ein Adsorbens, das in einem geeigneten The temperature swing adsorption takes advantage of the temperature dependence of adsorption processes. An adsorbent that is in a suitable
Adsorberbehälter untergebracht ist, wird dabei in einem Betriebstakt auf einem niedrigeren Temperaturniveau mit dem zu trennenden Gasgemischstrom durchströmt und hierbei mit der oder den jeweils abzutrennenden Komponenten aus dem Adsorberbehälter is housed, is thereby flows in an operating cycle at a lower temperature level with the gas mixture stream to be separated and in this case with the or each separated components from the
Gasgemischstrom beladen. In einem nachfolgenden Betriebstakt kann das Adsorbens dann durch Erwärmen, d.h. Einbringen thermischer Energie, von dieser oder diesen Komponenten weitgehend befreit und auf diese Weise regeneriert werden. Für den kontinuierlichen Betrieb einer Temperaturwechseladsorptionsanlage sind daher mindestens zwei Adsorptionseinheiten erforderlich, damit stets eine der Loading mixed gas stream. In a subsequent operating cycle, the adsorbent can then be largely freed by heating, ie introducing thermal energy, from this or these components and regenerated in this way. For the Therefore, at least two adsorption units are required for continuous operation of a temperature change adsorption system, so that one of the
Adsorptionseinheiten mit dem zu trennenden Gasgemischstrom durchströmt und damit zur Trennung des Gasgemischstroms verwendet werden kann. Auch dies kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung erfolgen. Auch die in diesem Zusammenhang eingesetzte Wärme wird hier als "Regenerationswärme" bezeichnet. Auch sie kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere mittels der Wärmepumpe unter Einsatz von Abwärme der Niedertemperatur-Elektrolyse bereitgestellt werden. Das hierbei erzielbare Temperaturniveau eignet sich auch besonders für einen Einsatz in einem adsorptiven Verfahren wie erläutert. Adsorption with the gas mixture stream to be separated flows through and thus can be used to separate the gas mixture stream. This too can be done within the scope of the present invention. The heat used in this context is referred to here as "regeneration heat". It can also be provided in the context of the present invention, in particular by means of the heat pump using waste heat of low-temperature electrolysis. The achievable temperature level is also particularly suitable for use in an adsorptive process as explained.
Mit anderen Worten umfasst im Rahmen der vorliegenden Erfindung die In other words, in the context of the present invention, the
Regenerationswärme für die absorptive oder adsorptive Kohlendioxidabtrennung zumindest einen Teil der unter Verwendung der Wärmepumpe aus der Regeneration heat for absorptive or adsorptive carbon dioxide removal at least part of the heat pump from the
Niedertemperatur-Elektrolyse übertragene Abwärme. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können auch unterschiedliche Betriebsmittelströme auf unterschiedlichen Temperaturniveaus und in unterschiedlichen Mengen zum Einsatz kommen. Low-temperature electrolysis transferred waste heat. In the context of the present invention, it is also possible to use different operating medium flows at different temperature levels and in different quantities.
Eine Wäsche, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung in der ersten und/oder in der zweiten Kohlendioxidentfernung zum Einsatz kommen kann, kann, wie bereits angesprochen, insbesondere in Form einer chemischen und/oder einer physikalischen Wäsche durchgeführt werden. Auch hier sind also Kombinationen in Form von physikalisch-chemischen Wäschen möglich. Bei einer chemischen Wäsche erfolgt dabei eine Bindung einer in der Waschflüssigkeit enthaltenen Komponente mit der abzutrennenden Komponente, hier Kohlendioxid. Bei einer physikalischen Wäsche erfolgt eine rein physikalische Absorption ohne chemische Bindung. Auch A laundry, which can be used in the context of the present invention in the first and / or in the second carbon dioxide removal, can, as already mentioned, be carried out in particular in the form of a chemical and / or a physical wash. Here, too, combinations in the form of physico-chemical washes are possible. In a chemical washing, a binding of a component contained in the washing liquid with the component to be separated takes place, here carbon dioxide. In a physical wash is a purely physical absorption without chemical bonding. Also
Mischverfahren und Kombinationsverfahren sind bekannt und können im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann die Wäsche insbesondere unter Verwendung einer oder mehrerer Verbindungen erfolgen, die aus anorganischen Carbonaten, Aminen, Alkoholen (insbesondere Methanol), einem oder mehreren organischen Methyl- oder Ethylestern (insbesondere Methyl- oder Ethylacetat), einem oder mehreren organischen Methyl- oder Ethylethern (insbesondere Dimethylether), Polyethylenglycol, Aceton, Acetonitril, n-Methylpyrrolidon, Dimethylformamid oder Acetonitril ausgewählt sind. Als Wäscheverfahren können im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere Selexol-, Genosorb- und/oder Purisolverfahren durchgeführt werden. Mixing methods and combination methods are known and can be used in the context of the present invention. In the context of the present invention, the washing can be carried out in particular by using one or more compounds which consist of inorganic carbonates, amines, alcohols (in particular methanol), one or more organic methyl or ethyl esters (in particular methyl or ethyl acetate), one or more organic compounds Methyl or ethyl ethers (especially dimethyl ether), polyethylene glycol, acetone, acetonitrile, n-methylpyrrolidone, dimethylformamide or Acetonitrile are selected. In the context of the present invention, particular preference may be given to using selexol, Genosorb and / or purisol processes as the laundry process.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann die Niedertemperatur-Elektrolyse insbesondere auf einem Elektrolysetemperaturniveau durchgeführt werden, das 20 bis 100 °C, insbesondere 40 bis 80 °C beträgt. Eine Niedertemperatur-Elektrolyse wird bei entsprechenden Temperaturniveaus insbesondere mit einem Wirkungsgrad von 30 bis 80%, insbesondere 40 bis 70% betrieben. Hiermit einher geht, dass typischerweise 20 bis 70%, insbesondere 30 bis 60% der eingesetzten Leistung als Abwärme abgeführt werden muss. Durch den Einsatz der Wärmepumpe im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann diese vergleichsweise große Abwärmemenge, die jedoch für den Einsatz in anderen Verfahrensschritten zunächst auf einem ungeeigneten  In the context of the present invention, the low-temperature electrolysis can be carried out in particular at an electrolysis temperature level which is 20 to 100 ° C., in particular 40 to 80 ° C. A low-temperature electrolysis is operated at appropriate temperature levels, in particular with an efficiency of 30 to 80%, in particular 40 to 70%. This entails that typically 20 to 70%, in particular 30 to 60% of the power used must be dissipated as waste heat. Through the use of the heat pump in the context of the present invention, this comparatively large amount of waste heat, but for use in other process steps initially on an unsuitable
Temperaturniveau vorliegt, dennoch genutzt werden. Wie mehrfach erläutert wird in einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung die Abwärme der Niedertemperatur-Elektrolyse vorteilhafterweise unter Verwendung der Wärmepumpe mittels eines oder mehrerer Arbeitsmittelströme auf einem oder mehreren Temperaturniveaus oberhalb des Elektrolysetemperaturniveaus übertragen. Zu Details und den mit einer entsprechenden Wärmeübertragung verbundenen Vorteilen sei auf die obigen Erläuterungen ausdrücklich verwiesen. Die Temperature level is present, yet be used. As explained several times, in a method according to the present invention, the waste heat of the low-temperature electrolysis is advantageously transferred using the heat pump by means of one or more working medium flows at one or more temperature levels above the electrolysis temperature level. For details and the advantages associated with a corresponding heat transfer, reference is expressly made to the above explanations. The
Temperaturerhöhung kann dabei insbesondere um 20 bis 100 K erfolgen, weiter insbesondere um 30 bis 50 K, beispielsweise um ca. 40 K. Je stärker der Druck in einer entsprechenden Wärmepumpe angehoben wird, desto stärker steigt die  Increase in temperature can be done in particular by 20 to 100 K, more particularly by 30 to 50 K, for example by about 40 K. The more the pressure is increased in a corresponding heat pump, the more it increases
Abgabetemperatur an, wie sich aus den bekannten Dampfdruckkurven, beispielsweise von Methanol, ergibt. Je stärker der Druck angehoben wird, umso mehr Delivery temperature, as is apparent from the known vapor pressure curves, such as methanol. The more the pressure is raised, the more
Kompressorenergie muss aufgewandt werden. Der Fachmann wählt die Compressor energy must be expended. The expert chooses the
Temperaturerhöhung daher nach Bedarf und unter Berücksichtigung des Temperature increase therefore as needed and taking into account the
Energiebedarfs aus. In einem entsprechenden Verfahren kann bzw. können grundsätzlich sämtliche Typen von Wärmepumpen, insbesondere klassische (Kompressions-)Wärmepumpen, aber auch sogenannte Sorptionswärmepumpen zum Einsatz kommen, wie sie Energy demand. In a corresponding method, all types of heat pumps, in particular conventional (compression) heat pumps, but also so-called sorption heat pumps can basically be used, as they are
beispielsweise aus dem Bereich der Haustechnik bekannt sind, aber auch in anderen Einsatzgebieten verwendet werden können. Es wird auf einschlägige Fachliteratur verwiesen, beispielsweise auf das Kapitel 7.2.6, "Sorptions-Wärmepumpen" bei Witz, B. (Bearb.), "Fachgerechte Planung und Ausführung von konventioneller und regenerativer Flaustechnik", Forum-Verlag 2015, ISBN 978-3-86586-187-0. For example, in the field of building services are known, but can also be used in other applications. Reference is made to relevant specialist literature, for example to Chapter 7.2.6, "Sorption heat pumps" at Witz, B. (Edit.), "Professional planning and execution of conventional and regenerative Flaustechnik", Forum-Verlag 2015, ISBN 978-3-86586-187-0.
Sorptionswärmepumpen unterscheiden sich von Kompressionswärmepumpen dadurch, dass ein oder mehrere Arbeitsmittel nicht mittels eines mechanischen Kompressors verdichtet wird oder werden. Es wird stattdessen ein sogenannter thermischer Verdichter eingesetzt. Sorptionswärmepumpen arbeiten wie Sorption heat pumps differ from compression heat pumps in that one or more working fluids are not or will be compressed by a mechanical compressor. Instead, a so-called thermal compressor is used. Sorption heat pumps work like
Kompressionswärmepumpen auf Grundlage eines Kreisprozesses. Allerdings wird hierbei nicht mechanische Antriebsenergie, beispielsweise erzeugt durch elektrischen Strom, sondern Wärme zur Verdichtung genutzt Sorptionswärmepumpen können nach den Grundprinzipien Absorption und Adsorption arbeiten und werden entsprechend auch als Absorptions- bzw. Adsorptionswärmepumpen bezeichnet. Compression heat pumps based on a cycle process. However, in this case not mechanical drive energy, for example generated by electric current, but heat is used for compression Sorption heat pump can operate on the basic principles of absorption and adsorption and are also referred to as absorption or Adsorptionswärmepumpen.
In einem Absorptionswärmetauscher wird ein Arbeitsmittel (beispielsweise Wasser) in einem Verdampfer verdampft. Das verdampfte Arbeitsmittel wird mittels eines weiteren Arbeitsmittels, des sogenannten Lösungsmittels (beispielsweise Lithiumbromid) absorbiert. Durch Wärmezufuhr wird das Arbeitsmittel auf einem höheren Druckniveau wieder aus dem Lösungsmittel ausgetrieben und gibt danach die Wärme in einem Kondensator als Heizenergie wieder ab. In einem Absorptionswärmetauscher kann auch beispielsweise Ammoniak als Arbeitsmittel und Wasser als Lösungsmittel eingesetzt werden. Absorptionswärmetauscher haben den besonderen Vorteil, dass für ihren Betrieb nur vergleichsweise wenig zusätzliche (elektrische) Energie benötigt wird, und zwar im Wesentlichen für eine Lösemittelpumpe, welche ein Arbeitsmittel- Lösungsmittel-Gemisch vom Verdampfer in den Austreiber transportiert. In an absorption heat exchanger, a working fluid (for example water) is evaporated in an evaporator. The vaporized working fluid is absorbed by means of another working medium, the so-called solvent (for example lithium bromide). By supplying heat, the working fluid is expelled from the solvent at a higher pressure level and thereafter releases the heat in a condenser as heating energy again. In an absorption heat exchanger, for example, ammonia can be used as a working fluid and water as a solvent. Absorption heat exchangers have the particular advantage that only comparatively little additional (electrical) energy is needed for their operation, essentially for a solvent pump, which transports a solvent-solvent mixture from the evaporator to the expeller.
Im Unterschied dazu beruht eine Adsorptionswärmepumpe auf der Wechselwirkung zwischen Adsorption und Desorption an einem porösen Feststoff (Adsorbens), beispielsweise Silikagel oder Zeolith. In einer Adsorptionswärmepumpe wird das mit dem Arbeitsmittel (beispielsweise Wasser) angereicherte Adsorbens durch In contrast, an adsorption heat pump relies on the interaction between adsorption and desorption on a porous solid (adsorbent), such as silica gel or zeolite. In an adsorption heat pump enriched with the working fluid (for example, water) adsorbent through
Wärmezufuhr getrocknet. Wasserdampf wird freigesetzt, der in den Kondensator strömt, wo Wärmeenergie an das Heizsystem abgegeben wird. Auch in einer Heat supply dried. Water vapor is released which flows into the condenser where heat energy is delivered to the heating system. Also in one
Adsorptionswärmepumpe wird im Wesentlichen lediglich Energie für den Transport des Arbeitsmittels, aber nicht zur Verdichtung benötigt. Wird eine Kompressionswärmepumpe eingesetzt, kann oder können der oder die Arbeitsmittelströme insbesondere unter Verwendung eines oder mehrerer Arbeitsmittel gebildet werden, das oder die wenigstens einen Kohlenwasserstoff und/oder wenigstens einen Alkohol, beispielsweise Methanol oder Ethanol, umfasst oder umfassen. Insbesondere eignen sich als Kohlenwasserstoffe dabei Propan, Butan und/oder Dimethylether. Entsprechende Kohlenwasserstoffe können in den hier in Frage kommenden Temperaturbereichen in Wärmepumpen genutzt werden. Mit entsprechenden nichtwässrigen Arbeitsmitteln betriebene Wärmepumpen werden auch als organische Rankine-Prozesse (engl. Organic Rankine Cycle, ORC) bezeichnet. Adsorption heat pump is essentially only energy needed for the transport of the working fluid, but not for compression. When a compression heat pump is employed, the fluid stream or streams may or may be formed using, in particular, one or more working fluids comprising or comprising at least one hydrocarbon and / or at least one alcohol, for example methanol or ethanol. In particular, propane, butane and / or dimethyl ether are suitable as hydrocarbons. Corresponding hydrocarbons can be used in heat pumps in the temperature ranges in question here. Heat pumps operated with appropriate non-aqueous working fluids are also referred to as Organic Rankine Cycle (ORC) processes.
In dem Verfahren der vorliegenden Erfindung kann entsprechende Abwärme alternativ oder zusätzlich zur Verwendung in der Kohlendioxidentfernung wie mehrfach erwähnt, auch in einem oder mehreren weiteren dem Verfahren zugeordneten In the process of the present invention, corresponding waste heat, alternatively or in addition to use in carbon dioxide removal, as mentioned several times, may also be associated with the process in one or more other
Verfahrensschritten verwendet werden. Der oder die weiteren Verfahrensschritte können insbesondere zur weiteren Bearbeitung zumindest eines Teils des Process steps are used. The further method step (s) may be used in particular for the further processing of at least part of the
Gasprodukts verwendet werden. Der oder die dem Verfahren zugeordneten weiteren Verfahrensschritte können dabei insbesondere einen oder mehrere aufbauende chemische Synthesereaktionen oder Trennschritte, die entsprechenden  Gas product can be used. The method step (s) assigned to the method may in particular comprise one or more constituent chemical synthesis reactions or separation steps, the corresponding ones
Synthesereaktionen nachgeschaltet sind, umfassen. Hierunter fallen beispielsweise die Synthese von Oxygenaten, wie Methanol; Ethanol, Dimethylether, Dimethylformamid, Dimethylcarbonat, Polyoxymethylendimethylether, Formaldehyd, Synthesis reactions downstream include. These include, for example, the synthesis of oxygenates, such as methanol; Ethanol, dimethyl ether, dimethylformamide, dimethyl carbonate, polyoxymethylene dimethyl ether, formaldehyde,
Methacrylsäuremethylester, Ameisen-, Essig- und Propionsäure. Ferner können entsprechende Synthesereaktionen auch die Erzeugung langkettiger Alkene und Alkane sowie von typischen Fischer-Tropsch-Produkten wie Kersoin, Benzin und Wachsen umfassen. Auch eine Herstellung von Phosgen oder Polycarbonaten kann vorgesehen sein. Die Synthesereaktion(en) kann bzw. können insbesondere eine Hydroformylierung und/oder eine Synthese wenigstens eines weiteren Alkohols umfassen. Die Hydroformylierung wird auch als Oxosynthese und seltener als Roelen-Synthese oder Roelen-Reaktion bezeichnet. Es handelt sich hierbei um eine homogen katalysierte Reaktion von Olefinen mit Kohlenmonoxid und Wasserstoff zur Herstellung von Aldehyden. Durch Hydrierung der primär entstehenden Aldehyde können dabei Alkohole wie n-Butanol gebildet werden. Als Hydroformylierungskatalysatoren können insbesondere metallorganische Cobalt- oder Rhodiumverbindungen eingesetzt werden. Die Hydroformylierung wird typischerweise bei Drücken von etwa 10 bar bis 100 bar und Temperaturen zwischen 40 und 200 °C durchgeführt. Zu weiteren Details und den bei der Hydroformylierung ablaufenden chemischen Reaktionsschritten sei auf einschlägige Fachliteratur verwiesen. Methyl methacrylate, formic, acetic and propionic acid. Further, corresponding synthetic reactions may include the generation of long chain alkenes and alkanes as well as typical Fischer-Tropsch products such as kersoin, gasoline, and waxes. Also, a preparation of phosgene or polycarbonates may be provided. The synthesis reaction (s) may in particular comprise a hydroformylation and / or a synthesis of at least one further alcohol. Hydroformylation is also referred to as oxo synthesis and more rarely as Roelen synthesis or Roelen reaction. It is a homogeneously catalyzed reaction of olefins with carbon monoxide and hydrogen to produce aldehydes. By hydrogenating the primary aldehydes, alcohols such as n-butanol can be formed. In particular organometallic cobalt or rhodium compounds can be used as hydroformylation catalysts. The hydroformylation is typically carried out at pressures of about 10 bar to 100 bar and temperatures between 40 and 200 ° C. For further details and the running in the hydroformylation chemical reaction steps refer to relevant literature.
Die Erfindung erstreckt sich auch auf eine Anlage zur Herstellung eines zumindest Kohlenmonoxid enthaltenden Gasprodukts, mit Mitteln, die dafür eingerichtet sind, einen zumindest Kohlendioxid enthaltenden Elektrolyseeinsatz zu bilden und Mitteln, die dafür eingerichtet sind, den Elektrolyseeinsatz unter Erhalt eines zumindest Kohlenmonoxid und Kohlendioxid enthaltenden Rohgases einer Niedertemperatur- Elektrolyse zu unterwerfen, wobei Mittel vorgesehen sind, die dafür eingerichtet sind, den Elektrolyseeinsatz aus zumindest einem Teil eines Kohlendioxid enthaltenden Ausgangsgemischs unter Einsatz einer ersten Kohlendioxidabtrennung zu bilden und/oder das Gasprodukt aus zumindest einem Teil des Rohgases unter Einsatz einer zweiten Kohlendioxidabtrennung zu bilden. Die Anlage zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass Mittel bereitgestellt sind, die eine Wärmepumpe umfassen, und die dafür eingerichtet sind, unter Verwendung der Wärmepumpe Abwärme aus der Niedertemperatur-Elektrolyse abzuführen und zumindest teilweise zu der ersten und/oder der zweiten Kohlendioxidabtrennung und/oder zu wenigstens einem dem Verfahren zugeordneten weiteren Verfahrensschritt zu übertragen. The invention also extends to a plant for producing a gas product containing at least carbon monoxide, comprising means adapted to form an electrolysis insert containing at least carbon dioxide and means adapted to use the electrolysis insert to obtain a raw gas containing at least carbon monoxide and carbon dioxide subject to a low-temperature electrolysis, wherein means are provided which are adapted to form the Elektrolyseeinsatz of at least a portion of a carbon dioxide-containing starting mixture using a first carbon dioxide separation and / or the gas product of at least a portion of the raw gas using a second carbon dioxide separation to build. According to the invention, the plant is characterized in that means are provided which comprise a heat pump and which are adapted to dissipate waste heat from the low-temperature electrolysis using the heat pump and at least partially to the first and / or the second carbon dioxide separation and / or to transfer to at least one further method step assigned to the method.
Zu Merkmalen und Vorteilen einer entsprechenden Anlage sei auf die obigen, das erfindungsgemäße Verfahren und seine Ausgestaltungen betreffenden Erläuterungen ausdrücklich verwiesen. Entsprechendes gilt auch für eine entsprechende Anlage, gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, die zur Durchführung eines entsprechenden Verfahrens eingerichtet ist. For features and advantages of a corresponding system is expressly made to the above, the method according to the invention and its embodiments explanations. The same applies to a corresponding system, according to an advantageous embodiment of the invention, which is set up to carry out a corresponding method.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, welche bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. The invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying drawings, which illustrate preferred embodiments of the present invention.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Figur 1 veranschaulicht eine Anlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung. Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen Figure 1 illustrates a system according to an embodiment of the invention in a schematic representation. Detailed description of the drawings
In Figur 1 ist eine Anlage gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht und insgesamt mit 100 bezeichnet. FIG. 1 illustrates a plant according to a particularly preferred embodiment of the invention and designated 100 as a whole.
Die zentrale Komponente der Anlage 100 ist eine Anordnung 10 zur Durchführung einer Niederdruck-Ko-Elektrolyse der eingangs erläuterten Art. Dieser wird ein Einsatzstrom A zugeführt, der zumindest Kohlendioxid und ggf. auch Wasser enthält. Gegebenenfalls separat der Anordnung 10 zur Durchführung der Niederdruck-Ko- Elektrolyse zugeführtes Wasser ist in Figur 1 nicht gesondert veranschaulicht. The central component of the system 100 is an arrangement 10 for carrying out a low-pressure co-electrolysis of the type described above. This is fed to a feed stream A which contains at least carbon dioxide and possibly also water. Optionally, separately from the arrangement 10 for carrying out the low-pressure co-electrolysis supplied water is not illustrated separately in Figure 1.
Aus der Anordnung 10 zur Durchführung der Niederdruck-Ko-Elektrolyse wird ein Rohgasstrom B ausgeführt, der insbesondere Kohlendmonoxid und nicht umgesetztes Kohlendioxid des Einsatzstroms A enthält. Der Rohgasstrom B kann insbesondere auch Wasserstoff und Wasser enthalten. Der Rohgasstrom B wird einer Anordnung 20 zur Kohlendioxidabtrennung zugeführt. From the arrangement 10 for carrying out the low-pressure co-electrolysis, a raw gas stream B is carried out, which contains in particular carbon monoxide and unreacted carbon dioxide of the feed stream A. The crude gas stream B may in particular also contain hydrogen and water. The crude gas stream B is fed to an arrangement 20 for carbon dioxide separation.
Die Anordnung 20 zur Kohlendioxidabtrennung kann zur adsorptiven oder absorptiven Entfernung von Kohlendioxid eingerichtet sein, wie sie grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt ist. Bei der absorptiven Entfernung kann es sich insbesondere um eine Amin- und/oder Laugewäsche handeln. Die adsorptive Entfernung kann unter Verwendung eines geeigneten Adsorptionsmaterials durchgeführt werden. Aus der Anordnung 20 zur Kohlendioxidabtrennung kann insbesondere ein The carbon dioxide separation assembly 20 may be adapted for adsorptive or absorptive carbon dioxide removal, as is well known in the art. In the absorptive removal may be in particular an amine and / or Laugewäsche. The adsorptive removal can be carried out using a suitable adsorbent material. From the arrangement 20 for carbon dioxide separation can in particular a
Produktstrom C ausgeführt werden, der überwiegend oder ausschließlich C product stream are carried out predominantly or exclusively
Kohlenmonoxid oder Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthalten kann. Ferner kann aus der Anordnung 20 ein kohlendioxidreicher Stoffstrom D aus- und in die Anordnung 10 zur Durchführung der Niederdruck-Ko-Elektrolyse zurückgeführt werden. Carbon monoxide or carbon monoxide and hydrogen may contain. Furthermore, a carbon dioxide-rich stream D can be discharged from the arrangement 20 and returned to the arrangement 10 for carrying out the low-pressure co-electrolysis.
Zur Bereitstellung des Einsatzstroms A kann insbesondere eine weitere Einrichtung 30 zur Kohlendioxidabtrennung verwendet werden, der ein Kohlendioxid enthaltender Ausgangsstrom E, beispielsweise ein Rauchgasstrom, zugeführt wird. Die weitere Anordnung 30 zur Kohlendioxidabtrennung kann ebenfalls zur adsorptiven und/oder absorptiven Entfernung von Kohlendioxid eingerichtet sein. In der Anordnung 10 zur Durchführung der Niederdruck-Ko-Elektrolyse anfallende Abwärme, hier mit F veranschaulicht, kann unter Verwendung einer Wärmepumpe 40, die unter Verwendung eines geeigneten Arbeitsmediums betrieben werden kann in die Einrichtung 20 zur Kohlendioxidabtrennung und/oder die weitere Einrichtung 30 zur Kohlendioxidabtrennung übertragen werden, wie mit G und H veranschaulicht. In order to provide the feed stream A, it is possible in particular to use a further device 30 for separating off carbon dioxide, to which is supplied a carbon dioxide-containing output stream E, for example a flue gas stream. The further arrangement 30 for separating off carbon dioxide can likewise be designed for the adsorptive and / or absorptive removal of carbon dioxide. In the arrangement 10 for performing the low-pressure co-electrolysis resulting waste heat, here illustrated with F, can by using a heat pump 40, which can be operated using a suitable working medium in the means 20 for carbon dioxide separation and / or the further means 30 for Carbon dioxide separation are transferred, as illustrated with G and H.

Claims

Patentansprüche claims
1 . Verfahren zur Herstellung eines zumindest Kohlenmonoxid enthaltenden 1 . Process for the preparation of an at least carbon monoxide-containing
Gasprodukts, bei dem ein zumindest Kohlendioxid enthaltender Elektrolyseeinsatz gebildet und unter Erhalt eines zumindest Kohlenmonoxid und Kohlendioxid enthaltenden Rohgases einer Niedertemperatur-Elektrolyse unterworfen wird, wobei der Elektrolyseeinsatz aus zumindest einem Teil eines Kohlendioxid enthaltenden Ausgangsgemischs unter Einsatz einer ersten  A gas product in which an at least carbon dioxide-containing Elektrolyseeinsatz is formed and subjected to a at least carbon monoxide and carbon dioxide-containing raw gas of a low-temperature electrolysis, wherein the electrolysis insert from at least a portion of a carbon dioxide-containing starting mixture using a first
Kohlendioxidabtrennung gebildet wird und/oder das Gasprodukt aus zumindest einem Teil des Rohgases unter Einsatz einer zweiten Kohlendioxidabtrennung gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass Abwärme der Niedertemperatur- Elektrolyse unter Verwendung einer Wärmepumpe aus der Niedertemperatur- Elektrolyse abgeführt und zumindest teilweise zu der ersten und/oder der zweiten Kohlendioxidabtrennung und/oder zu wenigstens einem dem Verfahren zugeordneten weiteren Verfahrensschritt übertragen wird.  Carbon dioxide separation is formed and / or the gas product is formed from at least a portion of the raw gas using a second carbon dioxide separation, characterized in that waste heat of the low-temperature electrolysis using a heat pump from the low-temperature electrolysis removed and at least partially to the first and / or the second carbon dioxide separation and / or at least one further process step associated with the method is transmitted.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem die erste und/oder die zweite 2. The method of claim 1, wherein the first and / or the second
Kohlendioxidabtrennung eine Wäsche umfasst, bei der eine Waschflüssigkeit mit Kohlendioxid beladen und durch Austreiben des Kohlendioxids mittels der Waschflüssigkeit zugeführter Regenerationswärme regeneriert wird.  Carbon dioxide separation comprises a laundry in which a washing liquid is loaded with carbon dioxide and regenerated by expelling the carbon dioxide by means of the washing liquid supplied heat of regeneration.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die erste und/oder die zweite 3. The method according to claim 1 or 2, wherein the first and / or the second
Kohlendioxidabtrennung eine Adsorption umfasst, bei der ein Adsorbens mit Kohlendioxid beladen und durch Desorbieren des Kohlendioxids mittels dem Adsorbens zugeführter Regenerationswärme regeneriert wird.  Carbon dioxide separation comprises an adsorption in which an adsorbent is loaded with carbon dioxide and regenerated by desorbing the carbon dioxide by means of the adsorbent supplied heat of regeneration.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die Regenerationswärme zumindest einen Teil der unter Verwendung der Wärmepumpe aus der Niedertemperatur- Elektrolyse übertragene Abwärme umfasst. 4. The method of claim 2 or 3, wherein the heat of regeneration comprises at least a portion of the transmitted using the heat pump from the low-temperature electrolysis waste heat.
5. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Wäsche als eine chemische und/oder als eine physikalische Wäsche durchgeführt wird. 5. The method of claim 2, wherein the laundry is performed as a chemical and / or as a physical wash.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Wäsche unter Verwendung einer oder mehrerer Verbindungen durchgeführt wird, die aus anorganischen Carbonaten, Aminen, Alkoholen, einem oder mehreren organischen Methyl- oder Ethylestern, einem oder mehreren organischen Methyl- oder Ethylethern, Polyethylenglycol, Aceton, Acetonitril, n-Methylpyrrolidon und Dimethylformamid ausgewählt sind und/oder bei dem ein Selexol-, Genosorb- und/oder Purisolverfahren durchgeführt wird. 6. A method according to claim 5, wherein the washing is carried out using one or more compounds selected from inorganic carbonates, Amines, alcohols, one or more organic methyl or ethyl esters, one or more organic methyl or ethyl ethers, polyethylene glycol, acetone, acetonitrile, n-methylpyrrolidone and dimethylformamide are selected and / or in which a Selexol, Genosorb and / or Purisolverfahren is carried out.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die 7. The method according to any one of the preceding claims, wherein the
Niedertemperatur-Elektrolyse auf einem Elektrolysetemperaturniveau durchgeführt wird, wobei das Elektrolysetemperaturniveau 20 bis 100 °C beträgt.  Low-temperature electrolysis is carried out at an electrolysis temperature level, wherein the electrolysis temperature level is 20 to 100 ° C.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Abwärme der Niedertemperatur- Elektrolyse unter Verwendung der Wärmepumpe mittels eines oder mehrerer Arbeitsmittelströme auf einem oder mehreren Temperaturniveaus oberhalb des Elektrolysetemperaturniveaus übertragen wird. 8. The method of claim 7, wherein the waste heat of the low-temperature electrolysis is transmitted using the heat pump by means of one or more working fluid streams at one or more temperature levels above the electrolysis temperature level.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem eine Kompressionswärmepumpe eingesetzt wird, wobei der oder die Arbeitsmittelströme unter Verwendung eines oder mehrerer Arbeitsmittel gebildet wird oder werden, das oder die wenigstens einen Kohlenwasserstoff und/oder wenigstens einen Alkohol umfasst oder umfassen und/oder bei dem eine Sorptionswärmepumpe verwendet wird. 9. The method of claim 8, wherein a compression heat pump is used, wherein the or the working fluid streams is or are formed using one or more working fluid, which comprises or comprise at least one hydrocarbon and / or at least one alcohol and / or in which a sorption heat pump is used.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der oder die Kohlenwasserstoffe Propan, Butan und/oder Dimethylether umfasst oder umfassen. The process of claim 9 wherein the hydrocarbon (s) comprises or comprises propane, butane and / or dimethyl ether.
1 1 . Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der oder die dem1 1. Method according to one of the preceding claims, in which the one or more
Verfahren zugeordneten weiteren Verfahrensschritte zur weiteren Bearbeitung zumindest eines Teils des Gasprodukts verwendet wird oder werden. Method assigned further method steps for further processing at least a portion of the gas product is or will be used.
12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , bei dem der oder die dem Verfahren zugeordneten weiteren Verfahrensschritte eine oder mehrere aufbauende chemische 12. The method of claim 1 1, wherein the one or more associated with the method further process steps one or more constituent chemical
Synthesereaktionen und/oder einen oder mehrere Trennschritte, die der oder den Synthesereaktionen nachgeschaltet sind, umfassen. Synthesis reactions and / or one or more separation steps downstream of the synthesis reaction (s).
13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die eine oder die mehreren aufbauenden chemischen Synthesereaktionen eine Hydroformylierung und/oder eine Synthese wenigstens eines weiteren Alkohols umfasst oder umfassen. 13. The method of claim 12, wherein the one or more constituent chemical synthesis reactions comprise or comprise a hydroformylation and / or a synthesis of at least one further alcohol.
14. Anlage (100) zur Herstellung eines zumindest Kohlenmonoxid enthaltenden 14. Plant (100) for producing a carbon monoxide containing at least
Gasprodukts, mit Mitteln, die dafür eingerichtet sind, einen zumindest Kohlendioxid enthaltenden Elektrolyseeinsatz zu bilden und Mitteln, die dafür eingerichtet sind, den Elektrolyseeinsatz unter Erhalt eines zumindest Kohlenmonoxid und  A gas product, comprising means adapted to form an at least carbon dioxide-containing electrolysis insert and means adapted to carry out the use of electrolysis to obtain at least carbon monoxide and
Kohlendioxid enthaltenden Rohgases einer Niedertemperatur-Elektrolyse zu unterwerfen, wobei Mittel vorgesehen sind, die dafür eingerichtet sind, den Carbon dioxide-containing raw gas to be subjected to a low-temperature electrolysis, wherein means are provided which are adapted to the
Elektrolyseeinsatz aus zumindest einem Teil eines Kohlendioxid enthaltenden Ausgangsgemischs unter Einsatz einer ersten Kohlendioxidabtrennung zu bilden und/oder das Gasprodukt aus zumindest einem Teil des Rohgases unter Einsatz einer zweiten Kohlendioxidabtrennung zu bilden, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel bereitgestellt sind, die eine Wärmepumpe umfassen, und die dafür eingerichtet sind, unter Verwendung der Wärmepumpe Abwärme aus der Niedertemperatur-Elektrolyse abzuführen und zumindest teilweise zu der ersten und/oder der zweiten Kohlendioxidabtrennung und/oder zu wenigstens einem dem Verfahren zugeordneten weiteren Verfahrensschritt zu übertragen. Forming electrolysis insert from at least part of a carbon dioxide-containing starting mixture using a first carbon dioxide separation and / or to form the gas product from at least part of the raw gas using a second carbon dioxide separation, characterized in that means are provided which comprise a heat pump, and adapted to dissipate waste heat from the low-temperature electrolysis using the heat pump and at least partially to the first and / or the second carbon dioxide separation and / or at least one assigned to the method further process step.
15. Anlage (100) nach Anspruch 14, die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 eingerichtet ist. 15. Plant (100) according to claim 14, which is adapted to carry out a method according to one of claims 1 to 12.
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