RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP 2047071 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego: 21.07.2007 07786251.4 (97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono: 27.11.2013 Europejski Biuletyn Patentowy 2013/48 EP 2047071 B1 (13) (51) T3 Int.Cl. C07C 29/151 (2006.01) C10G 2/00 (2006.01) F01K 17/04 (2006.01) F01K 13/00 (2006.01) (54) Tytuł wynalazku: Sposób zmniejszenia emisji CO 2 z instalacji elektrowni opalanych paliwami kopalnymi (30) Pierwszeństwo: 27.07.2006 DE 102006034712 (43) Zgłoszenie ogłoszono: 15.04.2009 w Europejskim Biuletynie Patentowym nr 2009/16 (45) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono: 30.04.2014 Wiadomości Urzędu Patentowego 2014/04 (73) Uprawniony z patentu: STEAG New Energies GmbH, Saarbrücken, DE IZES ggmbh, Saarbrücken, DE (72) Twórca(y) wynalazku: PL/EP 2047071 T3 ANDREAS DENGEL, Neunkirchen, DE HEINZ-KURT DÖRR, St. Ingbert-Hassel, DE BODO GROSS, Riegelsberg, DE (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Magdalena Augustyniak POLSERVICE KANCELARIA RZECZNIKÓW PATENTOWYCH SP. Z O.O. ul. Bluszczańska 73 00-712 Warszawa Uwaga: W ciągu dziewięciu miesięcy od publikacji informacji o udzieleniu patentu europejskiego, każda osoba może wnieść do Europejskiego Urzędu Patentowego sprzeciw dotyczący udzielonego patentu europejskiego. Sprzeciw wnosi się w formie uzasadnionego na piśmie oświadczenia. Uważa się go za wniesiony dopiero z chwilą wniesienia opłaty za sprzeciw (Art. 99 (1) Konwencji o udzielaniu patentów europejskich).
2 OK-II-27-28/P33830PL00 EP2047071B1 Opis [0001] Wynalazek dotyczy sposobu zmniejszenia emisji CO 2 z instalacji elektrowni opalanych paliwami kopalnymi, w którym syntetyzuje się węglowodory z wodoru i dwutlenku węgla zawartego w gazie spalinowym z instalacji elektrowni i w którym uzyskuje się elektrolitycznie wodór przy użyciu części energii elektrycznej wytworzonej przez instalację elektrowni. [0002] Sposoby tego rodzaju pochodzą z US-A-5342702 i EP-A- 0529244. Wodór stosowany do syntezy metanolu korzystnie wytwarza się w fazach niewielkiego zapotrzebowania na energię elektryczną, zwłaszcza podczas godzin nocnych, a w międzyczasie przechowuje się. [0003] U podstawy wynalazku jest zadanie stworzenia nowego sposobu, podanego na wstępie rodzaju, który umożliwia zmniejszenie emisji CO 2 z elektrowni przy obniżonym nakładzie energii i nakładzie budowlanym, zwłaszcza dla uzyskiwania wodoru. [0004] Sposób według wynalazku będący rozwiązaniem tego zadania charakteryzuje się tym, że do elektrolitycznego uzyskiwania wodoru stosuje się rezerwę energii elektrycznej wytworzonej przez instalację elektrowni, która może być dostępna w krótkim czasie [niem. kurzfristig] w ramach pierwotnej regulacji częstotliwości sieci, i że ciepło ewentualnie wymagane do syntezy pobiera się z gazu spalinowego, a ciepło uwalniane podczas syntezy wprowadza się do powietrza do spalania. [0005] Potrzebny wodór uzyskuje się elektrolitycznie przy użyciu części energii elektrycznej wytworzonej przez samą instalację elektrowni, przy czym do uzyskiwania wodoru
3 stosuje się rezerwę energii elektrycznej wytworzonej przez instalację elektrowni, która może być dostępna w krótkim czasie w ramach pierwotnej regulacji częstotliwości sieci, jak to opisano w niemieckim zgłoszeniu patentowym 10 2005 001 009.1. W przypadku wymaganego wsparcia częstotliwości sieci w ramach pierwotnej regulacji można przerwać elektrolizę i wprowadzić w krótkim czasie odpowiedni udział energii do sieci. [0006] Węglowodory wytworzone z wodoru i CO 2 w gazie spalinowym można łatwiej wykorzystywać niż powstający wodór i np. przez typowe struktury rozprowadzać jako paliwa. [0007] Jako wytwarzane paliwa w rachubę wchodzi zwłaszcza metanol, ale również węglowodory o dłuższych łańcuchach. [0008] Z gazu spalinowego z instalacji elektrowni odpowiednio odgałęzia się częściowy strumień, ewentualnie nawet całość strumienia, z taką ilością CO 2, która pozostaje w odpowiednim stosunku stechiometrycznym do ilości wodoru dostępnego do syntezy. [0009] Odpowiednio, gaz spalinowy przed syntezą jest poddawany oczyszczaniu, np. przemywaniu gazu, ew. ciśnieniowemu przemywaniu gazu. [0010] Dodatkowo można w ramach syntezy węglowodorów zastosować gazy zawierające metan, takie jak gaz kopalniany, biogaz lub gaz gnilny. [0011] Przy wytwarzaniu metanolu w ramach syntezy przebiegającej np. w ok. 350 C może obok dwutlenku węgla obecnego w gazie spalinowym uczestniczyć w syntezie także zawarty w nim tlen. [0012] Wynalazek zostanie bliżej wyjaśniony poniżej na podstawie przykładów wykonania oraz załączonych rysunków,
4 odnoszących się do tych przykładów wykonania. Przedstawiają one: Fig. 1 - schematyczne przedstawienie instalacji elektrowni, w której przeprowadza się sposób według wynalazku, i Fig. 2 - część instalacji elektrowni według drugiego przykładu wykonania niniejszego wynalazku. [0013] Do kotła 1 instalacji elektrowni opalanej paliwem kopalnym wchodzą przewody 2 do 4, którymi doprowadza się do kotła powietrze do spalania, wodę (demineralizowaną) i paliwo. [0014] Para wytworzona przez kocioł dociera przez przewód 5 do turbiny 6, która napędza generator 7. Część energii elektrycznej wytworzonej przez generator 7 podczas normalnej eksploatacji instalacji elektrowni doprowadza się nie do sieci lecz do urządzenia do elektrolizy 8, wytwarzającego tlen i wodór z wody. W przypadku wymaganego wsparcia częstotliwości sieci przez instalację elektrowni w krótkim czasie, do zasilenia sieci jest do dyspozycji udział energii elektrycznej stosowany do elektrolizy. [0015] Gazy spalinowe wychodzące z kotła 1 przez przewód 9 docierają do atmosfery przez urządzenie 10, które usuwa tlenki azotu, urządzenie filtrujące 11 do odpylania i instalację do odsiarczania gazu spalinowego 12. [0016] Z odsiarczonego gazu spalinowego można przez przewód 13 odgałęzić częściowy strumień i doprowadzić do instalacji płuczki gazowej 14, tu instalacji ciśnieniowej płuczki gazowej. [0017] Gaz spalinowy poddany ciśnieniowemu przemywaniu gazu dociera przez przewód 16 do reaktora syntezy 18, do którego ponadto doprowadza się przez przewód 17 wodór wytworzony
5 przez urządzenie do elektrolizy 8. Do reaktora syntezy 18 podłączona jest przez przewód 19 instalacja rozdzielająca 20 z przewodem wyprowadzającym 21. [0018] W reaktorze syntezy 18 można z zawartego w gazie spalinowym dwutlenku węgla i doprowadzanego przez przewód 17 wodoru, zsyntetyzować metanol, który można stosować jako paliwo lub produkt wyjściowy dla innych paliw. Podstawą syntezy metanolu są następujące równania reakcji: CO 2 + H 2 CO + H 2 O(g) 2H 2 + CO CH 3 OH CO 2 + 3 H 2 CH 3 OH + H 2 O(g). [0019] Także ilość tlenu zawarta w gazie spalinowym może uczestniczyć w syntezie metanolu zgodnie z następującą reakcją: O 2 + 3CO 2 + 11 H 2 3CH 3 OH + 5H 2 O(g). [0020] Metanol i wodę utworzone w reaktorze syntezy 18 oddziela się od siebie w kolejnej instalacji 20 i metanol odprowadza się przez przewód 21. [0021] Bilans energii procesu syntezy przebiegającego tu w około 350 C jest ogólnie dodatni, tak że użyteczna energia cieplna pozostaje do dyspozycji dla instalacji elektrowni. [0022] Według przykładu wykonania z Fig. 2, można wykorzystać energię cieplną wytworzoną przez reaktor syntezy 18a do wstępnego ogrzewania powietrza do spalania doprowadzanego do kotła 1a poprzez przewód 2a. Zastosowany tu obieg do przenoszenia ciepła 22 posiada wymiennik ciepła 23 odprowadzający ciepło z reaktora syntezy 18a i wymiennik ciepła 24 oddający ciepło do powietrza do spalania. [0023] W fazach o ujemnym bilansie energetycznym, np. w fazie rozruchu, można przez obieg do przenoszenia ciepła 25 z
6 wymiennikami ciepła 26 i 27 przenosić ciepło z gazu spalinowego odprowadzanego z kotła 1a poprzez przewód wylotowy 9a, do reaktora syntezy 18a. [0024] Alternatywnie do metanolu można syntetyzować także węglowodory o dłuższym łańcuchu zawierające kilka grup -CH 2 -, które można zastosować zwłaszcza jako paliwa, przy czym synteza opiera się na następujących równaniach reakcji: CO 2 + H 2 CO + H 2 O(g) 2H 2 + CO -(CH 2 )- +H 2 O(g) CO 2 + 3H 2 -(CH 2 )- + 2H 2 O(g). Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób zmniejszenia emisji CO 2 z instalacji elektrowni opalanych paliwami kopalnymi, w którym z wodoru i dwutlenku węgla zawartego w gazie spalinowym instalacji elektrowni syntetyzuje się węglowodory i w którym elektrolitycznie uzyskuje się wodór przy użyciu części energii elektrycznej wytworzonej przez instalację elektrowni, znamienny tym, że do elektrolitycznego uzyskiwania wodoru stosuje się rezerwę energii elektrycznej wytworzonej przez instalację elektrowni, która może być dostępna w krótkim czasie w ramach pierwotnej regulacji częstotliwości sieci, i że ciepło ewentualnie wymagane do syntezy pobiera się z gazu spalinowego, a ciepło uwalniane podczas syntezy wprowadza się do powietrza do spalania. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że syntetyzuje się, stosowane jako paliwo, węglowodory, zwłaszcza ciekłe węglowodory.
7 3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że syntetyzuje się metanol (CH 3 OH) lub/i węglowodory o dłuższych łańcuchach. 4. Sposób według jednego z zastrz. 1 do 3, znamienny tym, że z gazu spalinowego instalacji elektrowni odgałęzia się strumień gazu spalinowego o ilości CO 2, która jest w odpowiednim stosunku stechiometrycznym do dostępnej ilości gazowego wodoru. 5. Sposób według jednego z zastrz. 1 do 4, znamienny tym, że gaz spalinowy przed syntezą poddaje się oczyszczaniu, zwłaszcza przemywaniu gazu. 6. Sposób według jednego z zastrz. 1 do 5, znamienny tym, że w syntezie uczestniczy ponadto tlen obecny w gazie spalinowym. 7. Sposób według jednego z zastrz. 1 do 6, znamienny tym, że do syntezy węglowodorów stosuje się ponadto gazy zawierające metan, takie jak gaz kopalniany, biogaz lub gaz gnilny. 8. Opalana paliwami kopalnymi instalacja elektrowni, z reaktorem (18) połączonym z układem odprowadzania gazu spalinowego (9-12) z instalacji elektrowni, do wytwarzania węglowodorów z wodoru i dwutlenku węgla zawartego w gazie spalinowym, jak i z urządzeniami (8) do elektrolitycznego uzyskiwania wymaganego wodoru przy użyciu części energii elektrycznej wytworzonej przez instalację elektrowni, znamienna tym, że urządzeniom (8) do elektrolitycznego
8 uzyskiwania wodoru zapewnia się korzystanie z rezerwy energii elektrycznej, która może być dostępna w krótkim czasie w ramach pierwotnej regulacji częstotliwości sieci, i że są dostępne urządzenia (25-27) do uzyskiwania ciepła procesowego z gazu spalinowego potrzebnego dla reaktora syntezy (18a) jak i urządzenia (22-24) do wstępnego ogrzewania powietrza do spalania dla kotła (1a) instalacji elektrowni przez ciepło reaktora syntezy (18a). STEAG New Energies GmbH IZES ggmbh Pełnomocnik:
9