DE10019630C2 - Verfahren und Anlage zur gleichzeitigen Erzeugung von elektrischer Energie, Wärme und Inertgas - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraft-Wärme-Kopplungssystem mit einem mit fossilen Brennstoffen betriebenem Antriebsaggregat, einem Generator, der von dem Antriebsaggregat angetrieben wird, und einem Anlagensystem, mit dem die Abgase des Antriebsaggregates als Inertgase zu einem Inertgasverbraucher, z. B. zur Vermeidung explosiver Gemische, geleitet werden. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur gleichzeitigen Erzeugung von elektrischer Energie, Wärme und Inertgas.

In vielen industriellen Betrieben, insbesondere in der chemischen Industrie, wird neben Wärme und elektrischer Energie auch Inertgas zur Vermeidung von explosiven Atmosphären oder Oxidation benötigt. Während die elektrische Energie meist von einem lokalen Anbieter bezogen wird, wird die benötigte Wärme meist durch eine Verbrennungsanlage erzeugt. Die Inertgase, meist N₂, CO₂ oder deren Gemisch werden entweder vor Ort, z. B. durch Luftzerlegung, oder durch eine Verbrennung von fossilen Brennstoffen erzeugt. Diese Vorgehensweise hat sich jedoch als nachteilig herausgestellt, weil sie sehr energieineffzient ist, und weil bei einem Stromausfall keine elektrische Energie zur Regelung der Heizung und zur Regelung und Erzeugung von Inertgas zur Verfügung steht. Gerade bei einem Stromausfall ist in der chemischen Industrie die Bereitstellung von Inertgas jedoch von großer Bedeutung, weil in der Regel nur unter Einsatz von Inertgas laufende chemische Produktionen sicher abgefahren werden können.

DE 295 04 464 U1 beschreibt eine Anlage zur Verarbeitung von Holz, insbesondere Altholz.

DE 42 12 991 A1 beschreibt eine Einrichtung zum Erzeugen elektrischer Energie und zum Ausnutzen von Abwärme, insbesondere für eine Kalkstein-Mahlanlage.

DE 624 184 beschreibt ein Verfahren zur Erzeugung von inerten Gasen gleichmäßiger Güte, insbesondere bei aus Brennkraftmaschinen mit nachgeschaltetem Verdichter bestehenden Anlagen.

Es stellt sich deshalb die Aufgabe, ein System zur Verfügung zu stellen, mit dem auch bei Ausfall der Stromversorgung Inertgas zur Verfügung gestellt werden kann. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es elektrische Energie, Wärme und Inertgas unter Einsatz von möglichst geringen Mengen fossiler Brennstoffe herzustellen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Kraft-Wärme-Kopplungssystem mit einem mit fossilen Brennstoffen betriebenem Antriebsaggregat, einem Generator, der von dem Antriebsaggregat angetrieben wird, und mit einem Anlagensystem gelöst, mit dem die Abgase des Antriebsaggregates als Inertgase zu einem Inertgasverbraucher geleitet werden.

Das Antriebsaggregat ist vorzugsweise ein Ottomotor, der vorzugsweise mit Gas als fossilem Brennstoff betrieben wird. Die Abwärme dieses Ottomotors wird abgeführt und z. B. zum Heizen von Gebäuden oder als Prozeßwärme bei endothermen Verfahren eingesetzt. Das Antriebsaggregat treibt einen beliebigen Generator an, mit dem elektrische Energie erzeugt wird.

Das erfindungsgemäße Kraft-Wärme-Kopplungssystem weist außerdem ein Anlagensystem auf, mit dem die Abgase des Antriebsaggregates als Inertgase zu einem Inertgasverbraucher geleitet werden. Ein Inertgasverbraucher im Sinne der Erfindung ist ohne Einschränkung jede Anlage und/oder Einrichtung, bei der Inertgase zur Vermeidung von explosiven Atmosphären benötigt werden. Aber auch chemische Prozesse, die unter Sauerstoffausschluß stattfinden müssen, sind z. B. Inertgasverbraucher im Sinne der Erfindung.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden dem Abgas zusätzlich mindestens ein Inertgas beigemischt.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Anlagensystem einen vorzugsweise leistungsgeregelten Verdichter, mit dem die Abgase bzw. Inertgase durch das Anlagensystem gefördert werden und/oder eine Kühlung auf, mit der die Abgase auf die vom Verbraucher gewünschte Temperatur abgekühlt werden.

Der Fachmann erkennt, daß das Antriebsaggregat auch den Verdichter direkt antreiben kann.

Falls das Inertgas eine besonders geringe Konzentration an oxidierbaren Substanzen aufweisen soll, kann das Anlagensystem zusätzlich einen Oxidationskatalysator aufweisen, in dem die oxidierbaren Substanzen oxidiert werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Anlage einen Gasgemischregler auf, in dem das Verhältnis von fossilem Brennstoff zu Verbrennungsluft geregelt wird. Vorzugsweise erfolgt diese Regelung anhand einer Sauerstoffmessung in dem Anlagensystem, so daß immer gewährleistet ist, daß die Sauerstoffkonzentration im Abgas des Antriebsaggregates einen bestimmten Wert nicht übersteigt.

Ebenfalls bevorzugt weist das Anlagensystem ein Dreiwegeventil auf. Das Dreiwegeventil hat einen Einlaß, durch den das Abgas in das Ventil strömt, und zwei Ausläße, wobei der eine Auslaß mit dem Inertgasverbraucher und der andere Auslaß mit der Umwelt verbunden ist. Normalerweise ist die Stellung des Dreiwegeventils so, daß das Abgas bzw. Inertgas von dem Antriebsaggregat zu dem Inertgasverbraucher strömt. Falls jedoch kein Bedarf an Inertgas bestehen sollte oder eine Störung vorliegt, wird das Abgas mittels des Dreiwegeventils in die Umwelt abgeleitet. In diesem Fall muß allerdings das Gasgemisch im Gasgemischregler so verändert werden, daß das in die Umwelt abgeleitete Abgas den Anforderungen des Bundesimissionsschutzgesetzes (BimschG) genügt.

Das erfindungsgemäße Kraft-Wärme-Kopplungssystem hat den Vorteil, daß auch bei einem Ausfall der Stromversorgung durch den Stromversorger Inertgas bereitgestellt werden kann. Die eingesetzte Energie zur Erzeugung der elektrischen Energie, der Wärme und des Inertgases wird nahezu vollständig genutzt

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur gleichzeitigen Erzeugung von elektrischer Energie, Wärme und Inertgas, bei dem das Abgas eines mit fossilen Brennstoffen betriebenen Antriebsaggregates, das einen Generator antreibt, entnommen und als Inertgas einem Inertgasverbraucher zugeführt wird.

Vorzugsweise wird das Abgas nach der Entnahme aus dem Antriebsaggregat, das vorzugsweise ein Ottomotor ist, verdichtet und/oder gekühlt.

Ebenfalls bevorzugt wird der Sauerstoffgehalt des Abgases durch direkte oder indirekte Messung von O₂ bestimmt und bei einem zu hohen Sauerstoffgehalt nicht als Inertgas eingesetzt, sondern in die Umwelt geleitet.

Vorteilhafterweise wird das Verhältnis von Verbrennungsluft zu fossilem Brennstoff so gemischt, daß die Sauerstoffkonzentration im Abgas des Antriebsaggregat den Anforderungen des Inertgasverbrauchers genügt.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß auch bei einem Ausfall der Stromversorgung durch den Stromversorger Inertgas bereitgestellt werden kann. Die eingesetzte Energie zur Erzeugung der elektrischen Energie, der Wärme und des Inertgases wird nahezu vollständig genutzt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Fig. 1 erläutert. Diese Erläuterungen sind lediglich beispielhaft und schränken den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht ein.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. des erfindungsgemäßen Kraft-Wärme-Kopplungssystems. Ein Ottomotor 1 treibt einen Generator 2 an, mit dem elektrische Energie erzeugt wird. Die Wärme, die bei der Verbrennung von Gas in dem Ottomotor entsteht, wird über die Leitungen 9 abgeführt und kann z. B. zum Heizen von Räumen oder als Wärmequelle für endotherme chemische Reaktionen eingesetzt werden.

Zusätzlich weist das System ein Anlagensystem 3 auf, mit dem die Abgase des Ottomotors als Inertgase einem Inertgasverbraucher 10 zugeführt werden. In dem vorliegenden Fall sind in dem Anlagensystem 3 ein leistungsgeregelter Verdichter 4 und eine Kühlung 5 vorgesehen. Mit dem Verdichter 4 wird das Inertgas in den Gasbehälter 11 gefördert, aus dem der Inertgasverbraucher das Inertgas entnehmen kann. Der Behälter weist eine Druckmessung 12 auf, mit der der Verdichter gesteuert wird. Falls ein gewisser Druck in dem Behälter 11 erreicht wird, wird der Verdichter abgeschaltet oder in seiner Leistung reduziert, so daß das Abgas des Ottomotors zumindest teilweise in die Umwelt abgeleitet werden muß. Diese Ableitung in die Umwelt erfolgt über das Dreiwegeventil 6.

Da das Abgas für eine Emission in die Umwelt eine andere Zusammensetzung aufweisen muß als für die Verwendung als Inertgas, werden die Signale der Messungen 12 und 15 eingesetzt, um den Gasgemischregler 8 so zu steuern, daß das in die Umwelt geleitete Abgas den Anforderungen des BimschG entspricht. In dem Gasgemischregler 8, wird das Mischungsverhältnis zwischen Gas und Verbrennungsluft festgelegt, das als Verbrennungsgas dann dem Ottomotor 1 zugeführt wird.

In dem Anlagensystem ist außerdem eine Sauerstoffmessung 7 vorgesehen, mit der die Sauerstoffkonzentration im Abgas des Ottomotors bestimmt wird, die auf einer direkten oder indirekten Messung von O₂ basiert. Mit dem Signal wird der Gasgemischregler 8 gesteuert, um dauerhaft sicherzustellen, daß die Sauerstoffkonzentration des Inertgases den Anforderungen des Inertgasverbrauchers genügt.

Claims (9)

1. Kraft-Wärme-Kopplungssystem mit einem mit fossilen Brennstoffen betriebenem Antriebsaggregat (1), einem Generator (2), der von dem Antriebsaggregat (1) angetrieben wird, und einem Anlagensystem (3), mit dem die Abgase des Antriebsaggregates (1) als Inertgase zu einem Inertgasverbraucher geleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemischregler (8) durch ein Signal einer Sauerstoffmessung (7) gesteuert wird.

2. Kraft-Wärme-Kopplungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Anlagensystem (3) einen Verdichter (4) und/oder einen Kühler (5) aufweist.

3. Kraft-Wärme-Kopplungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Anlagensystem (3) ein Dreiwegeventil (6) und die Sauerstoffmessung (7) aufweist.

4. Kraft-Wärme-Kopplungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Gasgemischregler (8) aufweist, in dem das Gemisch von fossilem Brennstoff und Verbrennungsluft so eingestellt wird, daß die Sauerstoffkonzentration im Abgas des Antriebsaggregates dauerhaft den Anforderungen des Inertgasverbrauchers entspricht.

5. Verfahren zur gleichzeitigen Erzeugung von elektrischer Energie, Wärme und Inertgas, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas eines mit fossilen Brennstoffen betriebenen Antriebsaggregates (1), das einen Generator (2) antreibt, entnommen und als Inertgas einem Inertgasverbraucher zugeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase nach der Entnahme verdichtet und/oder gekühlt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoffgehalt des Abgases gemessen wird und bei einem zu hohen Sauerstoffgehalt in die Umwelt geleitet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der fossile Brennstoff so mit Verbrennungsluft gemischt wird, daß die Sauerstoffkonzentration dauerhaft die Anforderungen des Inertgasverbrauchers nicht übersteigt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Inertgas vor dem Verbrauch zwischengelagert wird.