B e s c h r e i b u n g Feuerungsanlage und Verfahren zum Betreiben einer solchen

Die Erfindung betrifft eine Feuerungsanlage, insbesondere eine solche, wie sie typischerweise in Kraftwerken vorliegt, sowie ein Verfahren zum Betreiben dieser Feuerungsanlage. Bei der Feuerungsanlage handelt es sich dabei insbesondere um solche, die mit einer Hochtemperatur- O ₂ -Membran kombiniert sind.

Stand der Technik

Feuerungsanlagen, in denen kohlenstoffhaltiger Brennstoff verbrannt wird, dienen in der Regel der Erzeugung von Wärme und/oder Energie. Dementsprechend finden sich Feuerungsan- lagen insbesondere in Kraftwerken, aber auch bei der Stahlerzeugung. Häufig wird bei der Verbrennung in der Feuerungsanlage eine sauerstoffhaltige Atmosphäre benötigt. Der dafür benötigte Sauerstoff kann einerseits über eine Luftzerlegungsanlage, alternativ aber auch über eine Hochtemperatur-O ₂ -Membran, zur Verfügung gestellt werden.

Kraftwerke sind typische Einsatzgebiete von Feuerungsanlagen. Die dabei eine wichtige Rolle spielende Abtrennung von CO ₂ aus typischen Kohlekraftwerksprozessen ist grundsätzlich über drei verschiedene Konzepte denkbar. Neben dem Post-Combustion-Capture und dem Pre-Combustion-Capture ist der OXYFUEL-Prozess ein sehr Erfolg versprechendes Konzept.

Post-Combustion-Capture:

Hierbei wird ein konventionelles Dampfkraftwerk mit Kohle und Luft gespeist. Es schließt sich eine herkömmliche Rauchgasreinigung an. Die Abtrennung von CO ₂ aus dem Rauchgas nach der Verbrennung wird durch geeignete Wäschen bzw. langfristig durch Membransysteme realisiert. Der Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, dass hohe Volumenströme an Rauchgas mit vergleichsweise geringer CO ₂ -Konzentration gereinigt werden müssen. Membranen zur Abtrennung des CO ₂ werden deshalb einen hohen Bedarf an Membranfläche aufweisen.

Pre-Combustion-Capture:

Hier ist das Integrated Gasification Combined Cycle (IGCC)- Verfahren zu nennen, bei dem die Abtrennung von CO ₂ in einem Zwischenschritt nach der Kohlevergasung, bzw. der Erd- gasreformierung erfolgt, dem sich der Prozessschritt der Gasreinigung (CO-Shift) anschließt, aber noch vor der Verbrennung mit Luft. Die verschiedenen bisher entwickelten Kohlevergasungsverfahren werden bevorzugt mit Sauerstoff oder angereicherter Luft (und Dampf) unter Druck betrieben. Deshalb weist das Kohlegas im Hinblick auf eine CO ₂ - Abtrennung zwei entscheidende Vorteile auf. Zum einen ist der reale Volumenstrom (mit wenig Stickstoff und bei hohem Druck) etwa um das 100-fache geringer als bei den Rauchgasen üblicher Dampf- kraftwerke. Dies führt unmittelbar zu hohen Partialdrücken der Hauptkomponenten CO und H ₂ . Nach einer zusätzlichen CO-Konvertierung nach CO ₂ und H ₂ mittels Dampfzufuhr (Shiftreaktor) zur Konditionierung des Kohlegases für eine CO ₂ -Abtrennung eröffnen sich zwei Optionen, einerseits die Abtrennung von CO ₂ beispielsweise mit einem Wäscher oder die Abtrennung einer hinreichenden Menge H ₂ mittels einer Membran, wobei im Retentat ein CO ₂ -reiches Gas zurückbleibt, die geeignet ist für eine Verflüssigung und Deponierung. Bei beiden Optionen kann der Wasserstoff anschließend in einem Gas und Dampfkraftwerk (GuD-Prozess), beispielsweise mit Hilfe einer H ₂ -Turbine, verströmt werden.

Oxyfuel-Prozess: Hier erfolgt die einfache CO ₂ -Abtrennung durch Kondensation nach Verbrennung der Kohle in einem Kessel mit reinem Sauerstoff und dem sich daran anschließenden Schritt einer Rauchgasreinigung an. Dieses Verfahren hat einen entscheidenden Vorteil. Verbrennung in reinem Sauerstoff liefert als Verbrennungsprodukte nur CO ₂ und Wasserdampf, der beim Abkühlen des Gasgemisches auf sehr einfache Weise durch Kondensation vom CO ₂ getrennt werden kann. Das CO ₂ und der Wasserdampf werden vorteilhaft im Kreislauf geführt, und zusammen mit dem Sauerstoffstrom dem Kessel wieder zugeführt. Der reine Sauerstoff kann dabei entweder durch eine konventionelle kryogene Luftzerlegung erzeugt werden oder mittels einer 0 ₂ -Membran, wobei das rückgeführte CO ₂ /Wasserdampfge-misch als Spülgas dienen kann.

Ein großes Entwicklungspotential wird Hochtemperatur-O ₂ -Membranen zugesprochen, insbesondere aufgrund von energetischen Gesichtspunkten. Voraussetzung dafür ist, dass kostengünstige Membranen zur Verfügung stehen. Hier können so genannte dichte Mischleiter, z. B.

Perowskite, eingesetzt werden. Bei diesen erfolgt die Gastrennung O ₂ /N ₂ nicht über die Trennwirkung von Poren, sondern über die besonderen Transportmechanismen im Bulkmate- rial. Sauerstoffionen wandern in Richtung ihres Konzentrationsgradienten. An der Membranoberfläche verlassen die Elektronen die Sauerstoffionen und wandern zurück.

Die Herausforderungen bei der Membran- und Membranmodul-Entwicklung sowie bei der Konzeptentwicklung sind dabei ein möglichst hoher Abtrenngrad, eine möglichst hohe Reinheit der abgetrennten Komponente sowie ein möglichst geringer Energieaufwand bei der Konditionierung des Feedgases und des Permeatstromes, z. B. durch Druckanhebung oder Vakuum. Damit soll eine geringe Einbuße beim Netto- Wirkungsgrad, bei gleichzeitig möglichst hoher Flussdichte der permeierenden Komponente, bewirkt werden. Gleichzeit stehen ein geringer Flächenbedarf der Membran und ein möglichst geringer apparativer Aufwand in der Membranumgebung im Vordergrund, die nur geringe zusätzliche Investitionskosten erfordern. Schließlich wird ein Modul- und Verfahrenskonzept angestrebt, welches zudem die hohen Anforderungen an Stabilität und Lebensdauer in Anbetracht der hohen Betriebstemperatur erfüllt.

Diese vorgenannten Forderungen sind sehr komplex und teilweise gegenläufig. Hohe Ansprüche werden daher einerseits an die eingesetzten Membranen in Form von hoher Permeabilität und Selektivität gestellt, und andererseits an die Verfahrenstechnik in Form der Bereitstellung günstiger Prozessbedingungen längs eines optimalen Membrantrennprozesses bei geringem, zusätzlichen verfahrenstechnischen Aufwand. Die unvermeidlich hohe Membran- Betriebstemperaturen von typischerweise 700 - 1000°C stellen dabei konstruktiv und konzeptionell eine besonders große Herausforderung. Diese wird bei solchen Kraftwerkskonzepten noch weiter verschärft, bei denen ein Druckbetrieb an der Hochtemperatur-Membran und den Hochtemperatur- Wärmetauschern der Membranumgebung angestrebt wird.

Da bislang noch kein Membran-Kraftwerk existiert, erschöpft sich der Stand der Technik in Konzeptvorschlägen aus der Literatur. Als Stand der Technik ist das Konzept für eine Oxy- fuel-Kraftwerkstechnik mit konventioneller O ₂ -Abtrennung aus der Luft, der so genannten kryogenen Luftzerlegungsanlge (LZA) von Vattenfall bekannt. Eine 30 M Wth- Anlage wird derzeit gebaut. Figur 1 zeigt das Prinzipschaltbild eines solchen Oxyfuel-Kraftwerkes mit vorgeschalteter Luftzerlegungsanlage .

Im Oxyfuel-Prozess wird die Kohle nicht mit Luft, sondern in einer Atmosphäre aus reinem Sauerstoff und rezykliertem Rauchgas verbrannt. In nachfolgenden Behandlungsschritten fallt, wie im konventionellen Kraftwerksprozess, Asche aus. Es folgt die Entstaubung und Abtrennung der Flugasche. Ein großer Teil, bis zu 75 %, des bei der Verbrennung entstehenden Rauchgases wird beim Oxyfuel-Prozess in Form von CO ₂ und Wasserdampf in den Kessel zurückgeführt. Schwefelverbindungen werden dem Rauchgasstrom in Form von Gips als Nebenprodukt durch die Entschwefelung entzogen. Schließlich wird der restliche, mit der Kohle eingetragene Wasserdampf auskondensiert, so dass das restliche Rauchgas aus annä- hernd reinem CO ₂ besteht. Das Kohlendioxid kann dann für eine weitere Verwendung und/oder Speicherung auf über 100 bar verdichtet werden.

Nachteilig ist bei diesem Konzept der hohe Energiebedarf der kryogenen Luftzerlegungsanlage (LZA), wodurch eine Wirkungsgradeinbuße von derzeit geschätzten 10 %-Punkten (inkl. CO ₂ - Verflüssigung) zu erwarten ist.

Eine mögliche Variante der Oxyfuel-Kraftwerkstechnik mit O ₂ -Membran wird derzeit im Projekt OXYCOAL-AC entwickelt. Charakteristisch ist die Membran-Betriebsweise mit zwei verfahrenstechnischen Maßnahmen zur Erzielung hoher Triebkräfte für den Permeatstrom. Erstens wird die Luft auf der Feedseite auf ca. 20 bar verdichtet, um die O ₂ -Partialdrücke auf ca. 2 bis 4 bar zu erhöhen, und zweitens wird eine Rauchgas-Spülung im Gegenstrom auf der Permeatseite (1 bar) zur Senkung der O ₂ -Partialdrücke (ca. 30 - 300 mbar) eingesetzt. Daraus ergibt sich der Vorteil hoher lokaler O ₂ -Partialdruckverhältnisse von typischerweise 13:1 (4 bar / 0,3 bar) und darüber.

Eine Weiterentwicklung des Konzeptes dieses Oxycoal-Prozesses sieht vor, dass die Feedseite der O ₂ -Membran mit atmosphärischer Luft betrieben wird. Die Vorwärmung erfolgt über nahezu den gesamten Temperaturbereich rekuperativ, typischerweise im Bereich von 20 bis 750°C. Sinnvolle Membrantemperaturen liegen aus heutiger Sicht zwischen 700 und 1000 °C.

Auf eine Spülung der Membran auf der Permeatseite mit rezykliertem, rückgeführtem Rauchgas wird verzichtet, da dieses in der Regel Reste an Verbrennungsprodukten aus der Kohleverbrennung enthält, die sich nachteilig auf die Membran auswirken können.

Allen bisherigen Membrankonzepten ist gemeinsam, dass für eine effektive O ₂ Abtrennung in der O ₂ -Membran eine hohe Temperatur von deutlich über 800 °C benötigt wird. Das Temperaturniveau von 800 bis 850 °C wird mit heutigen Konzepten gerade noch erreicht. Dazu ist es jedoch notwendig, einerseits das Rauchgas nach der Gasreinigung vor Eintritt in das Membranmodul gezielt wieder zu erwärmen, und/oder andererseits die der Membran zugeführte, verdichtete Luft zuvor durch einen Dampferzeuger oder Wärmetauscher ebenfalls vorzuwärmen. Aus der noch nicht veröffentlichten DE 102 007 056 841 ist auch schon bekannt, das Vorwärmung der Luft optional auch durch die Verbrennungskammer selbst erfolgen kann.

Diese Art der Sauerstoffabtrennung weist jedoch einige konstruktive Nachteile auf. Einerseits erfordert die zusätzliche externe Feuerung für die Luftvorwärmung einen erheblichen konstruktiven Aufwand und bewirkt einen zusätzlichen Brennstoffverbrauch. Durch vielfache Wärmeübertragung auf hohem Temperaturniveau entstehen regelmäßig nicht unerhebliche Energieverluste, die ebenfalls zu einer Minderung der Effektivität des Kraftwerks führt. Andererseits muss das eigentliche Membranmodul zwecks Verringerung der Wärmeverluste aufwändig isoliert werden.

Aufgabe und Lösung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Prozessführung für das Betreiben einer Feuerungsanlage, wie beispielsweise ein Oxyfuel-Kraftwerk mit einer O ₂ -Membran bereit zu stellen, die die vorgenannten Nachteile überwindet, d. h. eine Reduzierung der Wärmeverluste ermöglicht. Dabei bleiben die Grundanforderungen an den Prozess erhalten, wie beispielsweise ein mög- liehst hoher Abtrenngrad von CO ₂ aus dem Rauchgas, eine möglichst hohe Reinheit der abgetrennten Komponente bei einem möglichst geringen Energieaufwand, d. h. einen möglichst hohen Netto-Wirkungsgrad.

Ferner ist es die Aufgabe des Verfahrens, eine zur Durchführung des vorgenannten Verfah- rens geeignete Vorrichtung zu schaffen.

Die Aufgaben der Erfindung werden gelöst durch eine Feuerungsanlage gemäß Hauptanspruch, sowie durch ein Verfahren zum Betrieb dieser Anlage gemäß Nebenanspruch. Vor-

teilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Vorrichtung finden sich in den darauf rückbezogenen Ansprüchen wieder.

Gegenstand der Erfindung

Die Erfindung basiert auf dem Konzept des Oxyfuel-Prozesses, ohne aber darauf eingeschränkt zu sein. Insbesondere werden durch diese Erfindung alle Konzepte / Anlagen erfasst, in welchen ein kohlenstoffhaltiger Brennstoff beim Temperaturniveau über 800 °C in einer Feuerungsanlage umgesetzt wird und eine sauerstoffreiche Atmosphäre prozessbedingt zur Anwendung kommt, wobei der Sauerstoff über ein Membranmodul zur Verfügung gestellt wird.

Beispielsweise wird in einem Membrankraftwerk zur Erzeugung elektrischer Energie oder Wärme das Membranmodul zur O ₂ /N ₂ -Trennung innerhalb oder oberhalb der Verbrennungs- kammer, ähnlich wie der Dampferzeuger, angeordnet. Dadurch kann vorteilhaft auf die Vorwärmung der Luft verzichtet werden. Zudem ermöglicht diese Anordnung sogar Betriebstemperaturen des Membranmoduls bis zu ca. 1300 °C, so wie sie typischerweise in der Verbrennungskammer eines derzeitigen Steinkohlekraftwerkes vorliegen. Es hat sich gezeigt, dass die O ₂ /N ₂ -Trennung unter sonst gleichen Rahmenbedingungen umso effektiver verläuft, je höher die Temperatur ist. Beispielsweise führt eine Erhöhung der Betriebstemperatur der Membran von ca. 800 auf 900 °C zu einer erheblichen Erhöhung der Permeationsrate (bis zu einem Faktor 5). Dies bedeutet wiederum, dass gleichzeitig vorteilhaft der Flächenbedarf der Membran verringert werden kann.

Die Erfindung sieht daher vor, dass wenigstens ein Membranmodul zur O ₂ /N ₂ -Trennung innerhalb oder oberhalb der Verbrennungskammer einer Verbrennungsanlage angeordnet wird. Da sich innerhalb der Verbrennungskammer naturgemäß unterschiedliche Temperaturniveaus ausbilden, sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass wenigstens ein Membranmodul variabel und/oder mehrere Module an unterschiedlichen Stellen innerhalb oder oberhalb der Verbrennungskammer angeordnet werden. Dadurch kann die optimale Betriebstemperatur des Membranmoduls, bzw. eines in diverse Stufen aufgeteiltes Membranmodul, durch die Positionierung im Feuerungsraum durch die heißen Rauchgase gewährleistet werden. Der zusätzliche konstruktive Aufwand für Wärmetauscher, eine externe Feuerung

oder die Isolierung der Membranmodule kann vorteilhaft entfallen. Bei der Anordnung des oder der Module im Verbrennungsraum ist natürlich eine ebenfalls innerhalb der Verbrennungskammer schon vorhandene Vorrichtung zur Dampferzeugung zu beachten.

Neben dem Membranmodul selbst sind bei der erfindungsgemäßen Feuerungsanlage wenigstens eine Zuführungsleitung für Luft von außerhalb der Verbrennungskammer bis zur Feedseite des Moduls und wenigstens eine Abführungsleitung für die abgereicherte Luft von der Retentatseite der Membran nach außen hin vorgesehen. Ferner ist eine weitere Leitung von der Permeatseite des Membranmoduls zur Abführung des abgetrennten Sauerstoffs vor- gesehen. Der abgetrennte Sauerstoff wird anschließend direkt wieder der Verbrennung zugeführt. Dabei kann es sich möglicherweise als vorteilhaft erweisen, den Sauerstoff zunächst aus der Verbrennungskammer herauszuführen, und außerhalb mit dem rezyklierten Rauchgas zu vermischen, um dann anschließend an geeigneter Stelle der Verbrennung zugeführt zu werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Feuerungsanlage sieht vor, dass die Sauerstoffabtrennung aus der Luft, über eine O ₂ -Membran innerhalb oder oberhalb einer Verbrennungskammer oder einer Vergasungskammer erfolgt. Eine Vorwärmung der Luft kann entfallen. Die Betriebstemperatur der O ₂ -Membran kann auf einfache Weise auf Tempe- raturen oberhalb von 600 °C, insbesondere auf oberhalb von 800 °C, und maximal bis zu der in der Kammer herrschenden Temperatur erhöht und gehalten werden.

Die Erfindung eignet sich ausdrücklich sowohl für eine Anwendung des Membranmoduls unter Druck, unter atmosphärischem Druck und als auch in der Vakuum Variante. Das bedeu- tet, dass sowohl verdichtete Luft (typischerweise bis zu 40 bar), als auch Luft unter Atmosphärendruck in die Membran geleitet werden kann. Für den Fall der Betriebsweise mit Vakuum würde in einer Ausgestaltung der Erfindung eine Vakuumpumpe den abgetrennten Sauerstoff zunächst aus dem Permeatraum des Membranmoduls absaugen. Anschließend könnte eine Verdichtung, beispielsweise auf Atmosphärendruck, erfolgen, um eine Zudosierung zum Rauchgas zu erleichtern.

Das Absaugen von O ₂ mittels Vakuumpumpe ist vergleichbar mit dem Absaugen von CO ₂ beim Post-combustion-Kraftwerk mit CO ₂ -Membran am kalten Rauchgasende. So lassen erste Abschätzungen zum Energiebedarf der Vakuumpumpe erwarten, dass die Wirkungsgradein- büße (inkl. Cθ ₂ -Verflüssigung) bei ca. 6 % liegen wird (Vakuumpumpe und CO ₂ - Verflüssigung etwa mit gleichen Anteilen).

Die Erfindung ist insbesondere in Kraftwerken einzusetzen, da dort regelmäßig ein kohlenstoffhaltiger Brennstoff bei einem Temperaturniveau über 800 °C in einer Feuerungsanlage umgesetzt wird und eine sauerstoffreiche Atmosphäre prozessbedingt zur Anwendung kommt, wobei der Sauerstoff über eine Membranmodul zur Verfügung gestellt wird.

Eine alternative Ausgestaltung der Erfindung sieht zudem vor, dass das O ₂ -Membranmodul nicht nur innerhalb einer Verbrennungs- oder Vergasungskammer als wärmeabgebender Pro- zess in einer Feuerungsanlage angeordnet sein muss, sondern das Modul kann im Rahmen der Erfindung auch vorteilhaft benachbart, insbesondere oberhalb der Verbrennungs- oder Verga- sungskammerangeordnet sein. Wichtig und entscheidend ist nur, dass die in der Kammer erzeugte Wärme direkt für die Beheizung des O ₂ -Membranmoduls genutzt und auf eine zusätzliche Luftvorwärmung verzichtet werden kann.

Bei dem erfϊndungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Feuerungsanlage mit einem kohlenstoffhaltigen Brennstoff, bei dem prozessbedingt eine Sauerstoffatmosphäre im Feuerungsraum benötigt wird, und dieser Sauerstoff durch Abtrennung über eine Hochtemperatur- Membran zur Verfügung gestellt werden kann, ergeben sich die Vorteile aus der hohen Be- triebstemperatur der durch die Kammer beheizten Membran, die eine besonders hohe Effektivität verspricht, verbunden mit einer konstruktiven Einsparung an Wärmtauschern, die andernfalls zur Vorwärmung der Luft benötigt würden, und an Isolationsmaterial, welches andernfalls für eine Membrananordnung an einer anderen, kühleren Stelle notwendig gewesen wäre.

Spezieller Beschreibungsteil

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger Figuren näher erläutert, ohne dass dadurch eine Einschränkung der Erfindung auf die vorgenannten Ausfϊihrungsformen gesehen wird. Die Figuren beziehen sich insbesondere auf Feuerungsanlagen in Kraftwerken, wobei die Erfindung aber nicht auf Kraftwerke beschränkt ist.

In den Figuren 1 bis 4 bedeuten: 1 Verbrennungskammer mit Dampfkessel, 2 Reinigung des Abgases, in der Regel umfassend Entstaubung ggf. Entstickung, und weitere Abgasbehandlung

3 Kondensation des Rauchgases bzw. Wasserdampfabtrennung,

4 Luftzerlegungsanlage,

5 Hochtemperatur-O ₂ -Membran (OTM = Oxygen Transport Membrane) 6 rekuperativer Wärmetauscher

7 Kreislaufgebläse

8 Kompressor, Vakuumpumpe

9 Vergasungskammer

10 Reinigungsstufe 11 Shift-Stufe zur Umwandlung in CO ₂

12 CO ₂ - Abtrennung, z. B. durch eine H ₂ -Membran

13 Brennkammer/Wärmetauscher zur Luftvorwärmung

14 Brennkammer

15 Gasturbine mit 15a Kompressor

15b Welle 15c Turbine

In Figur 1 ist das aus dem Stand der Technik bekannte Konzept des Oxyfuel-Prozesses darge- stellt. Die Kohle wird in einer Atmosphäre aus angereichertem Sauerstoff und rezykliertem Rauchgas in der Verbrennungskammer mit dem Dampfkessel (1) der Feuerungsanlage verbrannt. Aus dem erzeugten Dampf wird Strom erzeugt. Das Verbrennungsabgas wird in nachfolgenden Reinigungsschritten (2) entstaubt und gegebenenfalls weiter behandelt. Der

größte Teil des bei der Verbrennung entstehenden Rauchgases wird in Form von hauptsächlich CO ₂ und Wasserdampf mit Temperaturen um 200 °C in die Verbrennungskammer (1) zurückgeführt. Aus dem übrigen Abgasstrom wird der mit der Kohle eingetragene Wasserdampf auskondensiert (3), so dass annähernd reines CO ₂ abgetrennt werden kann. Der einge- setzte Sauerstoff wird in einer Luftzerlegungsanlage (4) kryogen erzeugt.

Figur 2 stellt das Oxycoal-Verfahren dar. Auch hier wird die Kohle in einer Atmosphäre aus reinem Sauerstoff und rezykliertem Rauchgas in der Verbrennungskammer mit dem Dampfkessel (1) verbrannt. Aus dem erzeugten Dampf wird Strom erzeugt. Das Verbrennungsabgas wird in nachfolgenden Reinigungsschritten (2) heiß entstaubt und ggf. weiter behandelt. Das Rauchgas wird in Form von hauptsächlich CO ₂ und Wasserdampf nunmehr jedoch einer Hochtemperatur-O ₂ -Membran (5) zugeführt, in der das Rauchgas mit Sauerstoff angereichert wird. Der Sauerstoff wird dabei der Luft entzogen, welche zunächst durch einen Kompressor (8) auf 20 bar verdichtet wird. Die Luft erwärmt sich dabei auf ca. 400 °C. Ein rekuperativer Wärmetauscher (6) wärmt dabei die der Hochtemperatur-O ₂ -Membran zugeführte Luft mit Hilfe des aus der Membran austretenden Rauchgases auf ca. 750 ⁰ C vor. Die abgereicherte Luft wird wieder entspannt und abgeleitet. Das mit Sauerstoff angereicherte Rauchgas gelangt wieder in die Verbrennungskammer mit dem Dampfkessel (1) zurück.

In der Figur 3 ist eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung dargestellt, bei der die Hochtemperaturmembran (5) innerhalb der Verbrennungskammer (1) des Kraftwerkes, ähnlich wie der Dampferzeuger, angeordnet ist. Für die Zuführung der Luft kann auf Wärmtauscher verzichtet werden. Die abgetrennte Luft wird in diesem Fall aus der Verbrennungskammer mit der Nutzung der darin enthaltenen Wärme herausgeführt. Der erzeugte Sauerstoff wird dem rezyklierten Rauchgas vor Eintritt in die Verbrennungskammer zugeführt.

Die Figuren 4 und 5 stellen jeweils eine Kohlevergasungsanlage zur Stromerzeugung dar. In Figur 4 ist der derzeitige Stand der Technik wiedergegeben. Die Kohle wird hierbei in einer Mischung aus partieller (teilweiser) Oxidation und Vergasung mit Wasserdampf zu einem Gemisch aus CO und Wasserstoff (Synthesegas) umgesetzt (9). Es schließt sich die Reinigung (10) an, in der insbesondere Ruß und Schwefelverbindungen aus dem Synthesegas entfernt werden. Es folgt eine Stufe, in der das CO hauptsächlich in CO ₂ umgewandelt wird (11), welches dann in einer Abtrennstufe (12) vom energiereichen, H ₂ -haltigen Gas abgetrennt wird.

Diese Abtrennung kann beispielsweise über eine H ₂ -Membran erfolgen. Das letztgenannte H ₂ -reiche Gas wird zum einen für die Luftvorwärmung eingesetzt, in dem ein Teil davon verbrannt wird (13). Die so vorgewärmte Luft wird einer O ₂ -Membran zugeleitet, in der der Luft ein großer Anteil an Sauerstoff entzogen wird. Die Sauerstoff abgereicherte Luft wird an- schließend zusammen mit dem restlichen H ₂ -reichen Gas in der Brennkammer (14) einer Gasturbine (15b) verbrannt, die über eine Welle (15c) mit dem Luftverdichter (15a) in Verbindung steht. Das die Turbine verlassende etwas kühlere Rauchgas wird anschließend zur Dampferzeugung und weiter zur Stromerzeugung genutzt.

In der Figur 5 ist nun die erfindungsgemäße Umsetzung dargestellt. Die zur Sauerstoffgene- rierung notwendige O ₂ -Membran (5) ist in der Vergasungsanlage (9) untergebracht, wo reiner Sauerstoff benötigt wird. Auf eine Teilverbrennung des wasserstoffreichen Gases zur Luftvorwärmung kann so vorteilhaft verzichtet werden. Das gesamte H ₂ -reiche Gas kann in der Turbine, bzw. für die Dampferzeugung genutzt werden. Der in der CVMembran gewonnene Sauerstoff wird über eine externe Leitung ggf. verdichtet und der Vergasungsanlage an entsprechender Stelle zugeführt.