Verfahren zur Wiederaufarbeitung von Verbrennungsprodukten fossiler

Brennstoffe

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wiederaufarbeitung der Verbrennungsprodukte Kohlendioxid und Wasser, wie sie in den Abgasen aus Verbrennungsprozessen oder in der Umgebung vorkommen, in erneuerbare synthetische Brenn- und Kraftstoffe durch elektrische Energie, die nicht mit Hilfe fossiler Brennstoffe erzeugt wurde.

Das Anwendungsgebiet der Erfindung ist die globale, regionale und lokale Versorgung von Industrie, Gewerbe, Kommunen und Bauwerken mit regenerativer Energie in Form stofflich gebundener chemischer Energie.

Beim Stand der Technik galt bis vor kurzem die Verbrennung fossiler Brennstoffe als irreversibler Prozess, d.h., die Verbrennung ist ein Prozess, der nur in die Richtung der Verbrennungsprodukte verläuft. Daraus wurde in der Praxis die Schlussfolgerung gezogen, dass es nicht möglich bzw. unsinnig ist aus den Verbrennungsprodukten wieder Brennstoffe in der Art der fossilen Brennstoffe, also Kohlenwasserstoffe herzustellen. Die wissenschaftliche Meinungsbildung resultiert aus der Ansiedlung der thermodynamischen Lehre im Bilanzkreis Erde. Diese Lehre wird mit der Veröffentlichung „öl aus Sonne, die Brennstoffformel der Erde", Ponte Press Verlag GmbH, ISBN 3-920328-49-3 widerlegt. Hier wird beschrieben, dass der unter Zuführung von Sauerstoff exotherm ablaufende Verbrennungsprozess fossiler Brennstoffe Bestandteil der natürlichen reversiblen Stoffumwandlung ist, die sich durch Wiedereinkopplung von Energie umkehren lässt.

Die technische Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin eine technische Lösung vorzuschlagen, mit der der Vorgang der Verbrennung umgekehrt werden kann.

Die technische Aufgabe wird gelöst durch Abtrennung des im Verbrennungs- prozess an Kohlenstoff und Wasserstoff chemisch gebundenen Sauerstoff aus den Verbrennungsprodukten Kohlendioxid und Wasser unter Einkopplung von elektrischer Energie, die vorrangig mit Hilfe regenerativer Energieträger, aber nicht mit Hilfe von fossilen Brennstoffen, hergestellt wurde, indem erfindungsgemäß durch Elektrolyse von Wasser, oder vorzugsweise Wasserdampf, hergestellter Wasserstoff mit Kohlendioxid zu einem Kohlendioxid-Wasserstoff-Gemisch bis zu einem Molverhältnis von 1 zu 3,5 vermischt, dieses in einem Hochtemperaturrekuperator vorgewärmt und danach in einer elektrisch beheizten Vorrichtung oder einem elektrischen Plasmagenerator auf 800 bis 5000 ⁰ C erhitzt wird, das sich bildende Syntheserohgas rekuperativ zur Vorwärmung des Kohlendioxid-Wasserstoff-Gemisches genutzt, danach unter Abscheidung des Reaktionswassers direkt gekühlt und das dann vorliegende Kohlenmonoxid-Kohlendioxid-Wasserstoff-Ge- misch einer Fischer-Tropsch- oder Methanolsynthese zugefahren und dort in die Produkte Kohlenwasserstoffe bzw. Methanol umgewandelt wird, die unter Abscheidung von Wasser gekühlt und erforderlichenfalls kondensiert werden.

Es ist auch erfindungsgemäß, dass die rekuperative Vorwärmung des Kohlendioxid-Wasserstoff-Gemisches und seine weitere Erhitzung durch Zuführung von elektrischer Energie im Beisein von Katalysatoren erfolgt.

Weiterhin erfindungsgemäß ist, das bei der Gas- und Produktkühlung anfallende Wasser gemeinsam mit externem Wasser einzusetzen für die direkte Kühlung des Syntheserohgases und der Syntheseprozesse, dieses dabei zu verdampfen und den Dampf in der Elektrolyse in Wasserstoff und Sauerstoff aufzuspalten.

Der wirtschaftliche Vorteil der Erfindung liegt in der Umwandlung von regenerativer Energie in gegen fossile Brennstoffe vollständig austauschbare erneuerbare Brennstoffe, die über die vorhandene Infrastruktur verteilt werden können und mit

denen auf Grund ihrer Speicherfähigkeit unter Umgebungsdruck und -temperatur und der für Menschen unerschöpflichen regenerativen Energiequellen jederzeit eine bedarfsgerechte Versorgung mit Energieträgern und chemischen Einsatzstoffen unabhängig von den fossilen Brennstoffen gesichert werden kann. Gegenüber dem propagierten Wasserstoffsystem hat die Anwendung der Erfindung insbesondere den wirtschaftlichen Vorteil, dass vorhandenen Energiesysteme, die fixes Kapital von mehreren Billionen Euro verkörpern, weiter betrieben werden können und Investitionen in gleicher Größenordnung für den Aufbau einer neuen, wasserstoffgerechten Infrastruktur vermieden werden. Die Erfindung schafft die Grundlagen für den gleitenden übergang von einer fossilen zu einer solaren Stoff- und Energiewirtschaft.

Anhand der beiliegenden Figur wird die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Ausführungsbeispiel

Erfindungsgemäß werden Kohlendioxid und Wasser mithilfe von regenerativer Energie, die in Elektroenergie umgewandelt wurde, in Alkohol oder Kohlenwasserstoffe wie Methan, Benzin, Diesel und Wachs umgewandelt. Zu diesem Zwecke werden dem Prozess über 1 Elektroenergie, über 2 Kohlendioxid und über 3 Wasser zugeführt. Das Wasser wird zusammen mit in der direkten Gaskühlung 11 und der Produktkühlung 15 anfallendem Wasserkondensat, das über den Kondensatsammler 12 gesammelt wird, in der Kühlung 14 des Synthesereaktors 13, vorzugsweise unter einem Druck von 20 bar, verdampft und der Wasserdampf in der Elektrolyse 4 in Wasserstoff 6 und Sauerstoff 7 zerlegt. Der Wasserstoff 6 wird mit dem über 2 zugeführten Kohlendioxid in einem Molverhältnis von vorzugsweise 3 :1 in 23 unter einem Druck von 19 bar gemischt und das Kohlendioxid-Wasserstoff-Gemisch 8 im Hochtemperaturrekuperator 9 im Gegenstrom zum Syntheserohgas, das aus der elektrisch beheizten Vorrichtung 5 mit

einer Temperatur von über 900 ⁰ C zugeführt wird, gegebenenfalls im Beisein eines Katalysators auf 600 bis 800 ⁰ C vorgewärmt. Das vorgewärmte Gasgemisch 8 wird in die elektrisch beheizte Vorrichtung 5 geleitet und dort auf mindestens 900 ⁰ C, im Beisein eines Katalysators, erhitzt. Durch die Energiezufuhr in der elektrisch beheizten Vorrichtung 5 setzt sich das Kohlendioxid-Wasserstoff-Gemisch 8 in ein Syntheserohgas mit einem Anteil Kohlenmonoxid und Wasserstoff von zusammen annähernd 65 Volumen % um. Der Rest ist Wasserdampf und un- zersetztes Kohlendioxid. Das Syntheserohgas wird im Rekuperator 10 und durch direkte Kühlung in 11 mit kaltem Wasser, unter Kondensation und Abscheidung von Reaktionswasser auf unter 50 ⁰ C gekühlt und danach im Rekuperator 10 wieder erwärmt, bevor es nun als Synthesegas dem Synthesereaktor 13 zugeführt wird. Das Synthesegas wird im Syntheserektor 13 je nach Produktionsziel und damit eingebrachtem Katalysator in methanhaltiges Gas 18 und/oder Methanol oder flüssige Kohlenwasserstoffe (Benzin, Kerosin, Diesel) oder Wachs umgewandelt. Im Falle der Produktion von Methanol und von flüssigen Kohlenwasserstoffen erfolgt die Kondensation der Produkte und die Abtrennung des Produktwassers durch Kühlung im Produktsammelbehälter 15. Bei der Produktion von flüssigen Kohlenwasserstoffen erfolgt die Stofftrennung unter Abscheidung von Entspannungsgas 19 unter leichtem überdruck in Benzin 20, Diesel 21 und Wachs 22 in der Destillation 16. Die überleitung des entwässerten Produktes vom Produktsammelbehälter 15 in die Destillation 16 und die Druckreduzierung erfolgt über 17.