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Title:
STRUCTURE OF AN INTEGRATED POWER PLANT FOR OPERATION WITH FORMIC ACID AND OPERATION OF AN INTEGRATED POWER PLANT WITH FORMIC ACID
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2016/000850
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for operating an integrated power plant with formic acid, comprising several steps. First, formic acid is produced catalytically from a solid fuel at low temperatures in a first reactor. Subsequently, the formic acid is decomposed to a mixture of hydrogen, carbon dioxide, carbon monoxide and/or water in a second and/or third reactor. This gas mixture is guided as fuel gas into a gas turbine, into an internal combustion engine or a fuel cell to generate current. The invention further relates to an integrated power plant for operation with formic acid.

Inventors:
BALDAUF MANFRED (DE)
LENK UWE (DE)
TREMEL ALEXANDER (DE)
Application Number:
PCT/EP2015/059834
Publication Date:
January 07, 2016
Filing Date:
May 05, 2015
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
International Classes:
C01B32/40; C01B3/22; C01B5/00; C01B32/50; C07C51/21; C07C53/02; F02C3/22; F02C3/28
Domestic Patent References:
WO2010084042A22010-07-29
Foreign References:
US4341069A1982-07-27
JP2000240467A2000-09-05
Other References:
R. WOELFEL, ET AL.: "Selective catalytic conversion of biobased carbohydrates to formic acid using molecular oxygen", GREEN CHEMISTRY, vol. 13, no. 10, 10 August 2011 (2011-08-10), Royal Society of Chemistry, Cambridge, GB, pages 2759 - 2763, XP008145242, ISSN: 1463-9262, DOI: 10.1039/c1gc15434f
M. MALINOWSKI, ET AL.: "The catalytic decomposition of formic acid into carbon monoxide", BULLETIN DES SOCIÉTÉS CHIMIQUES BELGES, vol. 92, no. 3, March 1983 (1983-03-01), Centerick, pages 225 - 227, XP008165723, ISSN: 0037-9646, DOI: 10.1002/bscb.1983092030
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zum Betrieb eines integrierten Kraftwerks (1) mit Ameisensäure (4) mit folgenden Schritten:

- katalytisches Erzeugen von Ameisensäure (4) aus einem Festbrennstoff (2) bei niedrigen Temperaturen in einem ersten Reaktor (3) ,

- Zersetzen von Ameisensäure zu einem ersten Gasgemisch umfassend Wasserstoff (13) und Kohlenstoffdioxid (36) in ei- nem zweiten Reaktor (9) und/oder

- Zersetzen von Ameisensäure zu einem zweiten Gasgemisch umfassend Kohlenstoffmonoxid (10) und Wasser (11) in einem dritten Reaktor (8) ,

- Führen des ersten und/oder zweiten Gasgemischs als Brenngas in eine Arbeitsmaschine zum Erzeugen von Strom.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei mittels der Abwärme der Arbeitsmaschine und/oder mittels der Abwärme des ersten Reaktors (3) Dampf (19) erzeugt oder erwärmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Dampf (19) in eine Dampfturbine (20) zum Erzeugen von Strom geführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ameisensäure (4) mittels einer katalytischen Reaktion mit einem Polyoxometallat-Katalysator der Form H3+y [PMoxVy04o] als Katalysator erzeugt wird, wobei l<y<13, -1<χ<11 und x+y=12, wobei x und y jeweils eine ganze Zahl ist. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Erzeugen der Ameisensäure (4) mittels eines

Periodsäureverfahrens erfolgt .

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ameisensäure (4) nach dem katalytischen Erzeugen gereinigt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ameisensäure (4) nach dem katalytischen Erzeugen gespeichert wird. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Reaktor (8) und/oder der dritte Reaktor (9) mittels des Dampfes (19) , mittels warmen Wassers oder mittels eines warmen Abgasstroms erwärmt werden. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 6 bis 8, wobei für die katalytische Reaktion mit dem

Polyoxometallatkatalysator Luft bei erhöhtem Druck von maximal 30 bar aus einem Verdichter der Gasturbine (14) entnommen wird .

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Abgase (27) aus der Erzeugung der Ameisensäure der Gasturbine (14) zugeführt werden oder verbrannt werden. 11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Festbrennstoff (2) Torf, Braunkohle, Steinkohle oder Biomasse verwendet wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Temperatur während der Erzeugung der Ameisensäure (4) in einem Bereich von 1 °C bis 150 °C liegt.

13. Integriertes Kraftwerk (1) zum Betrieb mit Ameisensäure (4) aus einem Festbrennstoff (2) umfassend:

- einen ersten Reaktor (3) zum katalytischen Erzeugen von

Ameisensäure (4) aus einem Festbrennstoff (2) bei niedrigen Temperaturen,

- einen zweiten Reaktor (9) zum Zersetzen von Ameisensäure (4) zu einem ersten Gasgemisch umfassend Wasserstoff (13) und Kohlenstoffdioxid (36) und/oder - einen dritten Reaktor (8) zum Zersetzen von Ameisensäure (4) zu einem zweiten Gasgemisch umfassend Kohlenstoffmono- xid (10) und Wasser (11) ,

- eine Arbeitsmaschine zum Erzeugen von Strom mittels des ersten und/oder zweiten Gasgemischs.

14. Integriertes Kraftwerk (1) nach Anspruch 14, wobei die Arbeitsmaschine eine Gasturbine (14), ein Verbrennungsmotor oder eine Brennstoffzelle ist.

15. Integriertes Kraftwerk (1) nach Anspruch 13 oder 14 mit einer Dampfturbine (20) zum Erzeugen von Strom mittels Dampf (19), welcher mit der Abwärme (16) der Arbeitsmaschine erwärmt oder erzeugt wurde.

Description:
Beschreibung

Aufbau eines integrierten Kraftwerks zum Betrieb mit Ameisensäure und Betrieb eines integrierten Kraftwerks mit Ameisen- säure

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines integrierten Kraftwerks mit Ameisensäure und ein integriertes Kraftwerk .

Konventionelle Kraftwerke werden insbesondere mit fossilen Energieträgern wie Steinkohle oder Braunkohle betrieben. Der Wirkungsgrad dieser Kraftwerke beträgt weniger als 46%. Sie sind nachteiligerweise hinsichtlich ihres Brennstoffes stark eingeschränkt. Weiterhin können sie nur mit sehr geringer Lastflexibilität betrieben werden. Auch unkonventionelle Brennstoffe, wie beispielsweise Biomasse als Energieträger in Kraftwerken, führen nur zu geringen Wirkungsgraden von weniger als 40%. Nachteiligerweise haben diese unkonventionellen Brennstoffe häufig einen hohen Wassergehalt oder hohe Spurstoffbelastungen, insbesondere Schwefel und Chlor was in den Feuerungsräumen der Kraftwerke zu vielseitigen Schwierigkeiten führt. Auch hier ist die Lastflexibilität sehr gering. In integrierten Vergasungskraftwerken kann eine deutliche

Steigerung des Wirkungsgrades erzielt werden. In klassischen Gas- und Dampf-Kraftwerken (GUD) werden Wirkungsgrade im Bereich von 60% erreicht. Bei einem integrierten Vergasungskraftwerk wird der Festbrennstoff typischerweise zunächst auf einen thermischen Vergaser geführt und Synthesegas erzeugt.

Dieses Synthesegas kann auf eine Gasturbine mit einem nachgeschalteten Dampfkreislauf geführt werden, was dann zu höheren Wirkungsgraden führt. Neben dem erhöhten Wirkungsgrad kann das Kraftwerk mit einer höheren Lastflexibilität betrieben werden. Allerdings sind bei diesem Kraftwerkskonzept der Vergaser und die Gasturbine direkt miteinander gekoppelt, so dass der Vergaser die Lastflexibilität als Hauptfaktor bestimmt und nachteilig einschränkt. Eine Zwischenspeicherung des Synthesegases ist technisch schwierig, da hierfür extrem große Speichervolumina nötig sind. Weiterhin haben feuchte Brennstoffe, wie z.B. nasse Biomasse oder Rohbraunkohle den Nachteil, dass eine Vortrocknung nötig ist oder die Effizienz der Vergasung und damit des Gesamtkraftwerks stark sinkt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein integriertes Kraftwerk und ein Verfahren zum Betrieb eines integrierten Kraftwerks bereitzustellen, welches die genannten Nachteile überwindet und mit hoher Lastflexibilität betrieben werden kann.

Die Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und mit einem integrierten Kraftwerk mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines integrierten Kraftwerkes mit Ameisensäure umfasst mehrere Schritte. Zunächst erfolgt das katalytische Erzeugen von Ameisensäure aus einem Festbrennstoff bei niedrigen Temperaturen in einem ers- ten Reaktor. Anschließend erfolgt das Zersetzen von Ameisensäure zu einem ersten Gemisch umfassend Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid in einem zweiten Reaktor. Parallel oder alternativ erfolgt das Zersetzen von Ameisensäure zu Kohlen- stoffmonoxid und Wasser in einem dritten Reaktor. Die Gasge- mische werden als Brenngas in eine Arbeitsmaschine zum zum Erzeugen von Strom geführt .

Das erfindungsgemäße integrierte Kraftwerk zum Betrieb mit Ameisensäure aus einem Festbrennstoff umfasst einen ersten Reaktor zum katalytischen Erzeugen von Ameisensäure aus dem Festbrennstoff bei niedrigen Temperaturen. Weiterhin umfasst es einen zweiten Reaktor zum Zersetzen der Ameisensäure zu einem ersten Gasgemisch umfassend Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid. Es umfasst zusätzlich oder alternativ einen dritten Reaktor zum Zersetzen von Ameisensäure zu einem zweiten Gasgemisch umfassend Kohlenstoffmonoxid und Wasser. Es umfasst weiterhin eine Arbeitsmaschine zum Erzeugen von Strom mit Hilfe des ersten und/oder zweiten Gasgemischs. Das Zersetzen der Ameisensäure zu einem ersten Gasgemisch aus Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid in dem zweiten Reaktor und das Zersetzen der Ameisensäure zu Kohlenstoffmonoxid und Was- ser in dem dritten Reaktor erfolgt über zwei unterschiedliche Zersetzungsreaktionen. Die jeweilige Zersetzungsreaktion kann durch Wahl eines geeigneten Katalysators und die Wahl der Reaktionsbedingungen gesteuert werden. Im Falle der Reaktion von Ameisensäure zu Kohlenstoffmonoxid und Wasser, kann das Wasser durch Kondensation abgetrennt werden. Vorteilhaft lässt sich eine parallele Führung dieser beiden Reaktionen in dem zweiten und dritten Reaktor durchführen. Anschließend lässt sich ein Gasgemisch aus den Komponenten Wasserstoff, Kohlenstoffdioxid, Kohlenstoffmonoxid und Wasser mit einer variablen Zusammensetzung erzeugen. Die Eigenschaften des

Gasgemischs können vorteilhaft an die Anforderungen der späteren Verwendung angepasst werden. Das erfindungsgemäße integrierte Kraftwerk und das Verfahren zum Betrieb dieses Kraftwerks ermöglichen somit in vorteilhafter Weise eine Stromer- zeugung mit hoher Lastflexibilität.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird mittels der Abwärme der Arbeitsmaschine und/oder mittels der Abwärme des ersten Reaktors Dampf erzeugt oder erwärmt. Typi- scherweise wird mit diesem Dampf ein Wasserdampfkreislauf betrieben .

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Dampf in eine Dampfturbine zum Erzeugen von Strom geführt.

Das Nutzen der Abwärme der Arbeitsmaschine für einen Dampf- prozess erhöht den Wirkungsgrad des integrierten Kraftwerks vorteilhaft .

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erfolgt das Erzeugen der Ameisensäure mittels eines Polyoxometallat- Katalysators . Der Katalysator hat die Form H 3+y [PMo x V y 0 4 o] , wo- bei l<y<13, insbesondere 6<y<13, -1<χ<11, insbesondere - l<x<6, und x+y=12. X und y stellen hier jeweils ganze Zahlen dar. Mit Hilfe dieses Katalysators können neben Ameisensäure auch weitere Carbonsäuren hergestellt werden. Das Verfahren eignet sich insbesondere dazu Carbonsäuren aus kohlenstoffhaltigen Festbrennstoffen, insbesondere aus festfossilen Brennstoffen wie Torf, Braunkohle und Steinkohle, aber auch aus nachwachsenden Rohstoffen, wie holzartige Biomasse oder feuchte Biomasse, zu erzeugen. Neben holzartiger Biomasse können auch Grünschnitt, Algen oder Reststoffe wie Klärschlamm oder Schwarzlauge und Faserschlamm aus der Papierindustrie als Brennstoffe verwendet werden.

Alle Brennstoffe werden zunächst in Lösung gebracht. Hierbei werden unterschiedliche Lösungsmittel eingesetzt, insbesondere Organica, ionische Flüssigkeiten, Kohlenstoffdioxid oder Wasser. Bei Einsatz von Wasser als Lösungsmittel kommen typischerweise Additive zum Einsatz, um die Löslichkeit der Festbrennstoffe zu erhöhen. Alternativ zum Lösen des Festbrennstoffes kann auch eine Extraktion des Festbrennstoffes erfolgen. Bei der Extraktion werden definierte Substanzen aus dem Festbrennstoff gelöst und gehen in die wässrige Phase der Lösung über. Eine weitere Möglichkeit den Festbrennstoff in Lösung zu verbringen kann auch ein Vermählen des Festbrennstoffs sein. Der Festbrennstoff wird dann suspensionsartig in Lösung gebracht. In diesem Fall liegt der Festbrennstoff fein verteilt mit einer hohen Oberfläche vor. Nach diesen alternativen Lösungsschritten beträgt der gelöste Feststoffanteil zwischen 0,5 und 40 Gewichtsprozent in Lösung. Eine weitere Möglichkeit den Festbrennstoff zu lösen ist das Lösen des Festbrennstoffs in überkritischem C0 2 .

Als nächster Schritt wird der Lösung mit dem Festbrennstoff der Polyoxometallat-Katalysator der Form H 3+y [PMo x V y 0 4 o] zuge- setzt. Der Katalysator kann in einer oxidierten oder in einer reduzierten Form vorliegen. In seiner oxidierten Form setzt er gelösten Festbrennstoff zu Carbonsäuren, insbesondere zu Ameisensäure und Essigsäure, um. Neben Ameisensäure und Es- sigsäure entstehen ebenfalls Wasser und gasförmige Komponenten. Der Hauptbestandteil der gasförmigen Phase ist C02. Während dieser Reaktion wird der Katalysator selber reduziert und liegt dann in seiner reduzierten Form vor. Bei Anwesen- heit von molekularem Sauerstoff wird der Katalysator anschließend regeneriert, um wieder in seiner oxidierten Form vorzuliegen. Der Sauerstoffpartialdruck des zugegebenen Gases zur Regeneration des Katalysators beträgt 0,1 bar bis zu 100 bar. Dieses Gas kann Luft, mit Sauerstoff angereicherte- oder abgereicherte Luft, oder reiner Sauerstoff sein. Die Regeneration d.h. Oxidation des Katalysators kann im selben Reaktionsgefäß wie die Reduktion oder in einem zweiten Reaktionsgefäß stattfinden. Durch kontinuierliche Zugabe von Sauerstoff und kontinuierliche Reduktion und Oxidation des Katalysators kann eine kontinuierliche Produktion von Carbonsäure erfolgen. Die Temperaturen der Reaktion betragen zwischen 20°C und 150°C, insbesondere zwischen 60°C und 95°C. Die Gesamtreaktion ist exotherm, so dass dem Reaktor idealerweise Wärme entzogen wird. Es ist ebenfalls denkbar, dass der Lösungsschritt des Festbrennstoffs und der Reaktionsschritt hin zu Carbonsäuren integriert ausgeführt werden. Dabei werden der Festbrennstoff und das entsprechende Additiv direkt in den Reaktor gegeben. Das Umsetzen des Festbrennstoffs zur Ameisensäure bzw.

Carbonsäure kann batchweise oder kontinuierlich durchgeführt werden. Im Batchbetrieb beträgt die Reaktionszeit von 5 Minuten bis zu 72 Stunden. Diese Zeiten entsprechen im kontinuierlichen Betrieb der mittleren Verweildauer der Komponenten im Reaktionsgefäß. Bevorzugt findet die Reaktion im kontinuierlichen Betrieb statt. Vorteilhafterweise wird nach der Reaktion das Reaktionsgemisch einer Filterstufe zugeführt, um Feststoffe, die nicht in Lösung gegangen sind, abzutrennen. Die nicht umgesetzten Anteile des Festbrennstoffes können dann einer weiteren Nutzung, insbesondere einer Verbrennung in einem Kraftwerk, zugeführt werden. Anschließend werden typischerweise mineralische Bestandteile, die in Lösung gegangen sind, durch eine Fällung oder eine Extraktion abgetrennt. Um anschließend die Carbonsäure zu erhalten, erfolgt eine Extraktion, eine Membrantrennung oder eine Rektifikation, insbesondere eine Reaktiv-Rektifikation . Bei allen Trennschritten sollten die Prozessbedingungen derart gewählt sein, dass der Katalysator in der wässrigen Lösung verbleibt. Die Lösung, die dann verarmt an mineralischen Bestandteilen und Carbonsäure ist, aber den Katalysator enthält, wird anschließend in den Reaktor zurückgeführt . In einer vorteilhaften alternativen Weiterbildung der Erfindung wird die Ameisensäure mittels eines

Periodsäureverfahrens erzeugt. Dieses Verfahren eignet sich insbesondere für Festbrennstoffe die Zucker enthalten. Unter Einwirkung der Periodsäure reagieren diese Zucker zu Ameisen- säure. Dieser Prozess findet vorteilhafter Weise in wässriger Umgebung bei milden Reaktionsbedingungen statt. Die Reaktionstemperatur beträgt nahezu Umgebungstemperatur.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbil- dung der Erfindung wird die Ameisensäure nach dem katalyti- schen Erzeugen gereinigt. Weiterhin kann die Ameisensäure nach diesem Verfahrensschritt gespeichert werden. Die Ameisensäure kann aus dem Festbrennstoff nach der Herstellung oder nach einer eventuellen Aufbereitung vorteilhafterweise in flüssiger oder in fester Form gespeichert werden. Es werden hier vorteilhaft nur geringe Volumina zum Speichern benötigt. Insbesondere im Vergleich zur Speicherung von Synthesegas verringert sich das benötigte Speichervolumen deutlich. Weiterhin kann die Speicherung der Ameisensäure bei Umge- bungsdruck erfolgen. Dies verringert den apparativen Aufwand der Speicherbehältnisse. Die Speicherung der Ameisensäure kann alternativ in flüssiger Form bei hohem Druck stattfinden oder die Ameisensäure wird vor der Zersetzung auf hohen Druck gebracht, so dass die beiden Zersetzungsreaktionen der Amei- sensäure ebenfalls bei hohem Druck stattfinden können und ein Gasgemisch mit einem hohen Druck entsteht. Der Zersetzungsdruck kann auf diese Weise so angepasst werden, dass er für ein nachgeschaltetes Verfahren optimiert ist. Für den Einsatz in einer Gasturbine liegt der Druck typischerweise zwischen 1 bar bis 200 bar, insbesondere zwischen 1 bar bis 30 bar.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Gasturbine mit einer Dampfturbine zu einem sogenannten Gas- und Dampf- (GuD-) Kraftwerk integriert und so vorteilhaft der Wirkungsgrad erhöht. Es ist ebenso denkbar aus dem GuD-Kraftwerk Wärme auszukoppeln, so dass das Kraftwerk auch als Kraftwärmekopplungsanlage betrieben werden kann. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn die Anlage nur eine geringe Leistungsgröße aufweist, um den Brennstoffausnut- zungsgrad zu erhöhen und die Wirtschaftlichkeit zu verbessern. Bei kleineren Anlagen ist auch der Betrieb eines nachgeschalteten Kreislaufs mit einem organischen Arbeitsmedium (Organic Rankine Cycle) denkbar.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung wird die Abwärme des ersten Reaktors dazu genutzt, Dampf zu erzeugen oder Wasser zu erwärmen. Die Wärme kann dann vor- teilhaft im Wasserdampfkreislauf des Gas- und Dampf- Kraftwerks genutzt werden. Durch die Nutzung der Abwärme des ersten Reaktors erhöht sich der Wirkungsgrad der Gesamtanlage vorteilhaft . In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird Wärme aus dem Kraftwerk, insbesondere dem Wasserdampfkreislauf, oder Wärme eines warmen Abgasstroms entnommen und dem zweiten und/oder dritten Reaktor zugeführt. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung erfolgt das Regenerieren des

Polyoxometallat-Katalysators mit Luft, insbesondere mit dem in der Luft enthaltenen Sauerstoff, bei erhöhtem Druck aus dem Verdichter der Gasturbine. Der Druck ist typischerweise geringer als 30 bar.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung werden die Abgase aus der Erzeugung der Ameisensäure entweder der Gasturbine zugeführt oder verbrannt. Vorteilhafter Weise erzeugt dies weiterhin eine Steigerung des Wirkungsgrades der Anlage. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das integrierte Kraftwerk als Arbeitsmaschine eine Gasturbine, einen Verbrennungsmotor oder eine Brennstoffzelle. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das integrierte Kraftwerk eine Dampfturbine zum Erzeugen von Strom mittels Dampf. Vorteilhaft steigt dann der Wirkungsgrad des integrierten Kraftwerks. Weitere Ausgestaltungsformen sowie weitere Merkmale der Erfindung werden anhand der folgenden schematischen Figuren näher erläutert .

Dabei zeigen:

Figur 1 ein Verfahrensfließbild eines integrierten Kraftwerks zum Betrieb mit Ameisensäure;

Figur 2 ein Verfahrensfließbild zur Erzeugung der Ameisensäu- re mit einem Polyoxometallat-Katalysator und anschließender Reinigung .

Figur 1 zeigt einen Überblick über ein integriertes Kraftwerk 1 zum Betrieb mit Ameisensäure 4. Zunächst wird der gelöste Festbrennstoff 25, in diesem Beispiel Rohbraunkohle mit einem Wassergehalt größer als 30%, in einen ersten Reaktor 3 geführt. Die Ameisensäure 4 wird mittels eines Polyoxometallat- Katalysators in wässriger Umgebung hergestellt. Das dabei entstehende zweite Abgas 27 wird zunächst aus dem Prozess herausgeführt. Die entstandene Ameisensäure 4 in wässriger Umgebung wird anschließend in eine Ameisensäure-Reinigungsund -abtrennungsvorrichtung 5 geführt. Nach erfolgreicher Reinigung wird die gereinigte Ameisensäure 6 in einem Amei- sensäurespeicher 7 gespeichert. Vorteilhafterweise geschieht dieses Speichern bei Umgebungsdruck und Umgebungstemperatur. Dies ist einerseits besonders günstig und andererseits wenig aufwendig im Apparateeinsatz. Die gereinigte Ameisensäure 6 wird anschließend einem zweiten 8 und einem dritten Reaktor 9 zugeführt. Im zweiten Reaktor 8 reagiert die gereinigte Ameisensäure 6 zu Kohlenstoffmonoxid 10 und Wasser 11. Die Reaktionstemperatur beträgt mehr als 100 °C. Die Reaktion kann entweder nicht-katalytisch oder katalytisch erfolgen. Ein Teil des Wassers 11 wird anschließend in einem Kondensator 12 kondensiert und aus dem System herausgeführt. Das Kohlen- stoffmonoxid 10 verlässt den Kondensator 12 mit einer Konzentration von mehr als 40%. In dem dritten Reaktor 9 reagiert die gereinigte Ameisensäure 6 zu einem Gasgemisch um- fassend Wasserstoff 13 und Kohlenstoffdioxid 36. Diese Umsetzung erfolgt typischerweise bei Temperaturen unter 100 °C an heterogenen oder homogenen Katalysatoren. Es ist möglich, das Kohlenstoffdixid 36 teilweise oder vollständig abzutrennen. Das Gasgemisch umfassend Wasserstoff 13, Kohlenstoffdioxid 36, Wasser 11 und Kohlenstoffmonoxid 10 wird anschließend als Synthesegas der Gasturbine 14 zur Erzeugung von Strom zugeführt .

Das in der Gasturbine 14 entstehende heiße Abgas 16 wird in einem Dampfprozess genutzt. Die Abwärme des heißen Abgases 16 wird genutzt, um in einem Dampferzeuger 17 Wasser 18 zunächst zu erwärmen und dann zu verdampfen. Das kalte Abgas 44 verlässt das System. Der heiße Wasserdampf 19 wird anschließend in eine Dampfturbine 20 geführt und somit ebenso Strom er- zeugt. Der abgekühlte und teilweise kondensierte Wasserdampf 21 wird über einen Kondensator 22 geführt und anschließend wieder in den Dampferzuger 17 zurückgeführt. Da auch das Abgas 27 bei erhöhter Temperatur austritt, ist es ebenso möglich dieses über einen Wärmetauscher zu führen und somit des- sen Wärmeenergie auszunutzen.

Alternativ zu einer Gasturbine können je nach Leistungsbereich des Kraftwerks auch Gasmotoren zur Stromerzeugung, Brennstoffzellen oder andere Kraftmaschinen eingesetzt werden. Besonders im Kilowattbereich bis in den unteren zweistelligen Megawattbereich werden Gasmotoren den Gasturbinen vorgezogen .

Besonders vorteilhaft an diesem integrierten Kraftwerk 1 ist, dass die Ameisensäure 4 als Flüssigkeit oder Feststoff bei Umgebungsdruck gespeichert werden kann. Somit ist eine Entkopplung des Ameisensäureherstellungsprozesses und des Gas- turbinenprozesses möglich. Das erhöht die Flexibilität des integrierten Kraftwerks 1 enorm. Das integrierte Kraftwerk 1 ermöglicht durch den Zwischenschritt der Ameisensäureherstellung die Stromerzeugung aus einem Festbrennstoff mit Gasturbinen. Dadurch wird der Wirkungsgrad und die Flexibilität im Vergleich zu Dampfkraftwerken erhöht. Eine Reinigung der Produkte aus dem zweiten und dritten Reaktor 8, 9 ist grundsätzlich nicht nötig, da die Ameisensäure 4 als Edukt gereinigt vorliegt. Lediglich beim Einsatz einer Wasserstoff- Brennstoffzelle kann eine Abtrennung des Kohlenstoffdioxids 36 aus dem dritten Reaktor 9 notwendig sein, beispielsweise durch C0 2 -Wäche oder Druckwechseladsorption.

Figur 2 zeigt im Detail die Herstellung der Ameisensäure 4 und den darauf folgenden Abtrennungs- und Reinigungsprozess . Zunächst wird in ein erstes Vorlagegefäß 37 der Festbrennstoff 2, Rohbraunkohle, Additive 23, in diesem Beispiel Ten- side, und Wasser als Lösungsmittel 24 geführt. Der Festbrennstoff 2 wird in Lösung gebracht. Der gelöste Festbrennstoff 25 wird anschließend in den ersten Reaktor 3 geführt. Dieser Reaktor 3 ist mit einem Rührwerk ausgerüstet. Über das Rührwerk lässt sich ein Gasgemisch umfassend Sauerstoff und

Stickstoff, insbesondere Luft 26, kontinuierlich zu dem System hinzufügen. Vorteilhaft ermöglicht dies eine kontinuierliche Oxidation des Katalysators, um diesen nach der Reaktion zu reaktivieren. Als Katalysator wird ein Polyoxometallat-

Katalysator eingesetzt. Die Temperatur im Reaktor beträgt typischerweise 40 °C bis 150°C, insbesondere 60°C bis 95°C. Der Druck im Reaktor beträgt typischerweise zwischen 1 bar und 100 bar, insbesondere zwischen 1 bar und 30 bar. Das während der Ameisensäureherstellung entstehende zweite Abgas 27 wird aus dem Prozess herausgeführt. Die Reaktion ist exotherm. Die Wärme wird abgeführt, so dass typischerweise eine Temperatur zwischen 60°C und 90°C im Reaktor herrscht.

Alternativ ist ebenso denkbar, dass der Lösungsschritt und der Reaktionsschritt gemeinsam in einem Gefäß ausgeführt werden. Dabei werden der Festbrennstoff 2 und das Additiv 23 di- rekt dem Reaktor zugegeben.

Anschließend wird das Reaktionsgemisch mit Ameisensäure 4 über einen Feststofffilter 28 geführt. Dabei werden die Feststoffe, die nicht in Lösung gegangen sind oder die sich wäh- rend der Reaktion gebildet haben, abgetrennt. Der Anteil von nicht gelöstem Festbrennstoff kann dann genutzt werden und beispielsweise einer Verbrennung in einem Heizkraftwerk zugeführt werden oder auch wieder in den Reaktor 37 zurückgeführt werden. Die feststofffreie Ameisensäure 41 in wässriger Lö- sung wird anschließend in eine Vorrichtung zur Entsalzung 38 geführt. Mittels Fällungsreagenz 29 werden mineralische Bestandteile gefällt und aus dem System herausgeführt. Die salzfreie Ameisensäure 42 wird anschließend einem Extrakti- onsprozess mit drei Stufen zugeführt. Idealerweise geht dabei die Ameisensäure 42 in die Extraktionsphase über, der Katalysator jedoch verbleibt im Lösungsmittel, so dass dieser dem Reaktor 3 wieder zugeführt werden kann. Die im Extraktions- mittel 34 befindliche Ameisensäure 35 wird anschließend aus dem System herausgenommen. Ameisensäure und Extraktionsmittel werden anschließend durch ein thermisches Trennverfahren, insbesondere eine Destillation oder eine Reaktivrektifikation, voneinander getrennt. Alternativ können auch Trennverfahren wie beispielsweise Membranverfahren eingesetzt werden.