DE102019135696A1 - Turbo exhaust gas CO2 separation - Google Patents

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Wolfgang Kirchner
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur physikalischen CO2-Abscheidung aus Abgas mit flüssiger CO2-Entnahme, umfassend die Schritte:A. Im Verfahrensschritt A wird das Abgas (10a) gekühlt und der im Abgas enthaltenen Wasserdampf wird kondensiert und abgeschieden;B. Das verbleibende Gasgemisch a (11a) wird im Verfahrensschritt B komprimiert und zurückgekühlt;C. Im Verfahrensschritt C wird das Gasgemisch a (11c) auf die CO2-Kondensationstemperatur abgekühlt und das restliche H2O wird kondensiert;D. Im Verfahrensschritt D erfolgt die Kondensation des CO2im CO2-Kondensator (24b);K. Im Verfahrensschritt K wird das Gasgemisch b (12a) durch Adsorption vom Restanteil CO2gereinigt;L. Im Verfahrensschritt L wird das Gasgemisch b (12b) Arbeit leistend entspannt;M. Im Verfahrensschritt M wird die Kälte des Gasgemischs b im CO2-Kondensator (24a) genutzt.N. Im Verfahrensschritt N wird die Kälte des Gasgemisch b (12c) für den Kältebedarf im Mehrkomponentenwärmetauscher (23) genutzt.O. Nachfolgend wird das Gasgemisch b (12c) im Verfahrensschritt O auf Atmosphärendruck entspannt.P. Im Verfahrensschritt P wird das das Gasgemisch b (12g) im Mehrkomponentenwärmetauscher (23) erwärmt und unter Aufnahme des kondensierten H2O in die Atmosphäre abgeleitet.Außerdem bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung von flüssigem CO2bei Kondensationsdruck aus Abgas sowie eine Vorrichtung zur Kondensation von CO2in Gasgemischen.The invention relates to a method for physical CO2 separation from exhaust gas with liquid CO2 removal, comprising the steps: A. In process step A, the exhaust gas (10a) is cooled and the water vapor contained in the exhaust gas is condensed and separated; B. The remaining gas mixture a (11a) is compressed and cooled back in process step B; C. In process step C, the gas mixture a (11c) is cooled to the CO2 condensation temperature and the remaining H2O is condensed; D. In process step D, the CO2 is condensed in the CO2 condenser (24b); K. In process step K, the gas mixture b (12a) is purified from the remaining CO2 by adsorption; L. In process step L, the gas mixture b (12b) is expanded while performing work; M. In process step M, the coldness of the gas mixture b in the CO2 condenser (24a) is used. N. In process step N, the coldness of the gas mixture b (12c) is used for the refrigeration requirement in the multi-component heat exchanger (23). The gas mixture b (12c) is then expanded to atmospheric pressure in process step O. P. In process step P, the gas mixture b (12g) is heated in the multi-component heat exchanger (23) and discharged into the atmosphere while absorbing the condensed H2O. In addition, the invention relates to a device for turbo exhaust gas CO2 separation of liquid CO2 at condensation pressure from exhaust gas as well as a device for the condensation of CO2 in gas mixtures.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Abscheidung von Kohlendioxid nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und auf eine Vorrichtung zur Abscheidung von Kohlendioxid nach dem Oberbegriff von Anspruch 3 sowie eine Vorrichtung zur Kondensation von CO2 in Gasgemischen mit einem Druck zwischen 6 und 15 bar nach dem Oberbegriff von Anspruch 5.The invention relates to a method for separating carbon dioxide according to the preamble of claim 1 and to a device for separating carbon dioxide according to the preamble of claim 3 and a device for condensing CO 2 in gas mixtures at a pressure between 6 and 15 bar the preamble of claim 5.

Die Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung dient der Entlastung der Atmosphäre von klimaschädigenden CO2-Emissionen aus Abgasen, indem das CO2 durch Kondensation aus den Abgasen entfernt und das abgeschiedene CO2 entweder nachfolgend unterirdisch eingelagert wird (CCS-Verfahren - Carbon Capture and Storage) oder einer anderweitigen Verwendung wie z. B. der Nutzung für CO2-basierte Kunststoffe zugeführt wird. Das Verfahren der Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung gehört zu den physikalischen Verfahren zur Abscheidung von CO2 aus Abgasen.The turbo exhaust gas CO 2 separation serves to relieve the atmosphere of climate-damaging CO 2 emissions from exhaust gases by removing the CO 2 from the exhaust gases through condensation and the separated CO 2 either subsequently being stored underground (CCS process - carbon capture and Storage) or any other use such as B. the use for CO 2 -based plastics is supplied. The turbo exhaust gas CO 2 separation process is one of the physical processes for separating CO 2 from exhaust gases.

Ein 400MW GuD-Kraftwerk (Gas und Dampf-Kombikraftwerk) emittiert ca. 1,2 Mio. t CO2 pro Jahr (ein gleichwertiges Kohlekraftwerk emittiert 3,3 Mio. t CO2 pro Jahr). Im Mittel kann eine Waldfläche von 1 ha Größe ca. 4 t CO2 pro Jahr absorbieren. Allein dieses eine 400MW-GuD-Kraftwerk würde also eine Fläche von 300.000 ha Wald zur Kompensation des emittierten CO2's benötigen. Ganz Deutschland hat eine Waldfläche von 1,2 Mio. ha, die nur zur CO2-Kompensation von 4 dieser Kraftwerke ausreichen würde. Der Gesamtenergieverbrauch pro Jahr lag 2017 in Deutschland bei 2.591 TWh wovon 37,8% aus regenerativer Energieproduktion stammt. Für die restlichen 1.600 TWh würde man 457 400MW-Kraftwerke zur Stromproduktion benötigen. Diese würden 550 (GuD) - 1.500 (Kohle) Mio. t CO2 pro Jahr emittieren und das allein in Deutschland, auf das lediglich 2,4% des Weltenergieverbrauchs entfällt. Die Stromerzeugung mit regenerativen Energiequellen ist in Deutschland von 36% in 2017 auf 37,8% in 2018 gestiegen. Auf die Energieproduktion mit fossilen Brennstoffen kann daher mittel- bis langfristig nicht verzichtet werden. Um eine Klimakatastrophe wirklich abzumildern bzw. zu verhindern gibt es also keine Alternative zur Abscheidung und unterirdischer Lagerung des CO2 aus Verbrennungsgasen. Diese Abscheidung muss mit einem Minimum an eingesetzter Energie erfolgen. Dies ist mit der hier zum Patent eingereichten Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung gegeben, die abhängig von der Art des Abgases 50-70 % weniger Energie als die bisher untersuchten CCS-Verfahren verbraucht.A 400 MW combined cycle power plant (gas and steam combined cycle power plant) emits approx. 1.2 million t CO 2 per year (an equivalent coal-fired power plant emits 3.3 million t CO 2 per year). On average, a forest area of 1 hectare can absorb approx. 4 t CO 2 per year. This one 400MW combined cycle power plant alone would therefore require an area of 300,000 hectares of forest to compensate for the emitted CO 2 . The whole of Germany has a forest area of 1.2 million hectares, which would only be sufficient for CO 2 compensation for 4 of these power plants. The total energy consumption per year in Germany in 2017 was 2,591 TWh, 37.8% of which comes from renewable energy production. The remaining 1,600 TWh would require 457 400MW power plants to produce electricity. These would emit 550 (GuD) - 1,500 (coal) million t CO 2 per year and that in Germany alone, which only accounts for 2.4% of world energy consumption. Electricity generation with renewable energy sources in Germany increased from 36% in 2017 to 37.8% in 2018. Energy production with fossil fuels cannot therefore be dispensed with in the medium to long term. In order to really mitigate or prevent a climate catastrophe, there is no alternative to the separation and underground storage of CO 2 from combustion gases. This separation must take place with a minimum of energy used. This is the case with the turbo exhaust gas CO 2 separation, for which a patent is filed here, which, depending on the type of exhaust gas, consumes 50-70% less energy than the previously examined CCS processes.

Verwendung findet die Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung in allen Prozessen, bei denen Abgas anfällt, wie z. B.

  • • bei der Abtrennung des CO2 in den Abgasen von Biomasse-Kraftwerken,
  • • der Abtrennung des CO2 in den Abgasen von GuD-Kraftwerken,
  • • der Abtrennung des CO2 in den Abgasen von Kohlekraftwerken,
  • • der Abtrennung des CO2 in den Abgasen von Heizkesseln,
  • • der Abtrennung des CO2 in den Abgasen von Verbrennungsmotoren,
  • • der Abtrennung des CO2 in den Abgasen von Gasturbinen und
  • • der Abtrennung des CO2 in den Abgasen von Industriebrennern.
The turbo exhaust gas CO 2 separation is used in all processes in which exhaust gas is generated, such as B.
  • • in the separation of the CO 2 in the exhaust gases from biomass power plants,
  • • the separation of the CO 2 in the exhaust gases from combined cycle power plants,
  • • the separation of the CO 2 in the exhaust gases from coal-fired power plants,
  • • the separation of CO 2 in the exhaust gases from boilers,
  • • the separation of the CO 2 in the exhaust gases from combustion engines,
  • • the separation of the CO 2 in the exhaust gases from gas turbines and
  • • the separation of the CO 2 in the exhaust gases from industrial burners.

Einen aktuellen Überblick über den Stand der Forschung und Entwicklung zur Abscheidung und Speicherung von CO2 aus Abgasen gibt der „Technologiebericht 2.3 CO2-Abscheidung und Speicherung - CCS“ des Forschungszentrums Jülich vom 17. Dezember 2017. Für die CO2 Abscheidung aus Abgasen nach der Verbrennung (Post-Combustion Verfahren) sind gemäß dieser Untersuchung ausschließlich chemische Absorptionsverfahren in der Forschung und Entwicklung sowie in einem sehr frühen Forschungsstadium membranbasierte Verfahren (S. 9 des Berichts).An up-to-date overview of the state of research and development on the separation and storage of CO 2 from exhaust gases is given in the “Technology Report 2.3 CO 2 separation and storage - CCS” from Forschungszentrum Jülich on December 17, 2017. For CO 2 separation from exhaust gases, see According to this study, the post-combustion processes are exclusively chemical absorption processes in research and development and membrane-based processes in a very early research stage (p. 9 of the report).

Hauptprobleme bei der chemischen Absorption sind die Zersetzung der Lösungsmittel in Anwesenheit von Sauerstoff und anderen Fremdstoffen (z. B. Staub), hohe Raten der Lösungsmitteldegradierung durch Reaktionen mit Schwefeldioxid oder Stickoxid und der hohe Energieverbrauch bei der notwendigen Regenerierung des Lösungsmittels (S. 17 des Berichts).The main problems with chemical absorption are the decomposition of solvents in the presence of oxygen and other foreign substances (e.g. dust), high rates of solvent degradation due to reactions with sulfur dioxide or nitrogen oxide and the high energy consumption in the necessary regeneration of the solvent (p. 17 des Report).

Physikalische Verfahren gelten bislang im Gegensatz zu den bisher eingesetzten Verfahren zur CO2-Abscheidung und Speicherung als unwirtschaftlich, da bei den bisher in Erwägung gezogenen physikalischen Verfahren zur kryogenen CO2-Abscheidung bedingt durch hohe Kondensationsdrücke und niedrige Kondensationstemperaturen zu viel Energie für die eingesetzten Kältemaschinen und Verdichter benötigt würde. Bei dieser Betrachtung wurden jedoch Energierückgewinnungsmöglichkeiten und die Einlagerung des CO2 vernachlässigt.In contrast to the previously used processes for CO 2 separation and storage, physical processes have so far been considered uneconomical, since the physical processes for cryogenic CO 2 separation considered to date have too much energy for the refrigerating machines used due to high condensation pressures and low condensation temperatures and compressor would be needed. At However, this consideration neglected energy recovery options and the storage of CO 2.

Zur unterirdischen Speicherung kommen aus Sicherheitsaspekten nur Speicher mit einer Mindesttiefe von 800 m in Frage. Um in einer solchen Tiefe eine Einlagerung vornehmen zu können muss sich das CO2 aufgrund des dort herrschenden Drucks und zur maximalen Ausnutzung des vorhandenen Lagervolumens im superkritischen Aggregatzustand befinden. Hierzu ist ein Mindestdruck von 74 bar bei 31°C notwendig. Da jedoch alle bisher eingesetzten CCS-Abscheideverfahren CO2 bei Normaldruck abscheiden, muss es vor der Einlagerung auf 74 bar komprimiert werden. Hierzu wäre z.B. für das in einem 400MW GuD-Kraftwerk anfallende CO2 eine mindestens zweistufige Gas-Turboverdichter Kaskade notwendig, die einen Energieverbrauch von mindestens 16MW hätte. Damit wird bei allen bisher untersuchten CCS-Verfahren allein für die Aufbereitung des CO2 zur Einlagerung fast so viel Energie verbraucht wie beim kompletten, hier zum Patent eingereichten „Turbo-Abgas-CO2-Abscheidungsverfahren“ .For safety reasons, only storage tanks with a minimum depth of 800 m can be considered for underground storage. In order to be able to store it at such a depth, the CO 2 must be in a supercritical state of aggregation due to the pressure prevailing there and for maximum utilization of the existing storage volume. A minimum pressure of 74 bar at 31 ° C is required for this. However, since all previously used CCS separation processes separate CO 2 at normal pressure, it has to be compressed to 74 bar before storage. For this purpose, for example, an at least two-stage gas turbo-compressor cascade with an energy consumption of at least 16MW would be necessary for the CO 2 occurring in a 400MW combined cycle power plant. In all of the CCS processes investigated so far, almost as much energy is used to process the CO 2 for storage alone as in the complete "turbo exhaust gas CO 2 separation process" for which a patent is applied.

Darüber hinaus entstehen für die notwendigen Turbo Verdichter Anlagekosten, die ca. 50% der Kosten einer „Turbo-Abgas-C02-Abscheidung“-Anlage betragen.In addition, there are system costs for the necessary turbo compressors, which amount to approx. 50% of the costs of a “turbo exhaust gas C0 2 separation” system.

Aufgabe der Erfindung der Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung ist es demnach, ein Verfahren zur vollständigen, sortenreinen Abscheidung von CO2 aus Abgasen zu entwickeln, das als physikalisches Verfahren ohne Lösungsmittel und die damit verbundenen Probleme betrieben werden kann und das zusätzlich einen deutlich geringen Energieaufwand für das Abscheiden und Aufbereiten zur Lagerung des CO2 erfordert als die bislang in der Erprobung befindlichen CCS-Verfahren.The object of the invention of the turbo exhaust gas CO 2 separation is therefore to develop a process for the complete, pure separation of CO 2 from exhaust gases, which can be operated as a physical process without solvents and the problems associated therewith, and which is also clearly one requires less energy for the separation and processing for storage of the CO 2 than the CCS processes currently being tested.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Abscheidung von Kohlendioxid mit den Verfahrensschritten des Anspruchs 1.This object is achieved by a method for separating carbon dioxide with the method steps of claim 1.

Weitere vorteilhafte Verfahrensschritte, welche das Verfahren nach Anspruch 1 optimieren ergeben sich aus dem Unteranspruch 2.Further advantageous method steps which optimize the method according to claim 1 emerge from dependent claim 2.

Aufgabe der Erfindung ist auch, eine Vorrichtung zur Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung von flüssigem CO22 bei Kondensationsdruck aus von Partikeln gereinigtem Abgas verfügbar zu machen, die geeignet ist, CO2 vollständig sortenrein aus Abgasen ohne Lösungsmittel und mit geringem Energieaufwand abzuscheidenThe object of the invention is also to provide a device for turbo exhaust gas CO 2 separation of liquid CO2 2 at condensation pressure from exhaust gas cleaned of particles, which is suitable for separating CO 2 completely from exhaust gases without solvents and with little energy consumption

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung von flüssigem CO2 bei Kondensationsdruck aus von Partikeln gereinigtem Abgas nach Anspruch 3.This object is achieved by a device for turbo exhaust gas CO 2 separation of liquid CO 2 at condensation pressure from exhaust gas that has been cleaned of particles according to claim 3.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Vorrichtung zur Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung ergibt sich aus dem Unteranspruch 4.An advantageous development of the device for turbo exhaust gas CO 2 separation results from dependent claim 4.

Aufgabe der Erfindung ist ferner, eine Vorrichtung zur Kondensation von CO2 in Gasgemischen mit einem Druck zwischen 6 und 15 bar bereitzustellen.Another object of the invention is to provide a device for the condensation of CO 2 in gas mixtures with a pressure between 6 and 15 bar.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Kondensation von CO2 in Gasgemischen mit einem Druck zwischen 6 und 15 bar mit den Merkmalen des Anspruchs 5.This object is achieved by a device for the condensation of CO 2 in gas mixtures with a pressure between 6 and 15 bar with the features of claim 5.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung zur Kondensation von CO2 in Gasgemischen mit einem Druck zwischen 6 und 15 bar werden anhand der Unteransprüche 6 bis 8 benannt.Advantageous embodiments of the device for the condensation of CO 2 in gas mixtures with a pressure between 6 and 15 bar are named on the basis of the dependent claims 6 to 8.

Die nachfolgenden Figuren dienen der Veranschaulichung von Ausführungsformen der Erfindung. Die einzelnen Figuren zeigen:

  • 1 Verfahren der Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung mit CO2-Entnahme in flüssiger Form;
  • 2 Verfahren der Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung mit CO2-Entnahme bei überkritischem Druck;
  • 3 Schema Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung mit CO2-Entnahme in flüssiger Form;
  • 4 Schema Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung mit überkritischem DruckEntnahme zur unterirdischen Einlagerung;
  • 5 Verfahren der Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung mit überkritischem Druck - Entnahme zur unterirdischen Einlagerung mit 2-stufiger Abgasverdichtung;
  • 6 Energieflussdiagramm Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung mit Hochdruck-CO2-Entnahme und 2-stufiger Abgasverdichtung;
  • 7 Schema der CO2-Kondensation nach einer Ausführungsform mit direkter Kühlung und einstufiger Entspannungsturbine;
  • 8 Schema der CO2-Kondensation nach einer weiteren Ausführungsform mit direkter Kühlung und mehrstufiger Entspannungsturbine;
  • 9 Schema des CO2-Kondensation nach einer weiteren Ausführungsform mit indirekter Kühlung.
The following figures serve to illustrate embodiments of the invention. The individual figures show:
  • 1 Process of turbo exhaust gas CO 2 separation with CO 2 removal in liquid form;
  • 2 Process of turbo exhaust gas CO 2 separation with CO 2 removal at supercritical pressure;
  • 3 Turbo exhaust gas CO 2 separation scheme with CO 2 removal in liquid form;
  • 4th Turbo exhaust gas CO 2 separation scheme with supercritical pressure extraction for underground storage;
  • 5 Process of turbo exhaust gas CO 2 separation with supercritical pressure - extraction for underground storage with 2-stage exhaust gas compression;
  • 6th Energy flow diagram turbo exhaust gas CO 2 separation with high pressure CO 2 removal and 2-stage exhaust gas compression;
  • 7th Scheme of the CO 2 condensation according to an embodiment with direct cooling and a single-stage expansion turbine;
  • 8th Scheme of the CO 2 condensation according to a further embodiment with direct cooling and multi-stage expansion turbine;
  • 9 Scheme of the CO 2 condensation according to a further embodiment with indirect cooling.

Das Verfahren der Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung nutzt bei der Abscheidung von CO2 aus Abgas, das von Partikeln gereinigt ist, die folgenden Verfahrensschritte:

  • • Abgaskühlung auf Umgebungstemperatur
  • • Abgasverdichtung auf den CO2-Verflüssigungsdruck mit Rückkühlung auf Umgebungstemperatur
  • • Abgaskühlung auf die CO2-Kondensationstemperatur
  • • Gaszerlegung durch CO2-Kondensation und -Abscheidung
  • • Arbeit leistende Entspannung von zerlegten Gasen
  • • Aufbereitung des CO2 für die nachfolgende Lagerung bzw. Verwendung.
The turbo exhaust gas CO 2 separation process uses the following process steps to separate CO 2 from exhaust gas that has been cleaned of particles:
  • • Exhaust gas cooling to ambient temperature
  • • Flue gas compression to the CO 2 condensing pressure with recooling to ambient temperature
  • • Flue gas cooling to the CO 2 condensation temperature
  • • Gas separation through CO 2 condensation and separation
  • • Work-performing expansion of decomposed gases
  • • Preparation of the CO 2 for subsequent storage or use.

Die Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung ist dadurch gekennzeichnet, dass für die Verdichtung und Kühlung der Abgase Turbomaschinen und Wärmetauscher eingesetzt werden. Der Energiebedarf wird dadurch begrenzt, dass die für die Verdichtung des Abgases zunächst aufgewendete Energie in späteren Verfahrensschritten durch Expansion der zerlegten Gase in Gasturbinen in Teilen wieder zurückgewonnen wird und gleichzeitig durch die Expansion der zerlegten Gase die im Verfahren benötigte Kälte erzeugt wird.The turbo exhaust gas CO 2 separation is characterized in that turbo machines and heat exchangers are used for the compression and cooling of the exhaust gases. The energy requirement is limited by the fact that the energy initially expended for the compression of the exhaust gas is partially recovered in later process steps by expansion of the decomposed gases in gas turbines and, at the same time, the cooling required in the process is generated by the expansion of the decomposed gases.

Es geht hierbei zwar zwischen Verdichtung und Entspannung Energie durch die inneren Verluste in den Turboverdichtern und Gasturbinen verloren, jedoch lassen sich diese Verluste dadurch begrenzen, dass bei hochwertigen modernen Gasturbinen und Turboverdichtern isentrope Wirkungsgrade von besser als 90% Stand der Technik sind.Energy is lost between compression and expansion through the internal losses in the turbo-compressors and gas turbines, but these losses can be limited by the fact that isentropic efficiencies of better than 90% are state of the art in high-quality modern gas turbines and turbo-compressors.

Aus der zentralen Bedeutung der Turbomaschinen beim Abscheiden des CO2 und zur Unterscheidung von den chemischen CO2-Abscheideverfahren wurde die Bezeichnung „Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung“ für das Verfahren entwickelt. Die Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung hat 2 Verfahrensvarianten, bei denen das CO2 in jeweils einem anderen physikalischen Zustand des aus dem Verfahren entnommenen wird:

  • • Verfahrensvariante 1: Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung mit CO2-Entnahme flüssig bei Kondensationsdruck,
  • • Verfahrensvariante 2: Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung mit CO2-Entnahme bei überkritischem Druck zur unterirdischen Lagerung.
The term "turbo exhaust gas CO 2 separation" was developed for the process from the central importance of turbo machines in separating CO 2 and to differentiate it from chemical CO 2 separation processes. The turbo exhaust gas CO 2 separation has 2 process variants, in which the CO 2 is taken from the process in a different physical state:
  • • Process variant 1: Turbo exhaust gas CO 2 separation with CO 2 removal in liquid form at condensation pressure,
  • • Process variant 2: Turbo exhaust gas CO 2 separation with CO 2 removal at supercritical pressure for underground storage.

Das größte Anwendungspotential liegt bei der Verfahrensvariante 2, da mit dieser Verfahrensvariante das CO2 aus Kraftwerksprozessen in energieeffizientester Weise aufbereitet wird um die entstehenden riesigen CO2-Mengen unterirdisch einzulagern und klimaschädigenden CO2-Kraftwerksemissionen in die Atmosphäre zukünftig ganz zu vermeiden.The greatest application potential lies in process variant 2, since with this process variant the CO 2 from power plant processes is processed in the most energy-efficient manner in order to store the huge amounts of CO 2 that arise underground and to completely avoid climate-damaging CO 2 power plant emissions into the atmosphere in the future.

Kraftwerke, betrieben mit fossilen Brennstoffen würden dadurch klimaneutral, Biomasse-Kraftwerke würden klimapositiv, da die Biomasse wird während ihres Wachstums der Atmosphäre CO2 entzieht.
Der Prozess der Klimaerwärmung durch atmosphärisches-CO2 wird umgekehrt!Power stations operated with fossil fuels would carbon neutral in biomass power stations would climate positive, since the biomass is cut off during growth of the atmosphere of CO 2.
The process of global warming through atmospheric CO 2 is reversed!

Beschreibung Variante 1 (Figur 1 und 3)Description of variant 1 (Figures 1 and 3)

Die Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung mit Entnahme des CO2 in flüssiger Form gliedert sich in folgende Verfahrensschritte:The turbo exhaust gas CO 2 separation with removal of the CO 2 in liquid form is divided into the following process steps:

Vorstufe AbgasreinigungPre-stage exhaust gas cleaning

Das zu behandelnde Abgas 10 muss vor der Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung von Partikeln, wie Staub, Flugasche und Rußpartikeln gereinigt werden. Die Partikelbelastung des Abgases 10 ist sehr stark abhängig vom vorgelagerten Verbrennungsprozess.The exhaust gas to be treated 10 must be cleaned of particles such as dust, fly ash and soot particles before the turbo exhaust gas CO 2 separation. The particle load in the exhaust gas 10 is very dependent on the upstream combustion process.

In Abhängigkeit von der Art und Intensität der Partikelbelastung kommen in der Abgasreinigungsstufe 20 unterschiedliche Filter- und Abscheidetechniken zum Einsatz, wie z. B. Elektrofilter, Fliehkraftabscheider, Gewebefilter oder Wäscher.
Entsprechend der Anforderungen der Hersteller von Turbomaschinen kann eine sehr gründliche Entfernung der Partikel aus dem Abgas erforderlich sein. Es gibt für die Abgase aus allen Verbrennungsprozessen geeignete Techniken für die Reinigung als vorgelagerte Stufe zur Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung. Dies ist jedoch nicht Teil des Verfahrens, daher ist eine vertiefte Beschreibung der Abgasreinigung hier nicht erforderlich.Depending on the type and intensity of the particulate pollution come in the exhaust gas cleaning stage 20th different filter and separation techniques are used, such as B. electrostatic precipitators, centrifugal separators, fabric filters or scrubbers.
According to the requirements of the manufacturers of turbomachinery, a very thorough removal of the particles from the exhaust gas may be necessary. There are suitable techniques for cleaning the exhaust gases from all combustion processes as an upstream stage for turbo exhaust gas CO 2 separation. However, this is not part of the procedure, so an in-depth description of exhaust gas cleaning is not required here.

Verfahrensschritt AProcess step A

Im Verfahrensschritt A wird das von Partikeln gereinigte Abgas 10a in dem Abgaskühler a 21a gekühlt. Dabei kondensiert ein großer Teil des im Abgas enthaltenen Wasserdampfs und wird als Kondensat 14a abgeschieden. Die Temperatur, mit der das Abgas in die Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung eintritt, weist in Abhängigkeit des vorgelagerten Verbrennungsprozesses ein breites Temperaturspektrum auf (z. B. 50 °C bei einem Motor-BHKW und mehreren hundert °C hinter einer einstufigen Gasturbine), so dass die Wärmemenge, die im Verfahrensschritt a abgeführt werden muss, sehr unterschiedlich ist.In process step A, the exhaust gas is cleaned of particles 10a in the exhaust gas cooler a 21a chilled. A large part of the water vapor contained in the exhaust gas condenses and is used as condensate 14a deposited. The temperature at which the exhaust gas enters the turbo exhaust gas CO 2 separation has a wide range of temperatures depending on the upstream combustion process (e.g. 50 ° C for an engine block-type thermal power station and several hundred ° C behind a single-stage one Gas turbine), so that the amount of heat that has to be dissipated in process step a is very different.

Die Abkühlung im Abgaskühler a 21a erfolgt mit Kühlwasser und ist begrenzt durch die Temperatur des zur Verfügung stehenden Kühlwassers 16, das in der Regel mittels eines Kühlturms 21 gewonnen werden muss. Bei manchen Standorten kann auch Kühlwasser aus dem Meer oder aus Flüssen zur Verfügung stehen. Mit dieser Abgaskühlung lässt sich in Abhängigkeit von Standort und Jahreszeit eine Abkühlung des Abgases auf einen Temperaturbereich zwischen +5 °C und +30 °C erreichen.The cooling in the exhaust gas cooler a 21a takes place with cooling water and is limited by the temperature of the available cooling water 16 , usually by means of a cooling tower 21 must be won. At some locations, cooling water from the sea or rivers may also be available. With this exhaust gas cooling, depending on the location and time of year, the exhaust gas can be cooled to a temperature range between +5 ° C and +30 ° C.

Verfahrensschritt BProcess step B

Im Verfahrensschritt B wird das gekühlte und getrocknete Abgas 11a, bestehend aus N2, CO2, Ar und Resten von H2O im Abgasturboverdichter 22 auf einen Druck oberhalb von 5,16 bar verdichtet und anschließend im Abgaskühler b 21b zurückgekühlt. Bei Einsatz von Kühlwasser 16 lässt sich bei der Rückkühlung wieder der oben beschriebene Temperaturbereich zwischen +5 °C und +30 °C erreichen. Dabei kondensiert der größte Teil des im Abgas enthaltenen Wasserdampfs und wird als Kondensat 14b abgeschieden.In process step B, the cooled and dried exhaust gas is 11a , consisting of N 2 , CO 2 , Ar and residues of H 2 O in the exhaust gas turbo compressor 22nd compressed to a pressure above 5.16 bar and then cooled back in the exhaust gas cooler b 21b. When using cooling water 16 the temperature range between +5 ° C and +30 ° C described above can be achieved again during recooling. Most of the water vapor contained in the exhaust gas condenses and is used as condensate 14b deposited.

Im Abgasturboverdichter 22 muss die Höhe der Verdichtung so hoch gewählt werden, dass bei Expansion und Erwärmung des Gasgemischs b 12 die erforderliche Kälte für das Verfahren erzeugt werden kann. Die durchgeführte Berechnung mehrerer Ausführungsbeispiele ergab, dass eine Verdichtung auf 6 bis 15 bar hierfür ausreichend ist.In the exhaust gas turbo compressor 22nd the level of compression must be selected so high that the required cold for the process can be generated when the gas mixture b 12 is expanded and heated. The calculation carried out for several exemplary embodiments showed that compression to 6 to 15 bar is sufficient for this.

Bei höherer Verdichtung kann nachfolgend zwar das CO2 bereits bei höheren Temperaturen verflüssigt werden, aber durch den dafür notwendigen höheren Energieaufwand für die zusätzliche Verdichtung des Abgases verschlechtert sich die Wirtschaftlichkeit.With higher compression, the CO 2 can subsequently be liquefied at higher temperatures, but the higher energy expenditure required for the additional compression of the exhaust gas worsens the economic efficiency.

Zur Abgasverdichtung wird über 90% der für die Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung notwendigen Energie verbraucht. Ein niedrigerer Energieaufwand für die Abgasverdichtung lässt sich durch eine mehrstufige Verdichtung mit Zwischenkühlung erreichen. Mit der Anzahl der Verdichtungsstufen sinkt der Energieaufwand für die Verdichtung des Abgases. Im Gegenzug ist ein höherer Investitionsaufwand für die zusätzlichen Verdichtungsstufen erforderlich.Over 90% of the energy required for turbo exhaust gas CO 2 separation is used for exhaust gas compression. A lower energy expenditure for the exhaust gas compression can be achieved through a multi-stage compression with intermediate cooling. The energy required to compress the exhaust gas decreases with the number of compression stages. In return, a higher investment is required for the additional compression stages.

Bei der einstufigen Verdichtung in den 3 und 4 muss für den Verdichter 22 die Antriebsenergie 30 aufgewendet werden. Bei einer zweistufigen Verdichtung in 5 ist für die 1. Verdichterstufe 22a die Antriebsenergie 30a und für die 2. Verdichterstufe 22b die Antriebsenergie 30b erforderlich. Gleiches gilt analog, wenn auf noch mehr Verdichtungsstufen aufgeteilt wird. Die Summe der Antriebsenergie 30a, 30b der zweistufigen Verdichtung ist dabei kleiner als die Antriebsenergie (30) der einstufigen Verdichtung.With single-stage compression in the 3 and 4th must for the compressor 22nd the drive energy 30th are expended. With a two-stage compression in 5 is for the 1st compressor stage 22a the drive energy 30a and for the 2nd compressor stage 22b the drive energy 30b required. The same applies analogously if it is divided into even more compression levels. The sum of the drive energy 30a , 30b the two-stage compression is smaller than the drive energy ( 30th ) single-stage compression.

Bei Auslegung der Turbo-CO2-Abscheidung für konkrete Anwendungsfälle kann mittels einer Wirtschaftlichkeitsberechnung aus den reduzierten Energiekosten bei mehreren Verdichterstufen und den dadurch steigenden Investitionskosten ein projektspezifisches Optimum ermittelt werden.When designing the turbo CO 2 separation for specific applications, a project-specific optimum can be determined from the reduced energy costs with several compressor stages and the resulting increase in investment costs by means of a profitability calculation.

Verfahrensschritt CProcess step C

Das verdichtete und zurück gekühlte Gasgemisch a 11b wird im Verfahrensschritt C in dem Mehrkomponentenwärmetauscher 23 auf die Kondensationstemperatur des CO2 abgekühlt.The compressed and recooled gas mixture a 11b is in process step C in the multi-component heat exchanger 23 cooled to the condensation temperature of the CO 2.

Das Abgas 11c weist bei Austritt aus dem(n) Abgaskühler(n) 21 als gesättigtes, feuchtes Abgas immer noch einen erheblichen Wassergehalt auf, der bei 25°C und 7 bar ca. 2,8 g pro kg Gas beträgt.The exhaust 11c has a considerable water content when it emerges from the exhaust gas cooler (s) 21 as saturated, moist exhaust gas, which at 25 ° C. and 7 bar is approx. 2.8 g per kg of gas.

Daher ist bei der Abkühlung des Abgases 11c unter den Gefrierpunkt von Wasser eine selbstreinigende Wärmetauscherkomponente 23a zur Kühlung des Abgases erforderlich, weil bei dieser Abkühlung der noch im Gasgemisch 11c enthaltene Wasserdampf auskondensiert bzw. ausfriert, sich an den Wänden der Wärmetauscherkomponente 23a ablagert und ohne Reinigungsmaßnahmen die Wärmetauscherkomponente 23a verstopfen würde. In der selbstreinigenden Wärmetauscherkomponente 23a wird durch periodisches Umschalten der Strömung mit den Motorklappen 23b, 23c und den Rückschlagklappen 23d, 23e das an den Wänden des Wärmetauschers abgelagerte Eis und das kondensierte Wasser von dem in die Atmosphäre abgeleiteten Gasgemisch b 12f aufgenommen und der Wärmetauscher so wieder vollständig gereinigt.Therefore, when cooling the exhaust gas 11c a self-cleaning heat exchanger component below the freezing point of water 23a required for cooling the exhaust gas, because during this cooling the gas is still in the gas mixture 11c The water vapor contained condenses or freezes out on the walls of the heat exchanger component 23a deposits and the heat exchanger component without cleaning measures 23a would clog. In the self-cleaning heat exchanger component 23a is made by periodically switching the flow with the motorized flaps 23b , 23c and the check valves 23d , 23e the ice deposited on the walls of the heat exchanger and the condensed water are absorbed by the gas mixture b 12f diverted into the atmosphere, and the heat exchanger is thus completely cleaned again.

Selbstreinigende Wärmetauscher sind bekannte Bauelemente aus Luftzerlegungsanlagen. Grundsätzlich sind für die Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung alle aus den Luftzerlegungsanlagen bekannten Bauarten der selbstreinigenden Wärmetauscher geeignet. z.B. Kreuzstromgegenströmer, steingefüllte Regeneratoren mit eingebauten Rohrschlangen oder Rekuperatoren in Kompaktbauweise (vielfach als reversing exchangers bezeichnet).Self-cleaning heat exchangers are known components from air separation plants. In principle, all types of self-cleaning heat exchangers known from air separation plants are suitable for turbo exhaust gas CO 2 separation. For example, cross-flow counterflows, stone-filled regenerators with built-in pipe coils or recuperators in compact design (often referred to as reversing exchangers).

In den selbstreinigenden Mehrkomponentenwäremtauschern sind die Wärmetauscherkomponenten der wärmeabgebenden Seite und der wärmeaufnehmenden Seite und weitere Wärmetauscherkomponenten integriert, wie beispiesweise ein Wärmetauscher 23f - z. B. als eingebaute Rohrschlange - für die Wärmeaufnahme des Gasgemischs b 12c nach dem CO2-Kondensator 24a.The heat exchanger components of the heat-emitting side and the heat-absorbing side and other heat exchanger components, such as a heat exchanger, are integrated in the self-cleaning multi-component heat exchangers 23f - e.g. B. as a built-in coil - for the heat absorption of the gas mixture b 12c after the CO 2 condenser 24a .

Im selbstreinigenden Mehrkomponentenwärmetauscher 23 müssen aus dem Gasgemisch a 11c folgende Wärmemengen abgeführt werden:

  • • die Enthalpiedifferenz des Gasgemischs a 11c von Austrittstemperatur aus dem letzten Abgaskühler 21c zur Kondensationstemperatur des CO2 und
  • • die Verdampfungsenthalpie des kondensierenden Wasserdampfanteils.
In the self-cleaning multi-component heat exchanger 23 must from the gas mixture a 11c the following amounts of heat can be dissipated:
  • • the enthalpy difference of the gas mixture a 11c of the outlet temperature from the last exhaust gas cooler 21c to the condensation temperature of the CO 2 and
  • • the enthalpy of evaporation of the condensing water vapor fraction.

Die für die wärmeaufnehmende Seite des Mehrkomponentenwärmetauschers 23 erforderliche Kälte wird bereitgestellt

  • • durch die Erwärmung des kalten Gasgemisch b 12c in der Wärmetauscherkomponente 23f und
  • • durch die Erwärmung des in der Gasturbine b 28b auf Atmosphärendruck entspannten kalten Gasgemisch b 12e in der selbstreinigenden Wärmetauscherkomponente 23a.
The one for the heat-absorbing side of the multi-component heat exchanger 23 required cold is provided
  • • by heating the cold gas mixture b 12c in the heat exchanger component 23f and
  • • by heating the in the gas turbine b 28b Cold gas mixture expanded to atmospheric pressure b 12e in the self-cleaning heat exchanger component 23a .

Verfahrensschritt DProcess step D

Im Verfahrensschritt D erfolgt die Kondensation und Abscheidung des CO2 aus dem auf Abscheidetemperatur und -druck gekühlten und komprimierten Abgasstrom 11d. Dabei erfolgt die Kondensation des CO2 im CO2-Kondensator (24b).In process step D, the condensation and separation of the CO 2 takes place from the exhaust gas stream, which has been cooled and compressed to the separation temperature and pressure 11d . The condensation is carried out in CO 2 in the CO 2 condenser (24b).

Der CO2-Kondensator 24a ist eine speziell entwickelte Apparatur, die den Anforderungen an den Betrieb mit Kondensationstemperaturen knapp oberhalb der Phasengrenze fest/flüssig gerecht wird und im Interesse der Energieeffizienz ausschließlich mit Kälte aus der Expansion des Gasgemischs b 12c arbeitet.The CO 2 condenser 24a is a specially developed apparatus that meets the requirements for operation with condensation temperatures just above the solid / liquid phase boundary and, in the interests of energy efficiency, only works with cold from the expansion of the gas mixture b 12c is working.

Die Kondensationstemperatur des CO2 liegt relativ dicht am Tripelpunkt des CO2, Bei 7 bar Kondensationsdruck liegt die Kondensationstemperatur des CO2 mit 224 °K nur 7,5 °K über den 216,5 °K am Tripelpunkt. Die Temperatur des Abgases 11d darf an keiner Stelle im CO2-Kondensator 24a unter die Sublimationstemperatur des CO2 absinken, da sonst Wärmetauscher und Leitungen verstopfen würden. Es bestehen daher hohe Anforderungen an die Temperaturregelung des CO2-Kondensators 24a.The condensation temperature of the CO 2 is relatively close to the triple point of the CO 2. At 7 bar condensation pressure, the condensation temperature of the CO 2 is 224 ° K, only 7.5 ° K above the 216.5 ° K at the triple point. The temperature of the exhaust gas 11d must not be used anywhere in the CO 2 condenser 24a under the The sublimation temperature of the CO 2 drops, otherwise the heat exchanger and lines would clog. There are therefore high demands on the temperature control of the CO 2 condenser 24a .

Diese Temperaturfanforderung wird erreicht, wenn das Wärme aufnehmende Gasgemisch b 12c in einer mehrstufigen Entspannungsturbine 28c in jeder Entspannungsstufe nur so weit entspannt wird, dass die Turbinenaustrittstemperatur maximal um die Temperaturdifferenz im Wärmetauscher unterhalb der Sublimationstemperatur des CO2 liegt.This temperature requirement is achieved when the heat absorbing gas mixture b 12c in a multi-stage expansion turbine 28c In each expansion stage, the pressure is only expanded to such an extent that the turbine outlet temperature is below the sublimation temperature of the CO 2 by a maximum of the temperature difference in the heat exchanger.

Bei Einsatz der einstufigen Entspannungsturbine 28a liegt die Turbinenaustrittstemperatur deutlich unterhalb der Sublimationstemperatur von CO2. Im angefügten Berechnungsbeispiel beträgt die Austrittstemperatur des Gasgemischs b 12c aus der Entspannungsturbine a 28a 156 °K und liegt damit deutlich unterhalb der 216,5 °K. Für die Temperaturregelung auf der wärmeaufnehmenden Seite des CO2-Kondensators gibt es bei einstufiger Entspannung 2 Möglichkeiten:

  • • Direkte Kühlung des CO2 Kondensators durch Mischung des kalten zum CO2-Kondensator geführten Gasgemischs mit dem erwärmten aus dem CO2-Kondensator kommenden Gasgemisch mit Hilfe des Regelventils a 26b. Die Förderung des erforderlichen Massestrom des Gasgemischs durch den CO2-Kondensator 24a erfolgt durch den drehzahlgeregelten Ventilator 26a. Ein Ausführungsbeispiel für die direkte Kühlung des CO2-Kondensators ist in 8 dargestellt. Bei der indirekten Kühlung des CO2-Kondensators 24a wird die Expansionskälte des Gasgemischs b 12c im Kälteträger/Gas-Wärmetauschers c 27a auf den Kälteträger c 15 übertragen, der im Kältekreis 27 mittels Regelung der Kälteträgerpumpe 27e und des Regelventils 27d mit exakt eingeregelter Temperatur durch den CO2-Kondensator 24a gepumpt wird und dort die für die abzuführende Verdampfungsenthalpie notwendige Kälte im Gasgemisch a 11d bereitstellt. Bei den Temperaturen zwischen 150 °K und 230 °K im indirekten Kühlkreislauf können nur Fluids mit einem niedrigen Schmelzpunkt, wie z. B. Propan mit einem Schmelzpunkt von -187,7 °C, Iso-Butan mit einem Schmelzpunkt von -159 °C oder ein Gas wie z. B. N2 als Kälteträger eingesetzt werden.
When using the single-stage expansion turbine 28a the turbine outlet temperature is well below the sublimation temperature of CO 2 . In the calculation example attached, the outlet temperature of the gas mixture is b 12c from the expansion turbine a 28a 156 ° K and is thus well below 216.5 ° K. For temperature control on the heat-absorbing side of the CO 2 condenser, there is one-stage relaxation 2 Possibilities:
  • • Direct cooling of the CO 2 condenser by mixing the cold to the CO 2 condenser recirculated gas mixture with the heated CO 2 from the condenser upcoming gas mixture with the aid of a control valve 26b . The promotion of the required mass flow of the gas mixture through the CO 2 condenser 24a is done by the speed-controlled fan 26a . An embodiment for the direct cooling of the CO 2 condenser is shown in 8th shown. For indirect cooling of the CO 2 condenser 24a the expansion cold of the gas mixture b 12c in the coolant / gas heat exchanger c 27a on the coolant c 15th transferred to the refrigeration cycle 27 by regulating the secondary refrigerant pump 27e and the control valve 27d with precisely regulated temperature by the CO 2 condenser 24a is pumped and there the cold necessary for the evaporation enthalpy to be removed in the gas mixture a 11d provides. At temperatures between 150 ° K and 230 ° K in the indirect cooling circuit, only fluids with a low melting point, such as. B. propane with a melting point of -187.7 ° C, iso-butane with a melting point of -159 ° C or a gas such as. B. N 2 can be used as a coolant.

Nach der CO2-Kondensation erfolgt im CO2-Abscheider 24c die Trennung in das flüssige CO2 13 und das verbleibende Gasgemisch b 12a.After the CO 2 condensation takes place in the CO 2 separator 24c the separation into the liquid CO 2 13th and the remaining gas mixture b 12a .

Verfahrensschritt KMethod step K

Das aus dem CO2-Abscheider 24c kommende Gasgemisch b 12a mit den Bestandteilen N2 und Ar 13a enthält einen CO2-Anteil entsprechend dem Sättigungsdruck des CO2 bei der Temperatur im Gasgemisch b 12a, der bei weiterer Abkühlung des Gasgemischs b 12a auskondensieren oder ausfrieren würde.That from the CO 2 separator 24c incoming gas mixture b 12a with the components N 2 and Ar 13a contains a CO 2 component corresponding to the saturation pressure of the CO 2 at the temperature in the gas mixture b 12a , which with further cooling of the gas mixture b 12a would condense or freeze out.

Daher wird dieser CO2-Anteil aus dem Gasgemisch b 12a mit Hilfe von CO2-Adsorbern 25a, 25b entfernt. Übliche CO2-Adsorber arbeiten als Molekularsiebadsorber mit Zeolithen als Adsorptionsmaterial im Pendelbetrieb. Dabei werden 2 Adsorber eingesetzt. Während abwechselnd ein Adsorber in Betrieb ist und CO2 adsorbiert wird der zweite Adsorber mit Hilfe eines Spülgases regeneriert. Anforderung an das Spülgas ist, dass es trocken sowie frei von Kohlendioxid und Kohlenwasserstoffen sein muss und dass es auf ca. 100 °C erwärmt werden muss. Bei Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung eignet sich als Spülgas das Gasgemisch b 12e. Für die Gaserwärmung kann Abwärme genutzt werden, z. B. die Wärme des Abgases 11b nach Austritt aus dem Abgasverdichter 22.Therefore, this CO 2 portion is from the gas mixture b 12a with the help of CO 2 adsorbers 25a , 25b away. Conventional CO 2 adsorbers work as molecular sieve adsorbers with zeolites as adsorption material in pendulum mode. Two adsorbers are used for this. While one adsorber is alternately in operation and adsorbing CO 2 , the second adsorber is regenerated with the aid of a purge gas. The requirement for the flushing gas is that it must be dry, free of carbon dioxide and hydrocarbons and that it must be heated to approx. 100 ° C. In the case of turbo exhaust gas CO 2 separation, gas mixture b is suitable as flushing gas 12e . Waste heat can be used to heat the gas, e.g. B. the heat of the exhaust gas 11b after leaving the exhaust gas compressor 22nd .

Verfahrensschritt LProcess step L

Im Verfahrensschritt L wird das gereinigte Gasgemisch b 12b in der Gasturbine a 28a Arbeit leistend so weit entspannt wird, dass die Kälte des expandierten Gasgemischs b 12c für die bei der CO2-Kondensation abzuführende Verdampfungsenthalpie (Verfahrensschritt M) ausreicht.In process step L, the purified gas mixture is b 12b in the gas turbine a 28a Performing work is relaxed to such an extent that the coldness of the expanded gas mixture b 12c sufficient for the enthalpy of evaporation to be removed during the CO 2 condensation (process step M).

Verfahrensschritt MProcess step M

Im Verfahrensschritt M wird die Expansionskälte des Gasgemischs b zur Kondensation des CO2-Anteils im Gasgemisch a im CO2-Kondensator 24a genutzt.In process step M, the expansion cold of the gas mixture b is used to condense the CO 2 fraction in the gas mixture a in the CO 2 condenser 24a used.

Verfahrensschritt NProcess step N

Nachfolgend wird im Verfahrensschritt N die Kälte des Gasgemischs b 12c für die Wärmeübertragung in der Wärmetauscherkomponente 23f, die in den Mehrkomponentenwärmetauscher 23 integriert ist, für den Kältebedarf im Mehrkomponentenwärmetauscher 23 genutzt.Subsequently, in process step N, the coldness of the gas mixture b 12c for heat transfer in the heat exchanger component 23f that are in the multi-component heat exchanger 23 is integrated, for the cooling requirement in the multi-component heat exchanger 23 used.

Verfahrensschritt OProcess step O

Im Verfahrensschritt O wird das erwärmte Gasgemisch b 12c in der Gasturbine b 28b Arbeit leistend auf Atmosphärendruck entspannt.In process step O, the heated gas mixture b 12c in the gas turbine b 28b Working relaxed at atmospheric pressure.

Verfahrensschritt PProcess step P

Im Verfahrensschritt P wird das das kalte expandierte Gasgemisch b 12g im Mehrkomponentenwärmetauscher 23 erwärmt und das erwärmte Gasgemisch b 12g zur Rückspülung der selbstreinigenden Wärmetauschertauscherkomponente 23a genutzt. Das Gasgemisch b nimmt bei der Erwärmung während des Durchlaufs durch die selbstreinigende Wärmetauscherkomponente 23a das auskondensierte bzw. ausgefrorene H2O auf. Danach wird das feuchte Gasgemisch b 12g ohne jegliches klimaschädigende CO2 in die Atmosphäre abgeleitet.In process step P, the cold expanded gas mixture b 12g in the multicomponent heat exchanger 23 heated and the heated gas mixture b 12g for backwashing the self-cleaning heat exchanger component 23a used. The gas mixture b increases when heated while passing through the self-cleaning heat exchanger component 23a the condensed or frozen H 2 O on. Then the moist gas mixture b 12g is discharged into the atmosphere without any climate-damaging CO 2.

Beschreibung Variante 2 (Figuren 2 und 4)Description of variant 2 (Figures 2 and 4)

Bei der Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung mit CO2-Entnahme bei überkritischem Druck wird Abgas, das von Partikeln gereinigt ist, wie folgt behandelt.In turbo exhaust gas CO 2 separation with CO 2 removal at supercritical pressure, exhaust gas that has been cleaned of particles is treated as follows.

Verfahrensschritte A und BProcess steps A and B

Die Behandlung des Abgases in den Verfahrensschritten A und B ist identisch mit der Behandlung in der Verfahrensvariante 1, der Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung mit flüssiger Entnahme des CO2 bei Kondensationsdruck.The treatment of the exhaust gas in process steps A and B is identical to the treatment in the process variant 1 , the turbo exhaust gas CO 2 separation with liquid removal of the CO 2 at condensation pressure.

Verfahrensschritt CProcess step C

Auch der Verfahrensschritt C stimmt weitgehend mit der Verfahrensvariante 1 überein, jedoch wird bei der Bereitstellung der erforderlichen Kälte zusätzlich die Erwärmung des überkritisch verdichteten CO2 13h in der Wärmetauscherkomponente 23g, die in den Mehrkomponentenwärmetauscher 23 zusätzlich integriert ist, genutzt.Process step C also largely agrees with the process variant 1 agree, however, when the required cold is provided, the supercritically compressed CO 2 is additionally heated for 13h in the heat exchanger component 23g that are in the multi-component heat exchanger 23 is also integrated.

Verfahrensschritt DProcess step D

Im Verfahrensschritt D wird das CO2 kondensiert und abgeschieden, wie bei der flüssigen CO2-Entnahme bei Kondensationsdruck, jedoch zur Weiterbehandlung in eine CO2-Hochdruckpumpe 24e weitergeleitet.In process step D, the CO 2 is condensed and separated, as in the case of liquid CO 2 removal at condensation pressure, but passed on to a CO 2 high-pressure pump 24e for further treatment.

Verfahrensschritt FProcess step F

Im Verfahrensschritt F wird das flüssige CO2 13 mit der CO2-Hochdruckpumpe 24e auf den für die unterirdische Lagerung erforderlichen überkritischen Druck verdichtet und anschließend in die Wärmetauscherkomponente 23g geleitet. Energietechnisch ist die Verdichtung eines Stoffes in flüssigem Zustand besonders vorteilhaft, da der im flüssigen Zustand erforderliche Energieaufwand für die Verdichtung von Flüssigkeiten verglichen mit der Verdichtung von Gasen um ein vielfaches kleiner ist. Wie weit verdichtet werden muss, ist von dem Druck abhängig, der zur Einlagerung in der jeweiligen Lagerstätte benötigt wird.In process step F, the liquid CO 2 13th compressed with the CO 2 high-pressure pump 24e to the supercritical pressure required for underground storage and then in the heat exchanger component 23g directed. In terms of energy, the compression of a substance in the liquid state is particularly advantageous, since the energy expenditure required in the liquid state for the compression of liquids is many times smaller than that for the compression of gases. How far it has to be compacted depends on the pressure that is required for storage in the respective storage facility.

Mit steigendem Verdichtungsdruck steigen auch die Anforderungen an die Transporteinrichtungen - bei den sehr großen CO2-Mengen von Kraftwerken ist ein CO2-Pipeline-Transport eine angemessene Technik. Der im Berechnungsbeispiel gewählte Verdichtungsdruck für das CO2 von 100 bar kann gemäß Stand der Technik als kostenbewusst realisierbar angesehen werden, da dieser Druck auch in Hochdrucktransportleitungen für Erdgas verwendet wird.As the compression pressure increases, so do the demands on the transport equipment - with the very large amounts of CO 2 produced by power plants, CO 2 pipeline transport is an appropriate technique. The compression pressure of 100 bar selected in the calculation example for the CO 2 can be seen as cost-consciously realizable according to the state of the art, since this pressure is also used in high-pressure transport lines for natural gas.

Verfahrensschritt GStep G

Im Verfahrensschritt G wird das überkritische CO2 13a in der Wärmetauscherkomponente b 23g auf Umgebungstemperatur erwärmt. Nach der Erwärmung in der Wärmetauscherkomponente b 23g wird das hoch verdichtete CO2 13b aus der Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung entnommen und z. B. in eine unterirdische Lagerstätte transportiert. Bei dem im Berechnungsbeispiel gewählten Verdichtungsdruck für das CO2 von 100 bar beträgt bei 290 °K das spezifische Volumen 1,138 dm3/kg bzw. die Dichte 0,879 kg/dm3. Die Kompression des CO2 reicht also aus um unterirdisch in Lagertiefen größer 800 m (minimale Lagertiefe für CO2-Endlager) und dem in dieser Tiefe herrschenden Druck deponiert werden zu können und das vorhandene Lagervolumen maximal auszunutzen.In method step G, the supercritical CO 2 13a in the heat exchanger component b 23g is heated to ambient temperature. After heating in the heat exchanger component b 23g, the highly compressed CO 2 13b is removed from the turbo exhaust gas CO 2 separation and z. B. transported to an underground storage facility. With the compression pressure for the CO 2 of 100 bar selected in the calculation example, the specific volume at 290 ° K is 1.138 dm 3 / kg or the density 0.879 kg / dm 3 . The compression of the CO 2 is sufficient to underground in storage depths greater than 800 m (minimum storage depth for CO 2 final storage) and the pressure prevailing at this depth to be able to be deposited and to use the available storage volume to the maximum.

Verfahrensschritte K, L, M, N, O und PProcess steps K, L, M, N, O and P

Das nach CO2 Kondensation und CO2-Abscheidung im Verfahrensschritt D abgetrennte Gasgemisch b 12a wird bei der Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung mit CO2-Entnahme bei überkritischem Druck in der Verfahrensschritten K, L, M, N, O und P identisch behandelt, wie in der Verfahrensvariante 1.The gas mixture b separated off after CO 2 condensation and CO 2 separation in process step D 12a is treated identically in the turbo exhaust gas CO 2 separation with CO 2 removal at supercritical pressure in process steps K, L, M, N, O and P, as in the process variant 1 .

Vorteile der CO2-Entnahme bei überkritischem DruckAdvantages of CO 2 extraction at supercritical pressure

Die Verdichtung und Erwärmung des flüssig bei Kondensationsdruck und Tieftemperatur abgeschiedenen CO2 in Variante 1, auf überkritischen Einlagerungsdruck und Erwärmung auf Umgebungstemperatur in der Variante 2 ist der entscheidende Schritt, um die das CO2 unterirdisch einlagern zu können und das Abgas aus der Atmosphäre fernzuhalten.The compression and heating of the liquid CO 2 separated at condensation pressure and low temperature in a variant 1 , to supercritical storage pressure and heating to ambient temperature in the variant 2 is the decisive step in order to be able to store the CO 2 underground and to keep the exhaust gas out of the atmosphere.

Durch die Wärmeaufnahme des überkritischen CO2 13h in der Wärmetauscherkomponente 23g kann im Vergleich zu Variante 1 zusätzlich Verdichterarbeit 30 eingespart werden.Due to the heat absorption of the supercritical CO 2 13h in the heat exchanger component 23g can compared to variant 1 additional compression work 30th can be saved.

Apparatur für die Turbo-Abgas-CO2-AbscheidungApparatus for turbo exhaust gas CO 2 separation

Die wesentlichen Bauteile und Komponenten der Apparatur für die Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung sind Turboverdichter, Entspannungsturbinen, Wärmetauscher und CO2-Adsorber.The essential parts and components of the apparatus for the turbo exhaust gas CO 2 separation are turbo compressors, expansion turbines, heat exchangers and CO 2 adsorbers.

Apparatur 1 für die Turbo-Abgas-CO2 Abscheidung mit CO2-Entnahme flüssig bei Kondensationsdruckapparatus 1 for turbo exhaust gas CO 2 separation with CO 2 removal liquid at condensation pressure

In der Apparatur zur Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung mit CO2-Entnahme in flüssigem Zustand bei Kondensationsdruck wird das aus dem vorgelagerten Verbrennungsprozess kommende und gereinigte Abgas 10a durch das Abgasrohr a 40a in den Abgaskühler a 21a geleitet. Nach der dort erfolgten Abkühlung und Trocknung des Abgases erfolgt die Weiterleitung des gekühlten Gasgemischs a 11a zum nachfolgenden Abgasverdichter 22 durch das Abgasrohr b 40b. Zur Kühlung des Abgases ist der Abgaskühler an die Rohrleitungen des Kühlwasserkreises 21g angeschlossen, vorlaufseitig mit der Kühlwasserleitung a 43a und rücklaufseitig an die Kühlwasserleitung b 43b. Vor dem Austritt aus dem Abgaskühler 21a verhindert ein in den Abgaskühler integrierter Abscheider, dass das im Abgaskühler kondensierte Wasser durch den Abgasstrom weitergetragen wird. Im Abgaskühler a 21a wird das Kondensat a 14a unten gesammelt und über die an den Abgaskühler angeschlossene Entwässerungsleitung a 44a abgeführt.In the apparatus for turbo exhaust gas CO 2 separation with CO 2 removal in the liquid state at condensation pressure, the exhaust gas coming from the upstream combustion process is cleaned 10a through the exhaust pipe a 40a in the exhaust gas cooler a 21a directed. After the exhaust gas has been cooled and dried there, the cooled gas mixture is passed on a 11a to the downstream exhaust gas compressor 22nd through the exhaust pipe b 40b. To cool the exhaust gas, the exhaust gas cooler is on the pipes of the cooling water circuit 21g connected, upstream with the cooling water line a 43a and on the return side to the cooling water line b 43b. Before leaving the exhaust gas cooler 21a A separator integrated in the exhaust gas cooler prevents the water condensed in the exhaust gas cooler from being carried on by the exhaust gas flow. In the exhaust gas cooler a 21a the condensate a 14a Collected below and via the drainage line connected to the exhaust gas cooler a 44a discharged.

Das dem Abgasverdichter 22 über den Abgaskanal b 40b zugeführte Abgas wird dort auf den Kondensationsdruck des CO2 komprimiert. Die Weiterleitung des Abgases aus dem Abgasverdichter 22 in den Gaskühler b 21b erfolgt durch das Gasrohr c 40c. Zur Kühlung des Abgases ist der Abgaskühler b 21b an die Rohrleitungen des Kühlwasserkreises 21g angeschlossen, vorlaufseitig mit der Kühlwasserleitung c 43c und rücklaufseitig an die Kühlwasserleitung d 43d. Vor dem Austritt aus dem Abgaskühler 21b verhindert ein in den Abgaskühler integrierter Abscheider, dass das im Abgaskühler kondensierte Wasser durch den Abgasstrom weitergetragen wird. Im Abgaskühler b 21b wird das Kondensat b 14b unten gesammelt und über die an den Abgaskühler angeschlossene Entwässerungsleitung b 44b abgeführt.That to the exhaust gas compressor 22nd Exhaust gas supplied via the exhaust gas duct b 40b is there compressed to the condensation pressure of the CO 2. The routing of the exhaust gas from the exhaust gas compressor 22nd into the gas cooler b 21b takes place through the gas pipe c 40c. To cool the exhaust gas, the exhaust gas cooler b 21b is connected to the pipes of the cooling water circuit 21g connected, on the flow side to the cooling water line c 43c and on the return side to the cooling water line d 43d. Before leaving the exhaust gas cooler 21b A separator integrated in the exhaust gas cooler prevents the water condensed in the exhaust gas cooler from being carried on by the exhaust gas flow. In the exhaust gas cooler b 21b, the condensate b 14b is collected at the bottom and discharged via the drainage line b 44b connected to the exhaust gas cooler.

Vom Austritt aus dem Abgaskühler 21b wird das Gasgemisch a 11c durch das Gasrohr d 40d in die selbstreinigende Wärmetauscherkomponente 23a transportiert.From the exit from the exhaust gas cooler 21b the gas mixture a 11c through the gas pipe d 40d into the self-cleaning heat exchanger component 23a transported.

Das Gasrohr d 40d wird vor der selbstreinigenden Wärmetauscherkomponente 23a durch ein T-Stück auf zwei parallele Leitungen aufgeteilt, von denen jeweils eine der Leitungen im Pendelbetrieb vom Abgas für den Hinweg genutzt wird und die jeweils andere Leitung von dem nach der CO2-Abscheidung verbleibenden Gasgemischs b 12e als Weg in Gegenrichtung genutzt wird. Für die Umschaltung zwischen den Gaswegen werden auf der Wärme abgebenden Seite der selbstregelnden Wärmetauscherskomponente 23a zwei durch die Regelung betätigte Motorklappen 23b hinter dem T-Stück in die parallelen Leitungen des Gasgemischs a eingebaut. In die parallelen Leitungen des in Gegenrichtung strömenden Gasgemischs b werden auf der Wärme aufnehmenden Seite ebenfalls zwei durch die Regelung betätigte Motorklappen 23c eingebaut, bevor die parallele Leitungsführung durch Einbau eines T-Stücks wieder zusammengeführt wird. Auf der kalten Seite der selbstreinigenden Wärmetauscherkomponente 23a werden in die parallelen Leitungen des Gasgemischs a 11d zwei Rückschlagklappen 23deingebaut bevor die parallelen Leitungen für das Gasgemisch a über ein T-Stück wieder zusammengeführt werden. Das Stickstoffrohr f 42f für das in Gegenrichtung strömende Gasgemisch b 12e wird auf der kalten Seite der selbstreinigenden Wärmetauscherkomponente durch ein T-Stück auf die beiden parallelen Gasleitungen aufgeteilt und auch hier werden in die parallelen Gasleitungen für das Gasgemisch b zwei Rückschlagklappen 23e eingebaut.The gas pipe d 40d is in front of the self-cleaning heat exchanger component 23a divided into two parallel lines by a T-piece, of which one of the lines is used in pendulum mode by the exhaust gas for the outward journey and the other line is used by the gas mixture remaining after the CO 2 separation b 12e is used as a path in the opposite direction. To switch between the gas paths, the self-regulating heat exchanger component is used on the heat-emitting side 23a two motorized flaps operated by the control system 23b installed behind the T-piece in the parallel lines of the gas mixture a. In the parallel lines of the gas mixture b flowing in the opposite direction, on the heat-absorbing side, two motor flaps actuated by the control system are also inserted 23c installed before the parallel cable routing is brought together again by installing a T-piece. On the cold side of the self-cleaning heat exchanger component 23a are in the parallel lines of the gas mixture a 11d two non-return valves built in before the parallel lines for the gas mixture a T-piece can be brought together again. The nitrogen tube f 42f for the gas mixture flowing in the opposite direction b 12e is divided on the cold side of the self-cleaning heat exchanger component by a T-piece between the two parallel gas lines and here, too, two non-return valves are placed in the parallel gas lines for the gas mixture b 23e built-in.

In der selbstreinigenden Wärmetauscherkomponente 23a sind Wärmetauscherflächen zwischen den beiden in Gegenrichtung strömenden Gasgemisch a 11c und Gasgemisch b 12e angeordnet, die den Wärmeübergang zwischen den Gasen ermöglichen und eine stoffliche Vermischung verhindern. Bei der für die selbstreinigende Wärmetauscherkomponente 23a ebenfalls möglichen Ausführung mit 2 steingefüllten Regeneratoren werden die Regeneratoren im Pendelbetrieb in Richtung des zu zerlegenden Gasgemischs a 11c bzw. in Gegenrichtung bei Durchströmung durch das Gasgemisch b 12e mit periodischer Umschaltung betrieben.In the self-cleaning heat exchanger component 23a are heat exchanger surfaces between the two gas mixtures flowing in the opposite direction a 11c and gas mixture b 12e arranged, which enable the heat transfer between the gases and prevent material mixing. The one for the self-cleaning heat exchanger component 23a Also possible execution with 2 stone-filled regenerators, the regenerators are in pendulum mode in the direction of the gas mixture to be broken down a 11c or in the opposite direction when the gas mixture flows through b 12e operated with periodic switching.

Zur Deckung des Kältebedarfs im Mehrkomponentenwärmetauscher 23 die Wärmetauscherkomponente a 23f für die Kältenutzung des Gasgemischs b 12c eingebaut. Auf der kalten Seite ist die Wärmetauscherkomponente a 23f an das Stickstoffrohr d 42d und auf der warmen Seite an das Stickstoffrohr e 42e angeschlossen.To cover the cooling requirement in the multi-component heat exchanger 23 the heat exchanger component a 23f for the cold utilization of the gas mixture b 12c built-in. On the cold side, the heat exchanger component is a 23f connected to the nitrogen tube d 42d and on the warm side to the nitrogen tube e 42e.

Das in dem T-Stück wieder zusammengeführte Gasgemisch a 11d wird durch das Gasrohr g 40g zum CO2-Kondensator 24a weitergeführt und dort an die Wärme abgebende Seite 24b angeschlossen. Am Austritt des CO2-Kondensators 24a ist der CO2-Anteil im Gasgemisch a 11e kondensiert und das Gasgemisch a 11e wird über das Gasrohr h 40h in den CO2-Abscheider 24d geführt. Aus dem CO2-Abscheider 24d wird das kondensierte CO2 über einen sumpfseitigen Anschluss entnommen und über das CO2-Rohr a 41a der nachfolgenden Verwendung zugeführt.The gas mixture recombined in the T-piece a 11d becomes a CO 2 condenser through the gas pipe g 40g 24a continued and there on the heat-emitting side 24b connected. At the outlet of the CO 2 condenser 24a is the CO 2 content in the gas mixture a 11e condenses and the gas mixture a 11e is fed through the gas pipe h 40h into the CO 2 separator 24d. The condensed CO 2 is withdrawn from the CO 2 separator 24d via a connection on the sump side and fed to the subsequent use via the CO 2 pipe 41a.

Das Gasgemisch b 12a, das nach Abscheiden des CO2 übrig bleibt, wird über einen kopfseitigen Anschluss aus dem CO2-Abscheider entnommen und durch das Stickstoffrohr a 42a in die CO2-Adsorber 25a, 25b geführt, die als Molekularsiebadsorber mit Zeolithen als Adsorptionsmaterial im Pendelbetrieb das restliche im Gasgemisch b 12a vorhandene CO2 abscheiden. Dabei durchströmt das Gasgemisch b 12a die beiden vor den Adsorbern angebrachten, durch die Regelung betätigten Umschaltventile 25c oder 25e, die zusammen mit den beiden hinter den Adsorbern angebrachten, durch die Regelung betätigten Umschaltventile 25d oder 25f für die alternierende Nutzung der beiden Adsorber sorgt.The gas mixture b 12a , which remains after separating the CO 2 , is removed from the CO 2 separator via a connection at the top and through the nitrogen pipe a 42a in the CO 2 adsorber 25a , 25b out that as a molecular sieve adsorber with zeolites as adsorption material in pendulum operation, the rest of the gas mixture b 12a Separate existing CO 2 . The gas mixture flows through b 12a the two switching valves installed in front of the adsorbers and actuated by the control system 25c or 25e , which together with the two changeover valves installed behind the adsorbers and actuated by the control system 25d or 25f ensures the alternating use of the two adsorbers.

Vom CO2-Adsorber 25a, 25b wird das Gasgemisch b 12b durch das Stickstoffrohr b 42b zur Gasturbine a 28a geleitet und dort Arbeit leistend entspannt.From the CO 2 adsorber 25a , 25b the gas mixture is b 12b through the nitrogen pipe b 42b to the gas turbine a 28a managed and relaxed while doing work.

Vom Austritt aus der Gasturbine a 28a wird das Gasgemischs b 12c durch das Stickstoffrohr c 42c zur wärmeaufnehmenden Seite 27c des Kälteträger/Gas-Wärmetauschers 27a geführt. Im Kälteträger/Gas-Wärmetauschers 27a wird die Kälte des entspannten Gasgemischs b 12c auf den Kälteträger 15 übertragen. Auf der wärmeaufnehmenden Seite 27c ist der Kälteträger/Gas-Wärmetauschers 27a mit den Rohrleitungen des Kältekreises 27 verbunden. Über die Kälterohrleitungen a 45a wird die Kälte aus dem Kälteträger/Gas-Wärmetauschers 27a zum CO2-Kondensator 24a transportiert und durch das Regelventil b 27d und die Regelung der Kälteträgerpumpe 27e wird der Kälteträger 15 in Temperatur und Durchflussmenge exakt für den Kältebedarf im CO2-Kondensator 24a konditioniert. Der Rückfluss des Kälteträgers 15 vom CO2-Kondensator 24a zum Kälteträger/Gas-Wärmetauschers 27a erfolgt durch die Kälterohrleitung b 45b.From the exit from the gas turbine a 28a the gas mixture is b 12c through the nitrogen pipe c 42c to the heat-absorbing side 27c of the refrigerant / gas heat exchanger 27a guided. In the coolant / gas heat exchanger 27a the cold of the relaxed gas mixture is b 12c on the secondary refrigerant 15th transfer. On the heat-absorbing side 27c is the coolant / gas heat exchanger 27a with the pipes of the refrigeration circuit 27 connected. Via the cold pipes a 45a the cold from the coolant / gas heat exchanger 27a to the CO 2 condenser 24a transported and through the control valve b 27d and the regulation of the brine pump 27e becomes the coolant 15th in temperature and flow rate exactly for the cooling requirement in the CO 2 condenser 24a conditioned. The reflux of the secondary refrigerant 15th from the CO 2 condenser 24a to the refrigerant / gas heat exchanger 27a takes place through the cold pipe b 45b.

Das Gasgemisch b 12c wird vom Austritt aus dem Kälteträger/Gas-Wärmetauschers 27a durch das Stickstoffrohr d 42d zum Anschluss an die Wärmetauscherkomponente a 23f, die in den Mehrkomponentenwärmetauscher 23 eingebaut ist, geführt. Nach Erwärmung in der Wärmetauscherkomponente 23f wird das Gasgemisch b 12c vom Austritt aus dem Wärmetauscher 23e durch das Stickstoffrohr e 42e zum Eintritt in die Gasturbine b 28b geführt und dort Arbeit leistend entspannt.The gas mixture b 12c is from the outlet from the coolant / gas heat exchanger 27a through the nitrogen pipe d 42d for connection to the heat exchanger component a 23f that are in the multi-component heat exchanger 23 is built in, led. After heating in the heat exchanger component 23f the gas mixture is b 12c from the exit from the heat exchanger 23e through the nitrogen pipe e 42e to the entry into the gas turbine b 28b guided and relaxed while doing work.

Das entspannte Gasgemisch b 12e wird vom Austritt aus der Gasturbine b 28b durch das Stickstoffrohr f 42f zu dem T-Stück auf der kalten Seite der selbstreinigenden Wärmetauscherkomponente 23a geleitet und nachfolgend wie oben beschrieben alternierend auf den alternierenden Gaswegen durch die selbstreinigende Wärmetauscherkomponente 23a geführt. In der selbstreinigenden Wärmetauscherkomponente 23a erfolgt der bereits oben beschriebene Wärmetausch mit dem Gasgemisch a 11c auf das Gasgemisch b 12e, und das erwärmte Gasgemisch b 12f nimmt das an den Wandflächen der selbstreinigenden Wärmetauscherkomponente 23a abgelagerte Wasser auf. Das Gasgemisch b 12f wird nach Austritt aus dem T-Stück auf der warmen Seite des selbstreinigenden Wärmetauschers 23 über das Stickstoffrohr g 42g in die Atmosphäre abgeführt.The expanded gas mixture b 12e is from the exit from the gas turbine b 28b through nitrogen tube f 42f to the tee on the cold side of the self-cleaning heat exchanger component 23a and subsequently, as described above, alternately on the alternating gas paths through the self-cleaning heat exchanger component 23a guided. In the self-cleaning heat exchanger component 23a the heat exchange already described above takes place with the gas mixture a 11c on the gas mixture b 12e , and the heated gas mixture b 12f takes that on the wall surfaces of the self-cleaning heat exchanger component 23a deposited water on. After exiting the T-piece, the gas mixture b 12f is on the warm side of the self-cleaning heat exchanger 23 discharged into the atmosphere via the nitrogen tube g 42g.

Apparatur 2 für die Turbo-Abgas-CO2 Abscheidung mit CO2-Entnahme bei überkritischem Druckapparatus 2 for turbo exhaust gas CO 2 separation with CO 2 removal at supercritical pressure

Der Aufbau der Apparatur 2 deckt sich bis zum sumpfseitigen Austritt des CO2 aus dem CO2-Abscheider 24d über das CO2-Rohr a 41a mit dem Aufbau der Apparatur 1, mit der Ergänzung, dass zusätzlich in den Mehrkomponentenwärmetauscher 23 die Wärmetauscherkomponente b 23g zur Erwärmung des überkritisch verdichteten CO2 eingebaut wird.The structure of the apparatus 2 coincides with the structure of the apparatus up to the exit of the CO 2 on the sump side from the CO 2 separator 24d via the CO 2 pipe 41a 1 , with the addition that in the multi-component heat exchanger 23 the heat exchanger component b 23g for heating the supercritically compressed CO 2 is installed.

In Apparatur 2 wird das kondensierte CO2 13 aus CO2-Abscheider 24d über einen sumpfseitigen Anschluss entnommen und über das CO2-Rohr a 41a in die CO2-Hochdruckpumpe 24e transportiert und dort auf den für die unterirdische Einlagerung erforderlichen überkritischen Druck verdichtet.In apparatus 2 becomes the condensed CO 2 13th Taken from CO 2 separator 24d via a sump-side connection and transported via CO 2 pipe 41a into CO 2 high-pressure pump 24e, where it is compressed to the supercritical pressure required for underground storage.

Das in der CO2-Hochdruckpume 24e auf überkritischen Druck verdichtete CO2 13a wird über das CO2-Rohr b 41b in die Wärmetauscherkomponente b 23g geführt, durchströmt die Wärmetauscherkomponente b 23g und nimmt dabei Wärme auf. Das im Wärmetauscher 23g erwärmte CO2 13b wird durch das CO2-Rohr c 41c zum Anschlusspunkt b für den CO2- Weitertransport 24g geführt. The CO 2 13a, which is compressed to supercritical pressure in the CO 2 high-pressure pump 24e , is fed into the heat exchanger component b 23g via the CO 2 pipe b 41b, flows through the heat exchanger component b 23g and absorbs heat in the process. That in the heat exchanger 23g heated CO 2 13b is passed through the CO 2 pipe c 41c to the connection point b for the further transport of CO 2 24g guided.

Der Aufbau der Apparatur 2 zur Behandlung des Gasgemischs b 12a, das nach Abscheiden des CO2 über einen kopfseitigen Anschluss aus dem CO2-Abscheider 24d entnommen wird, entspricht komplett dem Aufbau in Apparatur 1.The structure of the apparatus 2 for treating the gas mixture b 12a Which is removed after the deposition of the CO 2 via a head-side connection of the CO 2 separator 24d, corresponds completely to the structure in apparatus 1 .

Apparatur 1 bis 2 für die Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung bei schwefelhaltigen Brennstoffenapparatus 1 to 2 for the turbo exhaust gas CO 2 separation of fuels containing sulfur

Bei der Verbrennung von schwefelhaltigen Brennstoffen enthält das Abgas SO2 und SO3, die bei Kondensation des Wasserdampf im Abgas zu Schwefliger Säure und Schwefelsäure weiterreagieren.When fuels containing sulfur are burned, the exhaust gas contains SO 2 and SO 3 , which react further to form sulfuric acid and sulfuric acid when the water vapor condenses in the exhaust gas.

Der Säuretaupunkt schwefelhaltiger Brennstoffe liegt im Bereich 120° bis 150°C. Diese Temperatur wird im Abgaswärmetauscher a 21a und im Abgaswärmetauscher b 21b, 21c unterschritten.The acid dew point of fuels containing sulfur is in the range of 120 ° to 150 ° C. This temperature is a 21a and falls below b 21b, 21c in the exhaust gas heat exchanger.

Das Unterschreiten bedeutet, dass hochkorrosive Schwefelsäure auskondensiert und die Wandung angreift. Daher müssen bei Verwendung schwefelhaltiger Brennstoffe die Abgaswärmetauscher a 21a-21c aus korrosionsbeständigen Materialien wie Kunststoffen oder korrosionsarmen, hochlegierten Stählen (beispielsweise solche mit der Werkstoffnummer 1.4571 (V4A)) hergestellt werden.Falling below this means that highly corrosive sulfuric acid condenses out and attacks the wall. Therefore, when using fuels containing sulfur, the exhaust gas heat exchangers a 21a-21c made of corrosion-resistant materials such as plastics or low-corrosion, high-alloy steels (for example those with the material number 1.4571 (V4A)).

Bei der Behandlung schwefelhaltiger Abgase ist das Kondensat der Abgaswärmetauscher a 14a-14c sauer, was auch bei der nachfolgenden Entsorgung oder Verwendung beachtet werden muss.When treating sulfur-containing exhaust gases, the condensate is the exhaust gas heat exchanger a 14a-14c acidic, which must also be taken into account during subsequent disposal or use.

SO2 und SO3-Gasbestandteile, die nicht mit dem kondensierenden Wasserdampf reagiert haben, kondensieren bei Überschreitung der Phasengrenze gasförmig/flüssig bei dem höheren Druck des Gasgemischs a 11b) in den Gaswärmetauschern 21b, 21c und werden dort flüssig abgeschieden 14c.SO 2 and SO 3 gas constituents that have not reacted with the condensing water vapor condense when the phase boundary is exceeded gaseous / liquid at the higher pressure of the gas mixture a 11b ) in the gas heat exchangers 21b , 21c and are deposited there in liquid form 14c.

Apparatur 3 CO2-Kondensationsanlage mit direkter Stickstoffkühlung und einstufiger EntspannungsturbineApparatus 3 CO 2 condensation system with direct nitrogen cooling and single-stage expansion turbine

Die CO2-Kondensationsanlage mit direkter Kühlung und einstufiger Entspannungsturbine ist eine Apparatur, mit der CO2 in Gasgemischen kondensiert und abgeschieden wird. Verwendet werden kann die CO2-Kondensationsanlage mit direkter Kühlung und einstufiger Entspannungsturbine für das Abscheiden von CO2 aus Gasgemischen aller Art.The CO 2 condensation system with direct cooling and a single-stage expansion turbine is an apparatus with which CO 2 is condensed and separated in gas mixtures. The CO 2 condensation system with direct cooling and a single-stage expansion turbine can be used for separating CO 2 from gas mixtures of all kinds.

Die CO2-Kondensation beginnt mit der Zuführung des von Partikeln gereinigten Gasgemisch c 17a, in die Wärme abgebende Seite des CO2-Kondensator 24b. In der Wärme abgebenden Seite des CO2-Kondensators 24b wird dem Gasgemisch c 17a die Kondensationswärme des CO2 entzogen wird. Nach der CO2-Kondensation wird das Gasgemisch c 17b durch das Gasrohr i 40i in den CO2-Abscheider 24d transportiert.The CO 2 condensation begins with the introduction of the gas mixture c, which has been cleaned of particles 17a , in the heat-emitting side of the CO 2 condenser 24b. In the heat-emitting side of the CO 2 condenser 24b, the gas mixture c 17a the heat of condensation of the CO 2 is withdrawn. After the CO 2 condensation, the gas mixture c 17b transported through the gas pipe i 40i into the CO 2 separator 24d.

Kopfseitig verfügt der CO2-Abscheider über einen Anschluss zum Weitertransport des nach der CO2-Abscheidung verbleibenden Restgases 18. Sumpfseitig verfügt der CO2-Abscheider 24d über einen Anschlusspunkt a 24f zum Weitertransport des flüssigen CO2 13.At the top, the CO 2 separator has a connection for the further transport of the residual gas remaining after the CO 2 separation 18th . On the sump side, the CO 2 separator 24d has a connection point a 24f for onward transport of the liquid CO 2 13th .

Bei direkter Kühlung mit einstufiger Entspannungsturbine wird auf der Wärme aufnehmenden Seite des CO2-Kondensators 24c das expandierte kalte Gasgemisch 19a mit dem Stickstoffrohr 42h auf der kalten Seite und mit dem Stickstoffrohr i 42i auf der warmen Seite angeschlossen.In the case of direct cooling with a single-stage expansion turbine, the heat-absorbing side of the CO 2 condenser is used 24c the expanded cold gas mixture 19a with the nitrogen tube 42h on the cold side and with the nitrogen tube i 42i connected on the warm side.

Kältequelle ist das druckbehaftetes kaltes Gas oder Gasgemisch e 19. Besonders geeignet als Gas oder Gasgemisch ist wegen der niedrigen Kondensationstemperatur die Verwendung von Stickstoff.The cold source is the pressurized cold gas or gas mixture e 19th . The use of nitrogen is particularly suitable as a gas or gas mixture because of the low condensation temperature.

Das druckbehaftetes kaltes Gas oder Gasgemisch e 19 wird der Gasturbine a 28a zugeführt, dort entspannt und als unter die Kondensationstemperatur von CO2 abgekühltes Gasgemisch e 19a durch das Stickstoffrohr h 42h in die Wärme aufnehmende Seite des CO2-Kondensator 24c transportiert. Durch das Regelventil a 26b und die Regelung des Ventilators 26a wird das Gasgemisch e 19a in Temperatur und Durchflussmenge exakt für den Kältebedarf und die zulässigen Temperaturen im CO2-Kondensator 24a konditioniert. Nach Erwärmung im CO2-Kondensator wird das Gasgemisch e 19b durch das Stickstoffrohr i 42i aus der CO2-Kondensationsanlage mit direkter Kühlung und einstufiger Entspannungsturbine herausgeführt.The pressurized cold gas or gas mixture e 19th the gas turbine a 28a supplied, relaxed there and as a gas mixture e cooled below the condensation temperature of CO 2 19a through the nitrogen tube h 42h into the heat-absorbing side of the CO 2 condenser 24c transported. Through the control valve a 26b and the regulation of the fan 26a the gas mixture e 19a in temperature and flow rate exactly for the cooling requirement and the permissible temperatures in the CO 2 condenser 24a conditioned. After heating in the CO 2 condenser, the gas mixture is e 19b through the nitrogen tube i 42i out of the CO 2 condensation system with direct cooling and a single-stage expansion turbine.

Apparatur 4 CO2-Kondensationsanlage mit direkter Stickstoffkühlung und mehrstufiger Entspannungsturbineapparatus 4th CO 2 condensation system with direct nitrogen cooling and multi-stage expansion turbine

Die CO2-Kondensationsanlage mit direkter Kühlung und mehrstufiger Entspannungsturbine ist eine Apparatur, mit der CO2 in Gasgemischen kondensiert und abgeschieden wird. Verwendet werden kann die CO2-Kondensationsanlage mit direkter Kühlung und mehrstufiger Entspannungsturbine für das Abscheiden von CO2 aus Gasgemischen aller Art.The CO 2 condensation system with direct cooling and a multi-stage expansion turbine is an apparatus with which CO 2 is condensed and separated in gas mixtures. The CO 2 condensation system with direct cooling and a multi-stage expansion turbine can be used for separating CO 2 from gas mixtures of all kinds.

Die CO2-Kondensation beginnt mit der Zuführung des von Partikeln gereinigten Gasgemisch c 17a, in die Wärme abgebenden Seite des CO2-Kondensator 24c. In der Wärme abgebendenden Seite des CO2-Kondensators 24c wird dem Gasgemisch c 17a die Kondensationswärme des CO2 entzogen. Nach der CO2-Kondensation wird das Gasgemisch c 17b durch das Gasrohr i 40i in den CO2-Abscheider 24d transportiert. Kopfseitig verfügt der CO2-Abscheider über einen Anschluss zum Weitertransport des nach der CO2-Abscheidung verbleibenden Restgases 18. Sumpfseitig verfügt der CO2-Abscheider 24d über einen Anschlusspunkt a 24f zum Weitertransport des flüssigen CO2 13.The CO 2 condensation begins with the introduction of the gas mixture c, which has been cleaned of particles 17a , in the heat-emitting side of the CO 2 condenser 24c . In the heat-emitting side of the CO 2 condenser 24c is added to the gas mixture c 17a the heat of condensation of the CO 2 is withdrawn. After the CO 2 condensation, the gas mixture c 17b transported through the gas pipe i 40i into the CO 2 separator 24d. At the top, the CO 2 separator has a connection for the further transport of the residual gas remaining after the CO 2 separation 18th . On the sump side, the CO 2 separator 24d has a connection point a 24f for onward transport of the liquid CO 2 13th .

Bei direkter Kühlung mit mehrstufiger Entspannungsturbine wird die Wärme abgebende Seite des CO2-Kondensators 24c aus mehreren einzelnen Wärmetauscherkomponenten 24h zusammengesetzt. In jeden dieser einzelnen Wärmetauscherkomponenten 24h wird das expandierte kalte Gasgemisch aus der jeweiligen Entspannungsstufe mit einer Temperatur eingeführt, bei der noch keine Sublimation des CO2 in der CO2-Kondensationsanlage erfolgt.In the case of direct cooling with a multi-stage expansion turbine, the heat-emitting side of the CO 2 condenser becomes 24c from several individual heat exchanger components 24 hours composed. In each of these individual heat exchanger components 24 hours the expanded cold gas mixture is introduced from the respective expansion stage at a temperature which takes place in which no sublimation nor of the CO 2 in the CO 2 -Kondensationsanlage.

Vorteilhaft bei dieser direkten Kühlung mit mehrstufiger Entspannungsturbine ist im Vergleich zur direkten Kühlung mit einstufiger Entspannungsturbine und zur indirekten Kühlung, dass keine Regelorgane erforderlich. Kältequelle der CO2-Kondesationsanlage mit direkter Kühlung und mehrstufiger Entspannungsturbine ist das druckbehaftetes kaltes Gas oder Gasgemisch e 19.The advantage of this direct cooling with a multi-stage expansion turbine, compared to direct cooling with a single-stage expansion turbine and indirect cooling, is that no regulating elements are required. The cold source of the CO 2 condensation system with direct cooling and a multi-stage expansion turbine is the pressurized cold gas or gas mixture e 19th .

Die mehrstufigen Gasturbine 28c wird nach jeder Expansionsstufe über ein Stickstoffrohr k 42k mit der kalten Seite des einzelnen Wärmetausches 24d und durch das Stickstoffrohr i 42i wird das Gasgemisch e durch ein Gasrohr I 42I in die nächste Stufe der mehrstufigen Entspannungsturbine 28c geleitet. Nach der letzten Entspannungsstufe wird das entspannte Gasgemisch e durch das Stickstoffrohr m aus der 42m aus der CO2-Kondensationsanlage mit direkter Kühlung und mehrstufiger Entspannungsturbine herausgeführt.The multi-stage gas turbine 28c is after each expansion stage through a nitrogen tube k 42k with the cold side of the individual heat exchange 24d and through the nitrogen tube i 42i the gas mixture e is passed through a gas pipe I. 42I into the next stage of the multi-stage expansion turbine 28c directed. After the last expansion stage, the expanded gas mixture e through the nitrogen tube m from the 42m out of the CO 2 condensation system with direct cooling and multi-stage expansion turbine.

Apparatur 5 CO2-Kondensationsanlage mit indirekter KühlungApparatus 5 CO 2 condensation system with indirect cooling

Die CO2-Kondensationsanlage mit indirekter Kühlung ist eine Apparatur, mit der CO2 in Gasgemischen kondensiert und abgeschieden wird. Verwendet werden kann die CO2-Kondensationsanlage mit indirekter Kühlung für das Abscheiden von CO2 aus Gasgemischen aller Art.The CO 2 condensation system with indirect cooling is an apparatus with which CO 2 is condensed and separated in gas mixtures. The CO 2 condensation system with indirect cooling can be used to separate CO 2 from gas mixtures of all kinds.

Die CO2-Kondensation beginnt mit der Zuführung des von Partikeln gereinigten Gasgemisch c 17a, in den CO2-Kondensator 24. Der CO2-Kondensator 24 ist ein Wärmetauscher, in dem bei indirekter Kühlung auf der Wärme aufnehmenden Seite des CO2-Kondensators 24a der Kältekreis 27 mit der Kälteleitung 45c auf der Vorlaufseite und das Kälterohr 45d auf der Rücklaufseite angeschlossen ist.The CO 2 condensation begins with the introduction of the gas mixture c, which has been cleaned of particles 17a , in the CO 2 condenser 24. The CO 2 condenser 24 is a heat exchanger in which, with indirect cooling, on the heat-absorbing side of the CO 2 condenser 24a the refrigeration cycle 27 with the refrigeration line 45c on the flow side and the cold pipe 45d is connected on the return side.

Nach der CO2-Kondensation wird das Gasgemisch c 17b durch das Gasrohr i 40i in den CO2-Abscheider 24d transportiert.After the CO 2 condensation, the gas mixture c 17b transported through the gas pipe i 40i into the CO 2 separator 24d.

Kopfseitig verfügt der CO2-Abscheider über einen Anschluss zum Weitertransport des nach der CO2-Abscheidung verbleibenden Restgases 18. Sumpfseitig verfügt der CO2-Abscheider 24d über einen Anschlusspunkt a 24f zum Weitertransport des flüssigen CO2 13.At the top, the CO 2 separator has a connection for the further transport of the residual gas remaining after the CO 2 separation 18th . On the sump side, the CO 2 separator 24d has a connection point a 24f for onward transport of the liquid CO 2 13th .

Kältequelle ist das druckbehaftetes kaltes Gas oder Gasgemisch e 19. Besonders geeignet als Gas oder Gasgemisch ist wegen der niedrigen Kondensationstemperatur die Verwendung von Stickstoff.The cold source is the pressurized cold gas or gas mixture e 19th . The use of nitrogen is particularly suitable as a gas or gas mixture because of the low condensation temperature.

Das druckbehaftetes kaltes Gas oder Gasgemisch e 19 wird der Gasturbine a 28a zugeführt, dort entspannt und als unter die Kondensationstemperatur von CO2 abgekühltes Gasgemisch e 19a durch das Stickstoffrohr h 42h in den Kälteträger/Gas-Wärmetauscher 27a transportiert. Nach Erwärmung in dem Kälteträger/Gas-Wärmetauscher 27a wird das Gasgemisch e 19b aus der CO2-Kondensationsanlage mit indirekter Kühlung herausgeführt.The pressurized cold gas or gas mixture e 19th the gas turbine a 28a supplied, relaxed there and as a gas mixture e cooled below the condensation temperature of CO 2 19a through the nitrogen tube h 42h in the coolant / gas heat exchanger 27a transported. After heating in the coolant / gas heat exchanger 27a the gas mixture e 19b out of the CO 2 condensation system with indirect cooling.

Im Kälteträger/Gas-Wärmetauscher 27a wird die Kälte des Gasgemischs e 19a auf den Kälteträger 15 übertragen. Die wärmeabgebende Seite des Kälteträger/GasWärmetauscher 27b wird mit den Rohrleitungen 45c und 45d des Kältekreises 27 verbunden. Über die Kälterohrleitung g 45j wird die Kälte aus dem Kälteträger/GasWärmetauscher 27a zum CO2-Kondensator 24a transportiert und durch das Regelventil b 27d und die Regelung der Kälteträgerpumpe 27e wird der Kälteträger 15 in Temperatur und Durchflussmenge exakt für den Kältebedarf im CO2-Kondensator 24a konditioniert. Der Rückfluss des Kälteträgers 15 vom CO2-Kondensator 24a zum Kälteträger/Gas-Wärmetauscher 27a erfolgt durch die Kälterohrleitung k 45k.In the coolant / gas heat exchanger 27a the coldness of the gas mixture e 19a on the secondary refrigerant 15th transfer. The heat-emitting side of the secondary refrigerant / gas heat exchanger 27b will be with the pipelines 45c and 45d of the refrigeration circuit 27 connected. Via the cold pipe g 45y the cold from the coolant / gas heat exchanger 27a to the CO 2 condenser 24a transported and through the control valve b 27d and the regulation of the brine pump 27e becomes the coolant 15th in temperature and flow rate exactly for the cooling requirement in the CO 2 condenser 24a conditioned. The reflux of the secondary refrigerant 15th from the CO 2 condenser 24a to the coolant / gas heat exchanger 27a takes place through the cold pipe k 45k .

Vorteilhaft bei der Kondensationsanlage mit indirekter Kühlung ist, verglichen mit den Kondensationsanlagen mit direkter Kühlung, dass die Mengen- und Leistungsregelung für den Durchfluss durch den CO2-Kondensator 24a mit dem Kältekreis 15 wesentlich einfacher ist als die Mengen- und Leistungsregelung des Gasgemischs e 19.The advantage of the condensation system with indirect cooling compared to the condensation systems with direct cooling is that the volume and power control for the flow through the CO 2 condenser 24a with the refrigeration cycle 15th is much simpler than the volume and power regulation of the gas mixture e 19th .

Wirtschaftlichkeit und Energieaufwand der Turbo-Abgas-CO2-AbscheidungEconomy and energy consumption of the turbo exhaust gas CO 2 separation

Die Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung kann wie oben erläutert bei sehr vielen verschiedenen Verbrennungsprozessen Anwendung finden, so dass allgemeingültige Aussagen zu Kosten, Wirtschaftlichkeit und Energieaufwand nicht möglich sind. Es müssen vielmehr die wirtschaftlichen und energetischen Auswirkungen für jeden Anwendungsfall einzeln untersucht und berechnet werden.As explained above, the turbo exhaust gas CO 2 separation can be used in very many different combustion processes, so that generally valid statements on costs, economy and energy consumption are not possible. Rather, the economic and energetic effects must be examined and calculated individually for each application.

Die Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung erfordert wie jedes andere Verfahren zur CO2-Abscheidung den Einsatz von Energie für die Abtrennung des CO2. Weiteren Energieaufwand erfordern je nach Verwendung die Einlagerung bzw. die Weiterverarbeitung des CO2, die wie bereits am Anfang erwähnt bei der Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung verschwindend gering ist gegenüber den übrigen CCS Abscheideverfahren.The turbo exhaust gas CO 2 separation, like any other method for CO 2 separation, requires the use of energy for the separation of the CO 2 . Depending on the use, additional energy consumption is required for the storage or further processing of the CO 2 , which, as already mentioned at the beginning, is negligibly small with the turbo exhaust gas CO 2 separation compared to the other CCS separation processes.

Im Rahmen dieser Patentanmeldung wird beispielhaft der Einsatz die Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung für die Behandlung der Abgase aus einem modernen, hoch effizienten GuD-Kraftwerks berechnet.In the context of this patent application, the use of the turbo exhaust gas CO 2 separation for the treatment of exhaust gases from a modern, highly efficient combined cycle power plant is calculated as an example.

Das Berechnungsbeispiel für das GuD-Kraftwerk geht von rd. 400 MW elektrischer Leistung und einem elektrischen Wirkungsgrad ohne CO2-Abscheidung von 60 % aus und ist als Anlage beigefügt. Bei Verdichtung des CO2 auf überkritischen Druck von 100 bar sinkt der elektrische Wirkungsgrad des GuD-Kraftwerks im Berechnungsbeispiel von 60% auf rd. 56 %.The calculation example for the combined cycle power plant assumes around 400 MW electrical output and an electrical efficiency without CO 2 separation of 60% and is attached as an annex. When the CO 2 is compressed to a supercritical pressure of 100 bar, the electrical efficiency of the combined cycle power plant in the calculation example drops from 60% to around 56%.

Für den Fall, dass das CO2 bei Verdampfungsdruck von ca. 6 bar entnommen wird, sinkt der elektrische Wirkungsgrad des GuD-Kraftwerks etwas weniger, von 60 % auf rd. 57%.In the event that the CO 2 is withdrawn at an evaporation pressure of approx. 6 bar, the electrical efficiency of the combined cycle power plant drops a little less, from 60% to around 57%.

Allgemein gültige Aussagen zu den ökonomischen Auswirkungen der mit der Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung eingesparten CO2-Emissionen sind schwierig, da der derzeit praktizierte Zertifikate-Handel marktabhängige Preise hat. Das aktuelle Gesetz zur CO2-Besteuerung sieht ab 2021 eine CO2-Steuer von 25 €/t CO2 mit einer Steigerung auf 55 €/t CO2 im Jahre 2025 vor.Generally valid statements on the economic effects of the CO 2 emissions saved with the turbo exhaust gas CO 2 separation are difficult, since the certificates trading currently practiced has market-dependent prices. The current law on CO2 taxation provides for a CO 2 tax of € 25 / t CO 2 from 2021 with an increase to € 55 / t CO 2 in 2025.

Nachfolgend wird eine Beispielrechnung unter der Annahme durchgeführt, dass die Erlöse des Kraftwerks für Stromverkauf bei 45 €/MWh (mittlerer Preis 2018) liegen. Die durch den Einsatz der Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung eingebüßten Verkaufserlöse für elektrischen Strom lassen sich damit wie folgt berechnen: Stromerlös pro Stunde 45 €/MWh Leistung 400 MW GuD-Kraftwerk ohne Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung 403 MW Leistung 400 MW GuD-Kraftwerk mit Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung 372 MW Stromverkauf je Stunde ohne Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung 18.135 € Stromverkauf je Stunde mit Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung 16.740 € Einbuße Verkaufserlös je Stunde 1.395 € In the following, an example calculation is carried out on the assumption that the power plant's revenues for electricity sales are 45 € / MWh (mean price 2018). The sales revenue for electricity lost through the use of turbo exhaust gas CO 2 separation can thus be calculated as follows: Electricity revenue per hour 45 € / MWh 400 MW combined cycle power plant without turbo exhaust gas CO 2 separation 403 MW 400 MW combined cycle power plant with turbo exhaust gas CO 2 separation 372 MW Electricity sales per hour without turbo exhaust gas CO 2 separation € 18,135 Electricity sales per hour with turbo exhaust gas CO 2 separation € 16,740 Loss of sales revenue per hour € 1,395

Bei einem Steuersatz von 25,00 €/t ab 2021 lässt sich die durch die Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung erzielte Steuerersparnis wie folgt berechnen: Einsparung 400 MW GuD-Kraftwerk CO2 Emissionen je Stunde 136 t/h CO2-Steuer ab 2021 25,00 €/t Einsparung CO2-Steuer je Stunde 3.400,00 € At a tax rate of 25.00 € / t from 2021, the tax savings achieved through turbo exhaust gas CO 2 separation can be calculated as follows: Saving 400 MW combined cycle power plant CO 2 emissions per hour 136 t / h CO 2 tax from 2021 € 25.00 / t Saving CO 2 tax per hour € 3,400.00

Die Gegenüberstellung von gemindertem Verkaufserlös mit eingesparter CO2-Steuer ergibt eine Einsparung für das 400MW GuD-Kraftwerk von 14,6 Mio. € pro Jahr, wenn das Kraftwerk mit der Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung betrieben wird. Auch unter Beachtung der hohen Investitions- und Betriebskosten der Turbo-Abgas-CO2-Abscheidungsanlage und einer durch die unterirdische Einlagerung zusätzlich anfallender Kosten zeigt die Gegenüberstellung das enorme ökonomische Potential der Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung auf.The comparison of reduced sales proceeds with saved CO 2 tax results in savings for the 400MW combined cycle power plant of € 14.6 million per year if the power plant is operated with turbo exhaust gas CO 2 separation. Even taking into account the high investment and operating costs of the turbo exhaust gas CO 2 separation system and the additional costs incurred due to the underground storage, the comparison shows the enormous economic potential of turbo exhaust gas CO 2 separation.

Über die ökonomische Betrachtung hinaus muss zusätzlich der enorme ökologische Vorteil für die Minderung der CO2 Konzentration in der Atmosphäre durch

  • • die Vermeidung von weiteren klimaschädigenden CO2-Emissionen, bzw.
  • • der Umkehrung der Klimaschädigung durch Biomasse-Kraftwerke durch die Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung und unterirdischer Lagerung beachtet werden.
In addition to the economic consideration, the enormous ecological advantage of reducing the CO 2 concentration in the atmosphere must also be achieved
  • • the avoidance of further climate-damaging CO 2 emissions or
  • • The reversal of climate damage caused by biomass power plants through turbo exhaust gas CO 2 separation and underground storage are taken into account.

BerechnungsbeispielCalculation example

Erläuterung zum Berechnungsbeispiel der Turbo-Abgas-CO2-AbscheidungExplanation of the calculation example of the turbo exhaust gas CO 2 separation

Als Berechnungsbeispiel dient ein GuD-Kraftwerk mit rd. 400 kW elektrischer Leistung, einemelektrischen Wirkungsgrad von 60 % und Betrieb mit dem Brennstoff Erdgas H.
Bei der Berechnung wird zur besseren Übersicht angenommen, dass die Verdichter und Turbinen der Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung auf einer Welle mit den GuD-Turbinen angeordnet werden. Falls das nicht der Fall ist, müssen die nachstehenden Ergebnisse um die elektrischen Wirkungsgrade der Motoren und Generatoren korrigiert werden.A combined cycle power plant with around 400 kW electrical output, an electrical efficiency of 60% and operation with the fuel natural gas H is used as a calculation example.
For the sake of clarity, the calculation assumes that the compressors and turbines of the turbo exhaust gas CO 2 separation are arranged on a shaft with the combined cycle turbines. If this is not the case, the following results must be corrected for the electrical efficiency of the motors and generators.

Die Berechnung erfolgt für den Anwendungsfall, dass das CO2 bei überkritischem Druck zur unterirdischen Einlagerung aus dem Verfahren entnommen wird,The calculation is made for the application that the CO 2 is withdrawn from the process at supercritical pressure for underground storage,

ZusammenstellungenCompilations

1.1 Energiebilanz und Wirkungsgradeinbuße des GuD-Kraftwerks mit Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung und CO2-Entnahme bei 100 bar Brennstoffeinsatz 671.400 kW 100,0000% Elektrische Leistung Kraftwerk ohne Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung 402.840 kW 60,0000% Abgasverdichter 1. Stufe -22.259 kW -3,3153% Berechnung c Abgasverdichter 2. Stufe -21.224 kW -3,1612% Berechnung d CO2-Hochdruckpumpe -359 kW -0,0535% Berechnung e Hilfsaggregate (Pumpen, Kühlturm etc. geschätzt) -100 kW -0,0149% Gasturbine a 13.645 kW 2,0324% Berechnung f Gasturbine b 3.589 kW 0,5346% Berechnung g Elektrische Leistung Kraftwerk mit Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung 372.543 kW 56,0221 % 1.1 Energy balance and loss of efficiency of the combined cycle power plant with turbo exhaust gas CO 2 separation and CO 2 removal at 100 bar Fuel use 671,400 kW 100.0000% Electric power power plant without turbo exhaust gas CO 2 separation 402,840 kW 60.0000% 1st stage exhaust gas compressor -22,259 kW -3.3153% Calculation c 2nd stage exhaust gas compressor -21,224 kW -3.1612% Calculation d CO 2 high pressure pump -359 kW -0.0535% Calculation e Auxiliary units (pumps, cooling tower, etc. valued) -100 kW -0.0149% Gas turbine a 13,645 kW 2.0324% Calculation f Gas turbine b 3,589 kW 0.5346% Calculation g Electric power power plant with turbo exhaust gas CO 2 separation 372,543 kW 56.0221%

1.2 Bilanz des CO2-Kondensators Kältebedarf Kälteleistung Kondensation CO2 12.657 kW Berechnung h Reserve + Verluste CO2-Kälteträgerkondensator 446 kW 1. Erwärmung des Gasgemischs b (Stufe 1) -13.103 kW Berechnung k 13.103 kW -13.103 kW 1.2 Balance of the CO 2 condenser Cooling demand Cooling capacity Condensation CO 2 12,657 kW Calculation h Reserve + losses of CO 2 refrigerant condenser 446 kW 1.Heating of the gas mixture b (stage 1) -13,103 kW Calculation k 13,103 kW -13,103 kW

1.3 Bilanz des Mehrkomponentenwärmetauschers Kältebedarf Kälteleistung Abkühlung Gasgemisch a 15.666 kW Berechnung j Reserve + Verluste selbstreinigender WT 3.568 kW Kondensation H2O im selbstreinigenden WT 1.507 kW Berechnung j 1.Erwärmung des Gasgemischs b (Stufe 2) -2.891 kW Berechnung k 2.Erwärmung des Gasgemischs b -12.649 kW Berechnung l Erwärmung CO2 -5.201 kW Berechnung m 20.741 kW -20.741 kW 1.3 Balance of the multi-component heat exchanger Cooling demand Cooling capacity Cooling gas mixture a 15,666 kW Calculation j Reserve + losses of self-cleaning WT 3,568 kW Condensation H 2 O in the self-cleaning WT 1,507 kW Calculation j 1. Heating of the gas mixture b (stage 2) -2,891 kW Calculation k 2. Heating of the gas mixture b -12,649 kW Calculation l Warming CO2 -5,201 kW Calculation m 20,741 kW -20,741 kW

BerechnungenCalculations

2.1. Berechnung a - Ermittlung Abgasmassenstrom und Abgaszusammensetzung Zusammensetzung trockene reine Luft O2 0,209 m3/m3 N2 0,781 m3/m3 Ar 0,009 m3/m3 sonstige 0,000 m3/m3 1,000 m3/m3 Brennstoff Erdgas H Molekularvolumen Nm3/Kmol Molekulargewicht kg/Nm3 Anteile Menge CH4 22,38 16,00 93% Menge C2H6 22,24 28,00 3% Menge C2H6 22,24 28,00 2% Menge H2 22,43 2,00 Menge CO 22,40 28,00 Menge CO2 22,26 44,00 1% Menge O2 22,39 32,00 Menge S 22,41 32,00 Menge N2 22,40 28,00 1% Menge H2O 22,40 18,00 Argon 22,39 40,00 gesamt 100% Brennstoffmenge 18 Nm3/s 64.800 Nm3/h Menge O2min = 2*CH4+3,5*C2H6+5*C3H8 2.050 m3/m3 37 Nm3/s 53 kg/s Heizwert Hu in kJ/Nm3 37.300 Heizwert Hu in kWh/Nm3 10,36 671.400 kW elektrischer Wirkungsgrad 60% elektrische Leistung 402.840 kW 2.1. Calculation a - Determination of exhaust gas mass flow and exhaust gas composition Composition dry pure air O 2 0.209 m 3 / m 3 N 2 0.781 m 3 / m 3 Ar 0.009 m 3 / m 3 other 0.000 m 3 / m 3 1,000 m 3 / m 3 Fuel natural gas H Molecular volume Nm 3 / Kmol Molecular weight kg / Nm 3 Shares Amount of CH 4 22.38 16.00 93% Amount of C 2 H 6 22.24 28.00 3% Amount of C 2 H 6 22.24 28.00 2% Amount of H 2 22.43 2.00 Amount of CO 22.40 28.00 Amount of CO 2 22.26 44.00 1% Amount of O 2 22.39 32.00 Amount S 22.41 32.00 Amount N 2 22.40 28.00 1% Amount of H 2 O 22.40 18.00 argon 22.39 40.00 total 100% Amount of fuel 18 Nm 3 / s 64,800 Nm 3 / h Amount of O 2min = 2 * CH 4 + 3.5 * C 2 H 6 + 5 * C 3 H 8 2,050 m 3 / m 3 37 Nm 3 / s 53 kg / s Calorific value H u in kJ / Nm 3 37,300 Calorific value H u in kWh / Nm 3 10.36 671,400 kW electrical efficiency 60% electrical power 402,840 kW

Berechnung des AbgasmassenstromsCalculation of the exhaust gas mass flow

Menge CO2 Amount of CO 2 1.050 m3/m1,050 m 3 / m 19 Nm3/s19 Nm 3 / s 37,71 kg/s37.71 kg / s Menge H2O aus VerbrennungAmount of H 2 O from combustion 2.030 m3/m3 2,030 m 3 / m 3 37 Nm3/s37 Nm 3 / s 52,22 kg/s52.22 kg / s Menge SO2 aus VerbrennungAmount of SO 2 from combustion 0,00 kg/s0.00 kg / s Menge N2 Amount N 2 138 Nm3/s138 Nm 3 / s 172,11 kg/s172.11 kg / s Menge ArAmount of ar 2 Nm3/s2 Nm 3 / s 2,94 kg/s2.94 kg / s Abgas gesamtTotal exhaust 264,99 kg/s264.99 kg / s davon trockenes Abgasof which dry exhaust gas 212,77 kg/s212.77 kg / s

2.2. Berechnung b - Ermittlung der Isentropenexponenten für die Gasgemische Ermittlung des Isentropenexponenten für das Gasgemisch a (N2/CO2/Ar) mN2 172,11 kg/s mCO2 37,71 kg/s mAr 2,94 kg/s mGes = mN2 + mCO2 + mAr 212,77 kg/s spez. Wärmekapazität N2 Cp N2 1,041 kJ/kgK spez. Wärmekapazität N2 Cv N2 0,744 kJ/kgK spez. Wärmekapazität CO2 Cp CO2 0,822 kJ/kgK Cv CO2 0,637 kJ/kgK spez. Wärmekapazität Ar Cp Ar 0,519 kJ/kgK Cv Ar 0,309 kJ/kgK Isentropenexponent von N2 K 1,4 Isentropenexponent von CO2 K 1,29 Isentropenexponent von Ar K 1,67 Cp, Ges = mN2 / mGes* Cp N2 + mCO2 / mGes * cpCO2 +mAR / MGes * cp Ar 0,994975 Cv, Ges = mN2 / mGes * Cv N2 + mCO2 / mGes * CvCO2 + mAR / mGes * Cp Ar 0,718719 KGes 1,384372 Ermittlung des Isentropenexponenten für das Gasgemisch b mN2/Ar = mN2 + mar 175 kg/s Cp, Ges = mN2 / mGes * Cp N2 + mAR / mGes * cp Ar 1 ,032242 Cv, Ges = mN2 / mGes * cv N2 + mAR / mGes * cp Ar 0,736280 KN2/Ar 1,401969 2.2. Calculation b - Determination of the isentropic exponent for the gas mixtures Determination of the isentropic exponent for the gas mixture a (N 2 / CO 2 / Ar) m N2 172.11 kg / s m CO2 37.71 kg / s m ar 2.94 kg / s m Ges = m N2 + m CO2 + m Ar 212.77 kg / s spec. Heat capacity N 2 Cp N2 1.041 kJ / kgK spec. Heat capacity N 2 C v N2 0.744 kJ / kgK spec. Heat capacity CO 2 C p CO2 0.822 kJ / kgK C v CO2 0.637 kJ / kgK spec. Heat capacity Ar C p Ar 0.519 kJ / kgK C v Ar 0.309 kJ / kgK Isentropic exponent of N 2 K 1.4 Isentropic exponent of CO 2 K 1.29 Isentropic exponent of Ar K 1.67 C p, Ges = m N2 / m Ges * C p N2 + m CO2 / m Ges * cp CO2 + m AR / M Ges * cp Ar 0.994975 C v, Ges = m N2 / m Ges * C v N2 + m CO2 / m Ges * C vCO2 + m AR / m Ges * Cp Ar 0.718719 K Ges 1.384372 Determination of the isentropic exponent for the gas mixture b m N2 / A r = m N2 + m ar 175 kg / s C p, Ges = m N2 / m Ges * C p N2 + m AR / m Ges * cp Ar 1, 032242 C v, Ges = m N2 / m Ges * c v N2 + m AR / m Ges * c p Ar 0.736280 K N2 / Ar 1.401969

2.3 Berechnung c Leistung des Abgasverdichters - 1. Stufe Temperatur der Gaseintritt tl 25 °C Druck der Umgebung p1 1,00 bar Druck nach Turboverdichter p2 2,70 bar isentroper Turboverdichter-Wirkungsgrad η i,TVD 90,00% Isentropenexponent Gasgemisch a K 1,384372 Enthalpie Abgas am Eintritt Turboverdichter h1 = cp Ges * t1 24,87 kJ/kg Enthalpie Abgas am Austritt Turboverdichter hTVD = h1 +1/η i,VD *cp Ges * (tTVD+ 273) * [(p2/p 1)(K-1)/K- 1] 129,5 kJ/kg Austrittstemperatur aus dem Turboverdichter t2 tTVD = hTVD / cp 130 °C Leistung Abgasverdichter 1 22.259 kW 2.3 Calculation c performance of the exhaust gas compressor - 1st stage Temperature of gas inlet t l 25 ° C Pressure of the environment p 1 1.00 bar Pressure after turbo compressor p 2 2.70 bar isentropic turbo compressor efficiency η i, TVD 90.00% Isentropic exponent gas mixture a K 1.384372 Enthalpy of exhaust gas at the turbo compressor inlet h 1 = c p Ges * t 1 24.87 kJ / kg Enthalpy of exhaust gas at the turbo compressor outlet h TVD = h 1 + 1 / η i, VD * c p Ges * (t TVD + 273) * [(p2 / p 1) (K-1) / K - 1] 129.5 kJ / kg Outlet temperature from the turbo compressor t 2 t TVD = h TVD / c p 130 ° C Performance exhaust gas compressor 1 22,259 kW

2.4 Berechnung d Leistung des Abgasverdichters - 2. Stufe Temperatur der Gaseintritt tl 25 °C Druck der Umgebung p1 2,70 bar Druck nach Turboverdichter p2 7,00 bar isentroper Turboverdichter-Wirkungsgrad η i,TVD 90,00% Isentropenexponent Gasgemisch a K 1,384372 Enthalpie Abgas am Eintritt Turboverdichter h1 = cp Ges * t1 24,87 kJ/kg Enthalpie Abgas am Austritt Turboverdichter hTVD = h1 +1/η i,VD *cp Ges * (tTVD+ 273) * [(p2/p1 )(K-1)/K-1] 124,6 kJ/kg Austrittstemperatur aus dem Turboverdichter t2 tTVD = hTVD / cp 125 °C Leistung Abgasverdichter 2 21.224 kW 2.4 Calculation of the performance of the exhaust gas compressor - 2nd stage Temperature of gas inlet t l 25 ° C Pressure of the environment p 1 2.70 bar Pressure after turbo compressor p 2 7.00 bar isentropic turbo compressor efficiency η i, TVD 90.00% Isentropic exponent gas mixture a K 1.384372 Enthalpy of exhaust gas at the turbo compressor inlet h 1 = c p Ges * t 1 24.87 kJ / kg Enthalpy of exhaust gas at the turbo compressor outlet h TVD = h 1 + 1 / η i, VD * c p Ges * (t TVD + 273) * [(p2 / p1) (K-1) / K -1] 124.6 kJ / kg Outlet temperature from the turbo compressor t 2 t TVD = h TVD / c p 125 ° C Performance exhaust gas compressor 2 21,224 kW

2.5 Berechnung e Leistung der CO2-Hochdruckpumpe 100 bar Temperatur CO2 flüssig Tl 224 °K Kondensationsdruck p1 7 bar Druck CO2-Verdichterpumpe p2 100,00 bar isentroper Pumpenwirkungsgrad η i,TVD 85,00% Masse CO2 37,71 kg/s Enthalpie CO2 am Eintritt Hochdruckpumpe h1 = 224 °K, 7 bar (aus Stoffwerttabelle) -192,00 kJ/kg s1 = 224 °K, 7 bar (aus Stoffwerttabelle) 2,73 kJ/kg Enthalpie CO2 am Austritt Hochdruckpumpe h2 = 228 °K, 100 bar (aus Stoffwerttabelle) -183,90 kJ/kg s2 = 228 °K, 100 bar (aus Stoffwerttabelle) 2,73 kJ/kg s2 =228 °K, 100 bar (aus Stoffwerttabelle) 2,73 kJ/kg Leistung bei isentroper Verdichtung 305 kW Leistung CO2-Hochdruckpumpe 359 kW 2.5 Calculation of the performance of the CO 2 high pressure pump 100 bar Temperature of CO 2 liquid T l 224 ° K Condensation pressure p 1 7 bar Pressure CO 2 compressor pump p 2 100.00 bar isentropic pump efficiency η i, TVD 85.00% Mass of CO 2 37.71 kg / s Enthalpy of CO 2 at the high pressure pump inlet h 1 = 224 ° K, 7 bar (from table of properties) -192.00 kJ / kg s 1 = 224 ° K, 7 bar (from table of properties) 2.73 kJ / kg Enthalpy of CO 2 at the high pressure pump outlet h 2 = 228 ° K, 100 bar (from table of properties) -183.90 kJ / kg s 2 = 228 ° K, 100 bar (from table of properties) 2.73 kJ / kg s 2 = 228 ° K, 100 bar (from table of properties) 2.73 kJ / kg Performance with isentropic compression 305 kW Performance of high pressure CO 2 pump 359 kW

2.6 Berechnung f Leistung der Gasturbine a Temperatur Gaseintritt T3 227 °K Druck vor Turbine p3 7,00 bar Druck nach Turbine p4 1,40 bar isentroper Turbinenwirkungsgrad η i,T, 90,00% cp, Ges = mN2 / mGes * cp N2 + mAR / mGes * cp Ar 1,032 kJ/kgK Isentropenexponent für Gemisch b (N2/Ar) KN2/Ar 1,401969 Enthalpie N2 am Eintritt Turbine h3 = CpN2 *t3 234,32 kJ/kg Enthalpie N2 am Austritt Turbine hTt = h3 -η i,T*Cpn''*T3 * [1-(p4/p3)(K-1)/K-1] 156,4 kJ/kg Austrittstemperatur aus der Turbine t2 T4 = hTVD / cpN2/Ar 151 °K Massenstrom N2 + Ar 175,05 kg/s Leistung Turbine -13.645,45 kW 2.6 Calculation f power of the gas turbine a Inlet temperature T 3 227 ° K Pressure in front of the turbine p 3 7.00 bar Pressure after turbine p 4 1.40 bar isentropic turbine efficiency η i, T , 90.00% c p, Ges = m N2 / m Ges * c p N 2 + m AR / m Ges * cp Ar 1.032 kJ / kgK Isentropic exponent for mixture b (N 2 / Ar) K N2 / Ar 1.401969 Enthalpy N2 at the turbine inlet h 3 = C pN2 * t 3 234.32 kJ / kg Enthalpy N2 at the turbine outlet h Tt = h 3 -η i, T * C pn '' * T3 * [1- (p4 / p3) (K-1) / K -1] 156.4 kJ / kg Exit temperature from the turbine t 2 T 4 = h TVD / c pN2 / Ar 151 ° K Mass flow N 2 + Ar 175.05 kg / s Power turbine -13,645.45 kW

2.7 Berechnung g Leistung der Gasturbine b Temperatur Gaseintritt T3 240 °K Druck vor Turbine P3 1,40 bar Druck nach Turbine P4 1,00 bar isentroper Turbinenwirkungsgrad η i,t, 90,00% cp, Ges = mN2 / mGes* CpN2 + mAR / mGes * cp Ar 1,032 kJ/kgK Isentropenexponent für Gemisch b (N2/Ar) KN2/Ar 1,401969 Enthalpie N2 am Eintritt Turbine h3 = CpN2 *t3 247,74 kJ/kg Enthalpie N2 am Austritt Turbine hTt = h3 -η i,T *cpN2Ar" * T3 * [1-(p4/p3)(K-1)/K-1] 227,2 kJ/kg Austrittstemperatur aus der Turbine t2 T4 = hTVD / cpN2/Ar 220 °K Massenstrom N2 + Ar 175,05 kg/s Leistung Gasturbine b -3.589 kW 2.7 Calculation g power of the gas turbine b Inlet temperature T 3 240 ° K Pressure in front of the turbine P 3 1.40 bar Pressure after turbine P 4 1.00 bar isentropic turbine efficiency η i, t, 90.00% c p, Ges = m N2 / m Ges * C pN2 + m AR / m Ges * cp Ar 1.032 kJ / kgK Isentropic exponent for mixture b (N 2 / Ar) K N2 / Ar 1.401969 Enthalpy N2 at the turbine inlet h 3 = C pN2 * t 3 247.74 kJ / kg Enthalpy N2 at the turbine outlet h Tt = h 3 -η i, T * c pN2Ar " * T3 * [1- (p4 / p3) (K-1) / K -1] 227.2 kJ / kg Exit temperature from the turbine t 2 T 4 = h TVD / c pN2 / Ar 220 ° K Mass flow N 2 + Ar 175.05 kg / s Gas turbine power b -3,589 kW

2.8 Berechnung h Kältebedarf für die Kondensation des CO2 r = Verdampfungsenthalpie CO2 bei 7 bar 335,60 kJ/kg Massenstrom CO2 37,71 kg/s Kältebedarf Kondensation CO2 12.657 kW 2.8 Calculation of the h cooling requirement for the condensation of the CO 2 r = enthalpy of evaporation CO 2 at 7 bar 335.60 kJ / kg Mass flow of CO 2 37.71 kg / s Cooling requirement for condensation CO 2 12,657 kW

2.9 Berechnung i Abkühlung des Gasgemischs a im Mehrkomponentenwärmetauscher Eintrittstemperatur 298 °K CpGes 0,99 kJ/kgK hein 296,5 kJ/kg Kondensationstemperaturtemperatur des CO2 224 °K haus 222,9 kJ/kg Δ h 73,63 kJ/kg Massenstrom gesamt 213 kg/s Kältebedarf Abkühlung des Gasgemisch a 15.666 kW 2.9 Calculation i cooling of the gas mixture a in the multi-component heat exchanger Inlet temperature 298 ° K C ptotal 0.99 kJ / kgK h a 296.5 kJ / kg Condensation temperature temperature of the CO 2 224 ° K House 222.9 kJ / kg Δ h 73.63 kJ / kg Total mass flow 213 kg / s Cooling requirement for cooling the gas mixture a 15,666 kW

2.10 Berechnung j Kältebedarf Kondensation H2O im Mehrkomponentenwärmetauscher x1 Wassergehalt bei 298 °K und 1 bar 0,020376 ps Sättigungsdruck bei 298 °K 0,03171 bar p2 Kondensationsdruck 7,00 bar x2 Wassergehalt bei p2 und 298 °C = x1*(1-ps)/(p2-ps) 0,00283138 Massenstrom Abgas 213 kg/s Kondensat H2O 0,6024 kg/s Verdampfungsenthalpie Wasser bei 0°C 2.501 kJ/kg Kältebedarf Kondensation H2O im selbstreinigenden WT 1.507 kW 2.10 Calculation j cooling requirement for condensation H 2 O in the multicomponent heat exchanger x 1 water content at 298 ° K and 1 bar 0.020376 p s saturation pressure at 298 ° K 0.03171 bar p 2 condensation pressure 7.00 bar x 2 water content at p 2 and 298 ° C = x1 * (1-p s ) / (p 2 -p s ) 0.00283138 Mass flow of exhaust gas 213 kg / s Condensate H 2 O 0.6024 kg / s Enthalpy of evaporation water at 0 ° C 2,501 kJ / kg Cooling requirement for condensation H 2 O in the self-cleaning heat exchanger 1,507 kW

2.11 Berechnung k Kälte aus stufenweiser 1. Erwärmung des Gasgemischs b 1. Stufe - Erwärmung im Gas-Kälteträgerwärmetauscher Eintrittstemperatur Gasaemisch b 151,48 °K Austrittstemperatur Gasgemisch b 224,00 °K cp Gasgemisch 2 1,03 kJ/kgK h ein = Cp *T ein 156,4 kJ/kg h aus = cp * T aus 231,2 kJ/kg Δh 74,85 kJ/kg Masse Gasgemisch 2 175 kg/s Erwärmung Gasgemisch b 1. Stufe 13.103 kW 2. Stufe Erwärmung in der Wärmetauscherkomponente a Eintrittstemperatur Gasgemisch b 224,00 °K Austrittstemperatur Gasgemisch b 240,00 °K cp Gasgemisch 2 1,03 kJ/kgK hein = cp * T ein 231,2 kJ/kg h aus = cp * T aus 247,7 kJ/kg Δh 16,52 kJ/kg Masse Gasgemisch 2 175 kg/s Erwärmung Gasgemisch b 2. Stufe 2.891 kW 2.11 Calculation of k cold from stepwise 1. heating of the gas mixture b 1st stage - heating in the gas refrigerant heat exchanger Inlet temperature gas mixture b 151.48 ° K Gas mixture outlet temperature b 224.00 ° K c p gas mixture 2 1.03 kJ / kgK h a = Cp * T a 156.4 kJ / kg h out = c p * T out 231.2 kJ / kg Δh 74.85 kJ / kg Mass of gas mixture 2 175 kg / s Heating of the gas mixture b 1st stage 13,103 kW 2nd stage heating in the heat exchanger component a Gas mixture inlet temperature b 224.00 ° K Gas mixture outlet temperature b 240.00 ° K c p gas mixture 2 1.03 kJ / kgK h a = c p * T a 231.2 kJ / kg h out = c p * T out 247.7 kJ / kg Δh 16.52 kJ / kg Mass of gas mixture 2 175 kg / s Heating of the gas mixture b 2nd stage 2,891 kW

2.12 Berechnung l Kälte aus 2. Erwärmung des Gasgemischs b Eintrittstemperatur Gasgemisch b 223 °K Austrittstemperatur Gasgemisch b 293 °K cp Gasgemisch 2 1,03 kJ/kgK hein = cp * T ein 230,2 kJ/kg h aus = cp * T aus 302,4 kJ/kg Δh 72,26 kJ/kg Masse Gasgemisch 2 175 kg/s 2. Erwärmung Gasgemisch b 12.649 kW 2.12 Calculation l cold from 2. heating of the gas mixture b Gas mixture inlet temperature b 223 ° K Gas mixture outlet temperature b 293 ° K c p gas mixture 2 1.03 kJ / kgK h a = c p * T a 230.2 kJ / kg h out = c p * T out 302.4 kJ / kg Δh 72.26 kJ / kg Mass of gas mixture 2 175 kg / s 2. Heating of the gas mixture b 12,649 kW

2.13 Berechnung m Kälte aus Erwärmung des flüssigen CO2 Enthalpie CO2 am Eintritt des selbstreiniqenden Wärmetauschers h2 = Tabellenwert 228 °K, 100 bar -183,90 kJ/kg Enthalpie CO2 am Austritt des selbstreiniqenden Wärmetauschers h3 = Tabellenwert 293 °K, 100 bar -46,00 kJ/kg Durchfluss CO2 37,71 kg/s Erwärmung CO2 -5.201 kW 2.13 Calculation of m cold from heating the liquid CO 2 Enthalpy of CO 2 at the inlet of the self-cleaning heat exchanger h 2 = table value 228 ° K, 100 bar -183.90 kJ / kg Enthalpy of CO 2 at the outlet of the self-cleaning heat exchanger h 3 = table value 293 ° K, 100 bar -46.00 kJ / kg Flow rate CO 2 37.71 kg / s Warming CO 2 -5,201 kW

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
Gasgemische und Stoffe Gas mixtures and substances
1010
Abgas im Rohzustand mit den Bestandteilen N2, CO2, H2O, Ar, Ruß, StaubRaw exhaust gas with the components N 2 , CO 2 , H 2 O, Ar, soot, dust
10a10a
gereinigtes Abgas mit den Bestandteilen N2, CO2, H2O, Arpurified exhaust gas with the components N 2 , CO 2 , H 2 O, Ar
11a11a
Gasgemisch a, gekühlt mit den Bestandteilen N2, CO2 und ArGas mixture a, cooled with the components N 2 , CO 2 and Ar
11b11b
Gasgemisch a, verdichtet auf den Kondensationsdruck des CO2 Gas mixture a, compressed to the condensation pressure of the CO 2
11c11c
Gasgemisch a, rückgekühltGas mixture a, re-cooled
11d11d
Gasgemisch a, gekühlt auf Kondensationstemperatur von CO2 Gas mixture a, cooled to the condensation temperature of CO 2
11e11e
Gasgemisch a, abgekühlt mit kondensiertem CO2 Gas mixture a, cooled with condensed CO 2
12a12a
Gasgemisch b - N2, Ar und CO2-Reste bei Kondensationsdruck 1. DruckstufeGas mixture b - N 2 , Ar and CO 2 residues at condensation pressure 1st pressure stage
12b12b
Gasgemisch b ohne CO2-Reste auf der 1. DruckstufeGas mixture b without CO 2 residues on the 1st pressure stage
12c12c
Gasgemisch b teilentspannt auf die 2. DruckstufeGas mixture b partially expanded to the 2nd pressure stage
12d12d
Gasgemisch b teilentspannt auf die 3. DruckstufeGas mixture b partially expanded to the 3rd pressure stage
12e12e
Gasgemisch b entspannt bei TieftemperaturGas mixture b relaxes at low temperature
12f12f
Gasgemisch b entspannt, feucht bei UmgebungstemperaturGas mixture b relaxed, moist at ambient temperature
1313th
CO2 flüssig bei KondensationsdruckCO 2 liquid at condensation pressure
13a13a
CO2 bei überkritischem Druck und TieftemperaturCO 2 at supercritical pressure and low temperature
13b13b
CO2 bei überkritischem Druck und UmgebungstemperaturCO 2 at supercritical pressure and ambient temperature
14a14a
H2O - Kondensat aus Abgaskühler aH 2 O condensate from exhaust gas cooler a
14b14b
H2O - Kondensat aus Abgaskühler bH 2 O condensate from exhaust gas cooler b
14c14c
H2O - Kondensat aus Abgaskühler cH 2 O condensate from exhaust gas cooler c
1515th
KälteträgerCoolant
1616
Kühlwassercooling water
17a17a
Gasgemisch c im AusgangszustandGas mixture c in the initial state
17b17b
Gasgemisch c gekühltGas mixture c cooled
1818th
Gasgemisch dGas mixture d
1919th
Gasgemisch e druckbehaftetGas mixture pressurized
19a19a
Gasgemisch e entspannt bei TieftemperaturGas mixture e expanded at low temperature
19b19b
Gasgemisch e entspannt und erwärmt Gas mixture e relaxed and heated
22
Komponenten der Anlage Components of the system
2020th
AbgasreinigungsstufeEmission control stage
2121
KühlturmCooling tower
21a21a
Abgaskühler aExhaust gas cooler a
21b21b
Abgaskühler bExhaust gas cooler b
21c21c
Abgaskühler cExhaust gas cooler c
21d21d
Kühlwasserpumpe aCooling water pump a
21e21e
Kühlwasserpumpe bCooling water pump b
21f21f
Kühlwasserpumpe cCooling water pump c
21g21g
KühlwasserkreisCooling water circuit
2222nd
AbgasturboverdichterExhaust gas turbocompressor
22a22a
Abgasturboverdichter 1. StufeExhaust gas turbo compressor 1st stage
22b22b
Abgasturboverdichter 2. StufeExhaust gas turbo compressor 2nd stage
2323
MehrkomponentenwärmetauscherMulti-component heat exchanger
23a23a
selbstreinigende Wärmetauscherkomponenteself-cleaning heat exchanger component
23b23b
Motorklappen wärmeabgebende Seite der selbstreinigenden WärmetauscherkomponenteMotor flaps heat-emitting side of the self-cleaning heat exchanger component
23c23c
Motorklappen wärmeaufnehmende Seite der selbstreinigenden WärmetauscherkomponenteMotor flaps heat-absorbing side of the self-cleaning heat exchanger component
23d23d
Rückschlagklappen wärmeabgebende Seite der selbstreinigenden WärmetauscherkomponenteNon-return flaps heat-emitting side of the self-cleaning heat exchanger component
23e23e
Rückschlagklappen wärmeaufnehmende Seite der selbstreinigenden WärmetauscherkomponenteNon-return flaps heat-absorbing side of the self-cleaning heat exchanger component
23f23f
Wärmetauscherkomponente a für Gasgemisch bHeat exchanger component a for gas mixture b
23g23g
Wärmetauscherkomponente b für hoch verdichtetes CO2 Heat exchanger component b for highly compressed CO 2
24a24a
CO2-KondensatorCO 2 condenser
24b24b
CO2-Kondensator wärmeabgebende SeiteCO 2 condenser heat-emitting side
24c24c
CO2-Kondensator wärmeaufnehmende SeiteCO 2 condenser heat-absorbing side
24d24d
CO2-AbscheiderCO 2 separator
24e24e
CO2-HochdruckpumpeCO 2 high pressure pump
24f24f
Anschlusspunkt aConnection point a
24g24g
Anschlusspunkt bConnection point b
24h24 hours
Wärmetauscherkomponente der Wärme aufnehmenden Seite des CO2-KondensatorsHeat exchanger component on the heat-absorbing side of the CO 2 condenser
25a25a
Adsorber a für CO2 Adsorber a for CO 2
25b25b
Adsorber b für CO2 Adsorber b for CO 2
25c25c
Umschaltventil für Adsorber aSwitching valve for adsorber a
25d25d
Umschaltventil für Adsorber aSwitching valve for adsorber a
25e25e
Umschaltventil für Adsorber bSwitching valve for adsorber b
25f25f
Umschaltventil für Adsorber bSwitching valve for adsorber b
26 a26 a
Ventilatorfan
26b26b
Regelventil aControl valve a
26c26c
RückschlagklappeCheck valve
2727
KältekreisRefrigeration cycle
27a27a
Kälteträger/Gas-WärmetauscherCoolant / gas heat exchanger
27b27b
Kälteträger/Gas-Wärmetauscher Wärme abgebende SeiteCoolant / gas heat exchanger heat-emitting side
27c27c
Kälteträger/Gas-Wärmetauscher Wärme aufnehmende SeiteCoolant / gas heat exchanger heat-absorbing side
27d27d
Regelventil bControl valve b
27e27e
KälteträgerpumpeBrine pump
28a28a
Gasturbine aGas turbine a
28b28b
Gasturbine bGas turbine b
28c28c
mehrstufige Gasturbinemulti-stage gas turbine
2929
Anschluss für Anfahrbetrieb mit externem N2 Connection for start-up operation with external N 2
29a29a
Umschaltventil Anfahr-/RegelbetriebSwitching valve for start-up / control mode
29b29b
Umschaltventil Anfahr-/RegelbetriebSwitching valve for start-up / control mode
33
Energieenergy
3030th
Energie für AbgasverdichterEnergy for exhaust gas compressors
30a30a
Energie für Abgasverdichter Stufe 1Energy for exhaust gas compressor stage 1
30b30b
Energie für Abgasverdichter Stufe 2Energy for exhaust gas compressor stage 2
30c30c
Energie für CO2-HochdruckpumpeEnergy for high pressure CO 2 pump
31a31a
Abgeführte Wärme Abgaskühler aHeat dissipated exhaust gas cooler a
31b31b
Abgeführte Wärme Abgaskühler bHeat dissipated exhaust gas cooler b
31c31c
Abgeführte Wärme Abgaskühler cHeat dissipated exhaust gas cooler c
32a32a
Arbeit der Gasturbine aWork of the gas turbine a
32b32b
Arbeit der Gasturbine bWork of the gas turbine b
32c32c
Arbeit der mehrstufigen GasturbineWork of the multistage gas turbine
44th
RohrverbindungenPipe connections
40a40a
Gasrohr aGas pipe a
40b40b
Gasrohr bGas pipe b
40c40c
Gasrohr cGas pipe c
40d40d
Gasrohr dGas pipe d
40e40e
Gasrohr eGas pipe e
40f40f
Gasrohr fGas pipe f
40h40h
Gasrohr hGas pipe h
40i40i
Gasrohr iGas pipe i
40j40y
Gasrohr jGas pipe j
40k40k
Gasrohr kGas pipe k
41a41a
CO2-Rohr aCO 2 pipe a
41b41b
CO2-Rohr bCO 2 pipe b
41c41c
CO2-Rohr cCO 2 pipe c
42a42a
Stickstoffrohr aNitrogen tube a
42b42b
Stickstoffrohr bNitrogen tube b
42c42c
Stickstoffrohr cNitrogen tube c
42d42d
Stickstoffrohr dNitrogen tube d
42e42e
Stickstoffrohr eNitrogen tube e
42f42f
Stickstoffrohr fNitrogen pipe f
42g42g
Stickstoffrohr gNitrogen tube g
42h42h
Stickstoffrohr hNitrogen tube h
42i42i
Stickstoffrohr iNitrogen tube i
42j42y
Stickstoffrohr jNitrogen tube j
42k42k
Stickstoffrohr kNitrogen tube k
42l42l
Stickstoffrohr INitrogen tube I.
42m42m
Stickstoffrohr mNitrogen pipe m
43a43a
Kühlwasserleitung aCooling water pipe a
43b43b
Kühlwasserleitung bCooling water pipe b
43c43c
Kühlwasserleitung cCooling water pipe c
43d43d
Kühlwasserleitung dCooling water pipe d
43e43e
Kühlwasserleitung eCooling water pipe e
43f43f
Kühlwasserleitung fCooling water pipe f
44a44a
Entwässerungsleitung aDrainage pipe a
44b44b
Entwässerungsleitung bDrainage pipe b
44c44c
Entwässerungsleitung cDrainage pipe c
45a45a
Kälterohrleitung aCold pipe a
45b45b
Kälterohrleitung bCold pipe b
45c45c
Kälterohrleitung cCold pipe c
45d45d
Kälterohrleitung dCold pipe d

Claims (8)

Verfahren zur Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung aus Abgas, das von Partikeln gereinigt ist, mit flüssiger CO2-Entnahme bei Kondensationsdruck, umfassend die Schritte: A. Im Verfahrensschritt A wird das Abgas (10a) gekühlt und der im Abgas enthaltene Wasserdampf (14a) wird kondensiert und abgeschieden, außer eines Restanteils Wasserdampf entsprechend dem Sättigungsdruck des Wasserdampfs im Gasgemisch; B. Das verbleibende Gasgemisch a (11a) wird im Verfahrensschritt B auf den für die Kondensation von CO2 erforderlichen Druck komprimiert und zurückgekühlt; C. Im Verfahrensschritt C wird das Gasgemisch a (11c) im Mehrkomponentenwärmetauscher (23) auf die Kondensationstemperatur von CO2 gekühlt und der Restanteil von Wasserdampf kondensiert bzw. friert in der selbstreinigenden Wärmetauscherkomponente (23a) aus und lagert sich dort ab; D. Im Verfahrensschritt D wird das CO2 (13) im CO2-Kondensator (24a) kondensiert und flüssig aus dem Abgas abgeschieden, wobei das verbleibende Gasgemisch b (12a) noch einen Restanteil CO2 entsprechend dem Sättigungsdruck des CO2 im Gasgemisch enthält; K. Im Verfahrensschritt K wird das Gasgemisch b (12a) durch Adsorption von dem Restanteil CO2 gereinigt; L. Im Verfahrensschritt L wird das Gasgemisch b (12b) Arbeit leistend so weit entspannt wird, dass die Kälte des expandierten Gasgemischs b (12c) für die abzuführende CO2-Verdampfungsenthalpie im CO2-Kondensator (24a,) ausreicht; M. Im Verfahrensschritt M wird durch Nutzung der Expansionskälte des Gasgemischs b der CO2-Anteil im Gasgemisch a (11d) im CO2-Kondensator (24a,) kondensiert N. Nachfolgend wird im Verfahrensschritt N die Kälte des Gasgemisch b (12c) f in der Wärmetauscherkomponente a (23f) für den Kältebedarf im Mehrkomponentenwärmetausche (23) genutzt; O. Im Verfahrensschritt O wird das erwärmte Gasgemisch c (12c) in der Gasturbine b (28b) Arbeit leistend auf Atmosphärendruck entspannt; P. Im Verfahrensschritt P wird das kalte expandierte Gasgemischs b (12g) in der selbstreinigenden Wärmetauscherkomponente (23a) erwärmt, und das erwärmte Gasgemisch b (12f) nimmt dabei das abgelagerte H2O aus Verfahrensschritt C auf und wird nach Austritt aus der selbstreinigenden Wärmtauscherkomponente (23a) in die Atmosphäre abgeleitet.Process for turbo exhaust gas CO 2 separation from exhaust gas that has been cleaned of particles, with liquid CO 2 removal at condensation pressure, comprising the steps: A. In process step A, the exhaust gas (10a) is cooled and the water vapor contained in the exhaust gas (14a) is condensed and separated, except for a residual proportion of water vapor corresponding to the saturation pressure of the water vapor in the gas mixture; B. The remaining gas mixture a (11a) is compressed in process step B to the pressure required for the condensation of CO 2 and cooled back; C. In process step C, the gas mixture a (11c) is cooled in the multicomponent heat exchanger (23) to the condensation temperature of CO 2 and the remaining portion of water vapor condenses or freezes in the self-cleaning heat exchanger component (23a) and is deposited there; D. In process step D, the CO 2 (13) is condensed in the CO 2 condenser (24a) and separated in liquid form from the exhaust gas, the remaining gas mixture b (12a) still containing a residual proportion of CO 2 corresponding to the saturation pressure of the CO 2 in the gas mixture ; K. In process step K, the gas mixture b (12a) is purified from the remaining portion of CO 2 by adsorption; L. In process step L, the gas mixture b (12b) is expanded while performing work so that the coldness of the expanded gas mixture b (12c ) is sufficient for the CO 2 evaporation enthalpy to be removed in the CO 2 condenser (24a,); M. In process step M, the CO 2 fraction in gas mixture a (11d ) is condensed in the CO 2 condenser (24a,) by using the expansion cold of gas mixture b. Subsequently, in process step N, the coldness of gas mixture b (12c) f used in the heat exchanger component a (23f) for the cooling requirement in the multi-component heat exchanger (23); O. In process step O, the heated gas mixture c (12c) is expanded to atmospheric pressure while doing work in the gas turbine b (28b); P. In process step P, the cold expanded gas mixture b (12g) is heated in the self-cleaning heat exchanger component (23a), and the heated gas mixture b (12f) absorbs the deposited H 2 O from process step C and, after exiting from the self-cleaning heat exchanger component (23a) discharged into the atmosphere. Verfahren zur Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung aus Abgas nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass folgende Verfahrensschritte zusätzlich vorgesehen sind: F. Im Verfahrensschritt F wird das im Verfahrensschritt D abgeschiedene CO2 (13) entnommen und in die CO2-Hochdruckpumpe (24e) geleitet, anschließend wird das flüssige CO2 (13) mit der CO2-Hochdruckpumpe (24e) auf den für die unterirdische Lagerung erforderlichen Druck verdichtet und G. Im Verfahrensschritt G wird das hoch verdichtete CO2 (13a) in der Wärmetauscherkomponente b (23g) erwärmt.Process for turbo exhaust gas CO 2 separation from exhaust gas according to Claim 1 characterized in that the following process steps are additionally provided: F. In process step F, the CO 2 (13) separated in process step D is removed and fed into the CO 2 high-pressure pump (24e), then the liquid CO 2 (13) is transferred to the CO 2 high-pressure pump (24e) is compressed to the pressure required for underground storage and G. In process step G, the highly compressed CO 2 (13a) is heated in heat exchanger component b (23g). Vorrichtung zur Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung von flüssigen CO2 bei Kondensationsdruck aus von Partikeln gereinigtem Abgas, welche folgende Komponenten aufweist: A. in Fließrichtung des der Vorrichtung zugeführten Abgases zur CO2-Abscheidung die Bestandteile: • ein Abgaskühler a (21a); • ein einstufiger oder mehrstufiger Abgasverdichter (21, 22, 22a); • ein Abgaskühler b (21b); • eine selbstreinigende Wärmetauschereinheit (23a) angeschlossen über die Motorklappen der wärmeabgebenden Seite (23b); • ein CO2-Kondensator (24a) angeschlossen auf der wärmeabgebenden Seite (24b) und • ein CO2-Abscheider (24d); wobei die einzelnen Bestandteile in der genannten Reihenfolge durch Rohrleitungen fluidtechnisch miteinander verbunden sind; B. In Fließrichtung des im CO2-Abscheider (24d) abgetrennten CO2 ein Anschlusspunkt a (24f) für die nachgelagerte Nutzung des abgeschiedenen CO2; C. In Fließrichtung des im CO2-Abscheider (24d) abgetrennten Gasgemischs b (12a) die Bestandteile: • ein CO2-Adsorber (25a, 25b); • eine einstufige oder mehrstufige Entspannungsturbine (28a, 28c); • der CO2-Kondensator (24a) angeschlossen auf der wärmeaufnehmenden Seite (24c); • die Wärmetauscherkomponente a (23f) • eine Entspannungsturbine b (28b); • die selbstreinigende Wärmetauscherkomponente (23a) angeschlossen über die Motorklappen der wärmeaufnehmenden Seite (23c) und • eine Austrittsöffnung für das feuchte Gasgemisch b (12f) in die Atmosphäre; wobei die einzelnen Bestandteile in der genannten Reihenfolge durch Rohrleitungen fluidtechnisch miteinander verbunden sind.Device for turbo exhaust gas CO 2 separation of liquid CO 2 at condensation pressure from exhaust gas cleaned of particles, which has the following components: A. in the flow direction of the exhaust gas supplied to the device for CO 2 separation the components: • an exhaust gas cooler a (21a ); • a single-stage or multi-stage exhaust gas compressor (21, 22, 22a); • an exhaust gas cooler b (21b); • a self-cleaning heat exchanger unit (23a) connected via the motor flaps on the heat-emitting side (23b); • a CO 2 condenser (24a) connected to the heat-emitting side (24b) and • a CO 2 separator (24d); wherein the individual components are fluidly connected to one another in the order mentioned by pipelines; B. In the direction of flow in the CO 2 separator (24d) separated CO 2, a connection point of a (24f) for the downstream use of the separated CO 2; C. In the direction of flow of the gas mixture b (12a) separated in the CO 2 separator (24d), the components: • a CO 2 adsorber (25a, 25b); • a single-stage or multi-stage expansion turbine (28a, 28c); • the CO 2 condenser (24a) connected on the heat-absorbing side (24c); • the heat exchanger component a (23f) • an expansion turbine b (28b); • the self-cleaning heat exchanger component (23a) connected via the motor flaps on the heat-absorbing side (23c) and • an outlet opening for the moist gas mixture b (12f) into the atmosphere; wherein the individual components are fluidly connected to one another in the order mentioned by pipelines. Vorrichtung zur Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung nach Anspruch 3 welche folgende Komponenten zusätzlich aufweist: D. In Fließrichtung des aus im CO2-Abscheider abgetrennten CO2 die Bestandteile: • Eine CO2-Hochdruckpumpe (24e) • eine Wärmetauscherkomponente (23g) für hoch verdichtete CO2 (13a) • Einen Anschlusspunkt b (24b) für die Weiterleitung des hoch verdichteten CO2 in eine nachgelagerte CO2-Einlagerung bzw. CO2-Nutzung; wobei die einzelnen Bestandteile in der genannten Reihenfolge durch Rohrleitungen fluidtechnisch miteinander verbunden sind.Device for turbo exhaust gas CO 2 separation according to Claim 3 which has the following components in addition: D. In the direction of flow of the separated from the CO 2 separator CO 2 the constituents: • A CO 2 -Hochdruckpumpe (24e) • a heat exchanger component (23g) for highly compressed CO 2 (13) • a connection point b (24b) for forwarding the highly compressed CO 2 to a downstream CO 2 storage or CO 2 utilization; wherein the individual components are fluidly connected to one another in the order mentioned by pipelines. Vorrichtung zur Kondensation von CO2 in Gasgemischen mit einem Druck zwischen 6 und 15 bar, welche folgende Komponenten aufweist: A. in Fließrichtung des der Vorrichtung zuzuführenden Gasgemischs (19) die Bestandteile: 1. ein CO2-Kondensator (24a) mit der wärmeabgebenden Seite (24b) und 2. ein CO2-Abscheider (24d); wobei die einzelnen Bestandteile in der genannten Reihenfolge durch Rohrleitungen fluidtechnisch miteinander verbunden sind; B. In Fließrichtung des für die Kühlung genutzten druckbehafteten Gasgemischs e (19) die Bestandteile 3. eine einstufige oder mehrstufige Entspannungsturbine (28a, 28c) 4. ein CO2-Kondensator (24a) mit der wärmeaufnehmenden Seite (24 c); wobei die einzelnen Bestandteile in der genannten Reihenfolge durch Rohrleitungen fluidtechnisch miteinander verbunden sind.Device for the condensation of CO 2 in gas mixtures with a pressure between 6 and 15 bar, which has the following components: A. in the direction of flow of the gas mixture to be fed to the device (19) the components: 1. a CO 2 condenser (24a) with the heat-emitting Side (24b) and 2. a CO 2 separator (24d); wherein the individual components are fluidly connected to one another in the order mentioned by pipelines; B. In the direction of flow of the pressurized gas mixture e (19) used for cooling, the components 3. a single-stage or multi-stage expansion turbine (28a, 28c) 4. a CO 2 condenser (24a) with the heat-absorbing side (24c); wherein the individual components are fluidly connected to one another in the order mentioned by pipelines. Vorrichtung zur Kondensation von CO2 in Gasgemischen nach Anspruch 5, wobei eine mehrstufige Entspannungsturbine (23C) vorgesehen ist, bei der die Wärme aufnehmende Seite des CO2-Kondensators (24c) auf mehrere fluidtechnisch getrennte Wärmetauscherkomponenten (24h) aufgeteilt ist und jede dieser Wärmetauscherkomponenten (24h) fluidtechnisch mit je einer Stufe der mehrstufigen Entspannungsturbine (23c) verbunden ist.Device for the condensation of CO 2 in gas mixtures according to Claim 5 , wherein a multi-stage expansion turbine (23C) is provided in which the heat-absorbing side of the CO 2 condenser (24c) is divided into several fluidically separate heat exchanger components (24h) and each of these heat exchanger components (24h) fluidly with one stage of the multi-stage expansion turbine (23c) is connected. Vorrichtung zur Kondensation von CO2 in Gasgemischen nach Anspruch 5, welche folgende Komponenten zusätzlich aufweist: C. In Fließrichtung des für die Kühlung genutzten druckbehafteten Gasgemischs e (19) zwischen der Entspannungsturbine a (28a) und dem CO2-Kondensator (24a) die Bestandteile: 5. ein Regelventil (26b) zur Konditionierung der Temperatur des Gasgemischs e (19); 6. ein geregelter Verdichter (26a) zur Konditionierung der Durchflussmenge des Gasgemischs e (19); wobei die einzelnen Bestandteile in der genannten Reihenfolge durch Rohrleitungen fluidtechnisch miteinander verbunden sind.Device for the condensation of CO 2 in gas mixtures according to Claim 5 , which additionally has the following components: C. In the flow direction of the pressurized gas mixture e (19) used for cooling between the expansion turbine a (28a) and the CO 2 condenser (24a) the components: 5. a control valve (26b) for conditioning the temperature of the gas mixture e (19); 6. a regulated compressor (26a) for conditioning the flow rate of the gas mixture e (19); wherein the individual components are fluidly connected to one another in the order mentioned by pipelines. Vorrichtung zur Kondensation von CO2 in Gasgemischen nach Anspruch 5, welche folgende Komponenten zusätzlich aufweist: D. In Fließrichtung des für die Kühlung genutzten druckbehafteten Gasgemischs e (19) zwischen der Entspannungsturbine a (28a) und dem CO2-Kondensator (24a) des Kältekreises (27) mit den Bestandteilen: 7. ein Kälteträger/Gaswärmetauscher (27a) mit der Wärme abgebenden Seite (27c); 8. ein Regelventil (27d) zur Konditionierung der Temperatur des Kälteträgers (15); 9. eine geregelte Pumpe (27e) zur Konditionierung der Durchflussmenge des Kälteträgers (15); wobei die einzelnen Bestandteile des Kältekreises in der genannten Reihenfolge durch Rohrleitungen fluidtechnisch miteinander verbunden sind.Device for the condensation of CO 2 in gas mixtures according to Claim 5 , which additionally has the following components: D. In the direction of flow of the pressurized gas mixture e (19) used for cooling between the expansion turbine a (28a) and the CO 2 condenser (24a) of the refrigeration circuit (27) with the components: 7. a Coolant / gas heat exchanger (27a) with the heat-emitting side (27c); 8. a control valve (27d) for conditioning the temperature of the refrigerant (15); 9. a regulated pump (27e) for conditioning the flow rate of the refrigerant (15); wherein the individual components of the refrigeration circuit are fluidly connected to one another in the order mentioned by pipelines.
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WO2012174418A1 (en) * 2011-06-15 2012-12-20 L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Process for removing carbon dioxide from a gas stream using desublimation

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