WO2008110609A2 - Method for treating flue gas in power stations and other plants - Google Patents

Abstract

Method and plant (30) for binding gaseous CO2, using a concentrated salt brine, converted by electrolysis into caustic soda (31). The CO2 for binding is then introduced into the caustic soda (31). Sodium bicarbonate and/or sodium carbonate is produced. In further pre- or post-treatments, further components of the flue gas can be eliminated or significantly reduced.

Description

Silicon Fire AG und Albert-Ludwigs-Universität Freiburg Silicon Fire AG and Albert-Ludwigs-University Freiburg

S43-0012P-WO PCTS43-0012P-WO PCT

Verfahren zum Behandeln von Rauchgas bei Kraftwerken und anderen AnlagenProcess for treating flue gas in power plants and other installations

Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Prioritäten derThe present application claims the priorities of

- Patentanmeldung EP 07 104 246.9, die am 15. März 2007 beim EPA eingereicht wurde und der- Patent application EP 07 104 246.9, filed on 15 March 2007 with the EPO and the

- Patentanmeldung EP 07 113 903.4, die am 7. August 2007 beim EPA eingereicht wurde und der - Patentanmeldung PCT/EP2008/051097, die am 1. Februar 2008 beim EPA eingereicht wurde.Patent Application EP 07 113 903.4, filed with the EPO on 7 August 2007 and Patent Application PCT / EP2008 / 051097, filed on 1 February 2008 with the EPO.

Die vorliegende Anmeldung betrifft die Rauchgasreinigung bei Kraftwerken und anderen Anlagen. Insbesondere geht es in einem Teilprozess um das Binden von gasförmigem CO₂.The present application relates to the flue gas cleaning of power plants and other facilities. In particular, one sub-process involves the binding of gaseous CO ₂ .

Kohlenstoffdioxid (meist Kohlendioxid genannt) ist eine chemische Verbindung aus Kohlenstoff und Sauerstoff. Kohlendioxid ist ein färb- und geruchloses Gas. Es ist mit einer geringen Konzentration ein natürlicher Bestandteil der Luft und entsteht in Lebewesen bei der Zellatmung, aber auch bei der Verbrennung von kohlenstoffhaltigen Substanzen unter ausreichendem Sauerstoff. Seit Beginn der Industrialisierung steigt der CO₂-Anteil in der Atmosphäre deutlich an. Hauptursache hierfür sind die vom Menschen verursachten - die sogenannten anthropogenen - C0₂-Emissionen. Das Kohlendioxid in der Atmosphäre absorbiert einen Teil der Wärmestrahlung. Diese Eigenschaft macht Kohlendioxid zu einem so genannten Treibhausgas und ist einer der Mitverursacher des Treibhauseffekts.Carbon dioxide (usually called carbon dioxide) is a chemical compound of carbon and oxygen. Carbon dioxide is a colorless and odorless gas. It is a natural constituent of the air at a low concentration and is produced in living beings during cellular respiration, but also in the combustion of carbonaceous substances under sufficient oxygen. Since the beginning of industrialization, the CO ₂ share in the atmosphere has increased significantly. The main reason for this is man-made - the so-called anthropogenic - C0 ₂ emissions. The carbon dioxide in the atmosphere absorbs part of the heat radiation. This property makes carbon dioxide a so-called greenhouse gas and is one of the contributors to the greenhouse effect.

Aus diesen und auch aus anderen Gründen wird zur Zeit in verschiedenste Richtungen geforscht und entwickelt, um einen Weg zu finden, um die anthropogenen C0₂-Emissionen zu reduzieren. Besonders im Zusammenhang mit der Energieerzeugung, die häufig durch das Verbrennen fossiler Energieträger, wie Kohle oder Gas, erfolgt, aber auch bei anderen Verbrennungsprozessen, zum Beispiel bei der Müllverbrennung, besteht ein großer Bedarf zur CO₂ Reduktion. Es werden pro Jahr Milliarden von Millionen Tonnen CO₂ durch solche Prozesse in die Atmosphäre abgegeben.For these and other reasons, research is currently being conducted in a variety of directions to find a way to reduce anthropogenic CO ₂ emissions. Particularly in the context of energy production, which is often due to the burning of fossil fuels, such as coal or gas, but also in other combustion processes, for example in waste incineration, there is a great need for CO ₂ reduction. Billions of millions of tons of CO ₂ are released into the atmosphere through such processes every year.

Es gibt bereits erste Ansätze, die im Rahmen von Forschungsprojekten verfolgt werden, um CO₂ aus einem Abgasstrom abzutrennen. Im Folgenden sind entsprechende Projekte und Publikationen als Beispiele genannt:There are already first approaches that are being pursued in the context of research projects in order to separate CO ₂ from an exhaust gas stream. In the following, corresponding projects and publications are mentioned as examples:

Carbon Sequestration from Flue gas (USA) :Carbon Sequestration from Flue gas (USA):

Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung eines einfachen und kostengünstigen Verfahrens zur Abtrennung von CO₂ als nahezu reinen Strom aus dem Abgas eines Kraftwerkes mit Hilfe eines Natrium-basierten, festen Sorptionsmittels.The aim of this project is the development of a simple and cost-effective process for the separation of CO ₂ as almost pure electricity from the exhaust gas of a power plant using a sodium-based, solid sorbent.

Development of Superior Sorbents (USA) :Development of Superior Sorbents (USA):

Im Rahmen dieses Projektes sollen verbesserte Absorptionsmittel zur Abscheidung von CO₂ aus Rauchgasen entwickelt werden. Eingesetzt werden sollen Sorptionsmittel mit Cs (Cäsium) und CaO (Kalziumoxid).Within the framework of this project, improved absorbents for the separation of CO ₂ from flue gases will be developed. To be used are sorbents with Cs (cesium) and CaO (calcium oxide).

Mineral CO₂ Sequestration :Mineral CO ₂ Sequestration:

Gemäss einem entsprechenden Report (siehe United States National Energy Technology Laboratory 2001 (NETL 2001) Proceedings of Workshop NETL Mineral CO₂ Sequestration), kann das CO₂ eines Kraftwerks in einer Mineralkarbonisierungsanlage umgesetzt werden in MgCO₃. Neben dem CO₂ werden große Mengen Serpentine und/oder Olivinite eingesetzt, die im Tagebau abgebaut werden. Diese Mineralien müssen teuer abgebaut und vorbehandelt werden, bevor sie zum Einsatz kommen können. Ein weiteres Problem baut sich derzeit durch die Zunahme von Meerwasserentsalzungsanlagen auf. Die bisher betriebene Form der Meerwasserentsalzung führt zu einer verstärkten Belastung der Meere mit Salzfrachten, die bei der Gewinnung von Trinkwasser wieder ins Meer zurück fließen. Zusammen mit der globalen Klimaerwärmung und der Zunahme der Verdunstung, wird sich der Salzgehalt beispielsweise des Persischen Golfs mittelfristig erhöhen und damit den Betrieb der Anlagen zur Meerwasserentsalzung teurer machen. Außerdem werden die empfindlichen biologischen Lebensräume gestört, wenn sich die Salzkonzentration ändert.According to a report (see United States National Energy Technology Laboratory 2001 (NETL 2001) Proceedings of Workshop on NETL Mineral CO ₂ Sequestration), the CO _{2 of} a power plant in a mineral carbonation plant can be converted into MgCO ₃ . In addition to the CO ₂ , large amounts of Serpentine and / or Olivinite are used, which are mined in open-pit mining. These minerals must be mined and pretreated before they can be used. Another problem is currently due to the increase in seawater desalination plants. The previously used form of desalination of seawater leads to increased pollution of the oceans with salt loads, which flow back into the sea when drinking water is produced. Along with global warming and increased evaporation, the salt content of, for example, the Persian Gulf will increase in the medium term, making the operation of seawater desalination plants more expensive. In addition, the sensitive biological habitats are disturbed when the salt concentration changes.

Entsalzungsanlagen mit Anlagen zur Salzproduktion zu kombinieren, um keinerlei Salzkonzentrat in das Meer zurückpumpen zu müssen, wird hier immer mehr als Lösung angesehen. Aber dieser Weg scheint nicht wirtschaftlich zu sein, da der Transportaufwand groß ist, um die so gewonnenen Salze geografisch gesehen an den richtigen Ort zu transportieren.Combining desalination plants with salt production plants, in order to avoid pumping any salt concentrate back into the sea, is increasingly regarded as a solution. But this route does not seem to be economical, since the transport costs are great in order to transport the salts thus obtained geographically to the right place.

Ein weiterer Nachteil ist, dass Energie der größte Kostenfaktor bei der Gewinnung von Trinkwasser aus salzigem Meerwasser ist. Koppelt man die Anlage zur Energiegewinnung an ein herkömmliches Kraftwerk, so kann die erforderliche Energie durch das Kraftwerk geliefert werden. Leider entstehen im Kraftwerk aber umweltschädliche Stoffe, wie zum Beispiel CO₂, die mit dem Rauchgas in die Luft gelangen.Another disadvantage is that energy is the biggest cost factor in extracting drinking water from salty seawater. If the plant is connected to a conventional power plant for energy production, the required energy can be supplied by the power plant. Unfortunately, the power plant produces environmentally harmful substances, such as CO ₂ , which enter the air with the flue gas.

Neben dem bereits genannten CO₂, enthalten die Rauchgase von Kraftwerken und anderen (Industrie-)Anlagen, sowie Heizungen oder Verbrennungsanlagen häufig auch beträchtliche Mengen an Schwefel oder Schwefelverbindungen, Stickstoff oder Stickstoffverbindungen (z.B. NOx), und unter Umständen auch Kohlenwasserstoffe, die zum Beispiel gesundheitsschädigend sein können. Es können auch andere (Schad-)Stoffe in den Rauchgasen vorhanden sein.In addition to the already mentioned CO ₂ , the flue gases from power plants and other (industrial) plants, as well as heaters or incinerators often also contain considerable amounts of sulfur or sulfur compounds, nitrogen or nitrogen compounds (eg NOx), and possibly also hydrocarbons, for example can be harmful to your health. There may also be other (harmful) substances in the flue gases.

Unter den Emissionsquellen nehmen Anlagen zur Strom- und Wärmerzeugung (z.B. Kraftwerke) weltweit die wichtigste Rolle ein. Aus diesem Grunde ist es notwendig, Technologien zur Strom- und Wärmeerzeugung bereit zustellen, die frei oder zumindest weitgehend frei von schädlichen Emissionen sind. Darüber hinaus müssen die neu zu entwickelnden Technologien heute und zukünftig gültige Anforderungen an die Umweltverträglichkeit, Nachhaltigkeit und Versorgungssicherheit erfüllen. Des Weiteren sollen die Technologien möglichst kostengünstig sein, um Strom- und Wärme im Rahmen der gegebenen Anforderungen möglichst wirtschaftlich bereitzustellen.Among the sources of emissions, plants for power and heat generation (eg power plants) play the most important role worldwide. For this reason, it is necessary to provide technologies for electricity and heat generation that are free or at least largely free of harmful emissions. In addition, the new technologies to be developed must fulfill today's and tomorrow's requirements for environmental compatibility, sustainability and security of supply. Furthermore, the technologies should be as cost-effective as possible to provide electricity and heat as economically as possible within the given requirements.

Im Folgenden wird das über 100 Jahre alte, so genannte Ammoniak-Soda- Verfahren (Solvay-Verfahren) erläutert, da dieses Verfahren gegenwärtig als nächstliegender Stand der Technik für die vorliegende Erfindung angesehen wird, obwohl die Aufgabenstellung der Erfindung eine andere ist, wie später erläutert wird. Bei dem Solvay-Verfahren geht man aus von den Rohstoffen Natriumchlorid (NaCI) und Kalk (CaCO₃). Als Hilfsstoff wird lediglich Ammoniak (NH₃) benötigt. Das Solvay-Verfahren verläuft über folgende Teilreaktionen (1) bis (4) :In the following, the more than 100-year-old so-called ammonia-soda method (Solvay method) will be explained, since this method is currently considered to be the closest prior art for the present invention, although the object of the invention is different, as later is explained. The Solvay process starts from the raw materials sodium chloride (NaCl) and lime (CaCO ₃ ). As excipient only ammonia (NH ₃ ) is needed. The Solvay process proceeds via the following partial reactions (1) to (4):

CaCO₃ CaO+ CO₂ (1)CaCO ₃ CaO + CO ₂ (1)

2 NaCI + 2 CO₂ +2 NaCl + 2 CO ₂ +

2 NH₃ + 2 H₂O 2 NaHCO₃ + 2 NH₄CI (2)2 NH ₃ + 2 H ₂ O 2 NaHCO ₃ + 2 NH ₄ Cl (2)

2 NaHCO₃ Na₂CO₃ + H₂O + CO₂ (3)2 NaHCO ₃ Na ₂ CO ₃ + H ₂ O + CO ₂ (3)

CaO + 2 NH₄CI 2 NH₃ + CaCI₂ + H₂O (4)CaO + 2NH ₄ Cl 2 NH ₃ + CaCl ₂ + H ₂ O (4)

CaCO₃ + 2 NaCI CaCI₂ + Na₂CO 3 (5)CaCO ₃ + 2 NaCl CaCl ₂ + Na ₂ CO 3 (5)

In Gleichung (5) ist die Gesamtreaktion zusammen gefasst. Beim Solvay-Verfahren geht es um die industrielle Herstellung von Soda. Es muss das für die Soda verbrauchte Kohlendioxid stets ersetzt werden. Zu diesem Zweck erhitzt man in Öfen Kalkstein (CaCO₃), der sich ab 900⁰C zu Kalziumoxid (CaO) zersetzt. Bei diesem Prozess, der auch als Brennen von Kalk bezeichnet wird (siehe Gleichung (6)), wird CO₂ frei, das wiederum bei der Herstellung von Soda verbraucht wird. Dieser Vorgang braucht sehr viel Energie, ist aber, was die CO₂ Bilanz anbelangt neutral, wenn man in dieser vereinfachten Betrachtungsweise das Verbrennen fossiler Brennstoffe unberücksichtig lässt, die notwendig ist, um die Teilreaktionen (1) durchzuführen.In equation (5) the overall reaction is summarized. The Solvay process is about the industrial production of soda. The carbon dioxide used for the soda must always be replaced. To this end, heated in ovens limestone (CaCO ₃₎ which decomposes above 900 ⁰ C for calcium oxide (CaO). In this process, which is also referred to as calcination of lime (see equation (6)), CO ₂ is released, which in turn is consumed in the production of soda. This process requires a great deal of energy but, in terms of the CO ₂ balance, is neutral if, in this simplified approach, one ignores the burning of fossil fuels necessary to carry out the partial reactions (1).

178,44 kJ + CaCO₃ -» CaO + CO₂ (6)178.44 kJ + CaCO ₃ - »CaO + CO ₂ (6)

Eine Übersicht des Verfahrensablaufs ist in Fig. 3 dargestellt Es wird neben der Energiebilanz als ein Nachteil des Solvay-Verfahrens angesehen, dass CO₂ aus Kalk freigesetzt wird, das bisher im Kalk fest gebunden war. Dieses CO₂, auch wenn es dann in Form von Soda (Na₂CO₃) gebunden vorliegt, gelangt z.B. bei der Glasproduktion dann in die Atmosphäre, falls das Soda an die Glasindustrie geliefert wird.An overview of the method sequence is shown in FIG. 3 In addition to the energy balance, it is considered a disadvantage of the Solvay process that CO _{2 is} liberated from lime, which was previously bound in lime. This CO ₂ , even if it is then bound in the form of soda (Na ₂ CO ₃ ), then enters the atmosphere in glass production, for example, if the soda is supplied to the glass industry.

Soda (Na₂CO₃) wird neben der Glasherstellung (mit Siliziumdioxid) auch in vielen anderen Bereichen verwendet und ist ein bedeutender Grundstoff. Für die Herstellung von Waschmitteln, Seifen und Nahrungsmitteln wird es ebenso verwendet wie für die Färberei und Bleicherei. Man findet Soda aber auch bei Farben, in Katalysatoren, Schädlingsbekämpfungs- und Düngemitteln, in Zellulose oder anderen Stoffen und zur Reduktion von Aluminiumoxid und Siliziumdioxid.Soda (Na ₂ CO ₃ ) is used in many other areas besides glass production (with silicon dioxide) and is an important raw material. It is used for the production of detergents, soaps and food as well as for dyeing and bleaching. However, soda is also found in paints, catalysts, pesticides and fertilizers, in cellulose or other substances, and in the reduction of alumina and silica.

Es stellt sich nun die Aufgabe ein Verfahren bereit zu stellen, das in der Lage ist größere Mengen CO₂ direkt oder indirekt zu binden. Außerdem soll sich das Verfahren zum Einsatz in großtechnischen Anlagen, wie zum Beispiel Kraftwerken, eignen.It is now the task to provide a method that is able to bind larger amounts of CO ₂ directly or indirectly. In addition, the method should be suitable for use in large-scale installations, such as power plants.

Ein entsprechendes erstes Verfahren des Anmelders ist in den eingangs genannten Prioritätsanmeldungen beschrieben. Eine entsprechende schematische Abbildung des Grundprinzips ist in Fig. 4 gezeigt. Es wird eine Ammoniak- Salzsole eingesetzt in die CO₂ eingeleitet wird. Dabei entsteht Natriumhydrogencarbonat (NaHCO₃) das z.B. in Natriumcarbonat (Na₂CO₃) umgesetzt werden kann. Zusätzlich wird Ammoniumchlorid (NH₄CI) frei.A corresponding first method of the applicant is described in the priority applications mentioned above. A corresponding schematic illustration of the basic principle is shown in FIG. 4. An ammonia brine is introduced into which CO _{2 is} introduced. This produces sodium bicarbonate (NaHCO ₃ ), which can be reacted, for example, in sodium carbonate (Na ₂ CO ₃ ). In addition, ammonium chloride (NH ₄ Cl) is released.

Je nach technischem Einsatzgebiet und abhängig von den konkreten Umgebungsbedingungen, kann dieses erste Verfahren unter Umständen gewisse Nachteile aufweisen. Ein wichtiger Punkt ist das Ammoniak-Recycling. Das Ammoniak-Recycling erfolgt am besten unter Einsatz einer Base. Die günstigste verfügbare Base ist Kalk (CaO), wodurch der Prozess komplexer und teurer würde. Außerdem wird Kalk durch das Brennen von Kalziumcarbonat (CaCO₃) gewonnen und kann nur genauso viel CO₂ fixieren, wie zuvor aus diesem Gestein freigesetzt wurde. Alle Verfahren zur Basenherstellung sind mit einem CO₂- Ausstoß verbunden und/oder zeigen einen hohen Energieverbrauch. Natürlich vorkommende, abbaubare Basen gibt es nicht.Depending on the technical field of application and depending on the specific environmental conditions, this first method may possibly have certain disadvantages. An important point is ammonia recycling. Ammonia recycling is best done using a base. The cheapest available base is lime (CaO), which makes the process more complex and expensive. In addition, lime is extracted by the burning of calcium carbonate (CaCO ₃ ) and can fix only as much CO ₂ as previously released from this rock. All procedures for base preparation are with a CO ₂ - Output connected and / or show high energy consumption. Naturally occurring, degradable bases do not exist.

Vorzugsweise sollen die Verfahren und entsprechenden Vorrichtungen so angelegt werden, dass sie eine breite Akzeptanz finden, indem Stoffe zum Einsatz gelangen, die möglichst rezykliert werden können, oder die in verschiedenen Stufen der Teilprozesse des Verfahrens einsetzbar sind und die einen kommerziellen Wert haben. Dadurch soll eine technische Umsetzung auf breiter Basis ermöglicht werden.Preferably, the methods and corresponding devices are to be designed to find wide acceptance by using materials that can be recycled as much as possible, or that can be used in various stages of the process sub-processes and that have a commercial value. This should enable a technical implementation on a broad basis.

Gemäß Erfindung wird das bei der Nutzung fossiler Brennstoffe freigesetzte CO₂ zurückhalten (vorzugsweise in einem Feststoff), respektive gebunden und in einem anderen Medium als der Atmosphäre langfristig gespeichert. Es wurde ein erfindungsgemäßes Verfahren entwickelt, das durch den bewusst geplanten Einsatz von Rohstoffen und durch das Bereitstellen weiterverwertbare Produkte besonders wirtschaftlich ist.According to the invention, the CO ₂ released by the use of fossil fuels is retained (preferably in a solid), respectively bound, and stored long-term in a medium other than the atmosphere. A method according to the invention has been developed which is particularly economical due to the consciously planned use of raw materials and the provision of reusable products.

In besonders vorteilhaften Ausführungsformen werden auch die anderen (Schad-)Stoffe, die im Rauchgas enthalten sind gebunden.In particularly advantageous embodiments, the other (harmful) substances that are contained in the flue gas are bound.

In den Zeichnungen sind verschiedene Aspekte der Erfindung schematisch dargestellt, wobei die Zeichnungen zeigen :In the drawings, various aspects of the invention are shown schematically, wherein the drawings show:

Fig. 1 : ein Schema einer Rauchgasreinigungsanlage gemäss Erfindung; Fig. 2: ein Schema einer konventionellen Meerwasserentsalzungsanlage, die im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann;Fig. 1: a diagram of a flue gas cleaning system according to the invention; Fig. 2 is a schematic of a conventional seawater desalination plant which can be used in the context of the present invention;

Fig. 3: zeigt schematisch das bekannte Solvay-Verfahren; Fig. 4: zeigt schematisch ein erstes Verfahren in einer ersten Ausführungsform (dieses Verfahren wird hier auch als modifiziertesFig. 3: shows schematically the known Solvay method; FIG. 4: shows schematically a first method in a first embodiment (this method is also described here as a modified version)

Solvay-Verfahren bezeichnet), das in den erwähntenSolvay method), in the mentioned

Prioritätsanmeldungen beschrieben ist; Fig. 5: zeigt schematisch das erfindungsgemäße Verfahren; Fig. 6A: zeigt schematisch eine Teilvorrichtung, die im erfindungsgemäßenPriority applications is described; Fig. 5: shows schematically the method according to the invention; Fig. 6A: shows schematically a sub-device, in the inventive

Verfahren eingesetzt werden kann; Fig. 6B: zeigt schematisch eine weitere Teilvorrichtung, die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden kann; Fig. 6C: zeigt schematisch eine weitere Teilvorrichtung, die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden kann; Fig. 7: zeigt schematisch zwei weitere Teilvorrichtungen, die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden können;Method can be used; Fig. 6B shows schematically a further part device which can be used in the method according to the invention; Fig. 6C shows schematically a further part device which can be used in the method according to the invention; Fig. 7 shows schematically two further sub-devices which can be used in the method according to the invention;

Fig. 8: zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Gegenstromreaktor, der eingesetzt werden kann, um CO₂ mit einer Lauge reagieren zu lassen;Fig. 8: shows schematically a countercurrent reactor according to the invention, which can be used to react CO ₂ with a liquor;

Fig. 9: zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Batchreaktor, der eingesetzt werden kann, um CO₂ mit einer Lauge reagieren zu lassen; Fig. 10: zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Double-Batchreaktor, der eingesetzt werden kann, um CO₂ mit einer Lauge reagieren zu lassen;Fig. 9: shows schematically a batch reactor according to the invention which can be used to react CO ₂ with a caustic solution; 10 shows schematically a double-batch reactor according to the invention which can be used to react CO ₂ with a caustic solution;

Fig. 11 : zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Multiple-Batchreaktor, der eingesetzt werden kann, um CO₂ mit einer Lauge reagieren zu lassen;Fig. 11: shows schematically a multiple-batch reactor according to the invention which can be used to react CO ₂ with a caustic solution;

Fig. 12: zeigt in einem schematischen Flussdiagramm Aspekte eines besonders bevorzugten Verfahrens, gemäß Erfindung.12 shows in a schematic flow chart aspects of a particularly preferred method according to the invention.

Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf einem neuartigen Konzept, welches unter Verwendung vorhandener Ausgangsstoffe das CO₂ in einem Alkalihydrogencarbonat bindet. Besonders zum Binden, Speichern oder Lagern von CO₂ hat sich Natriumhydrogencarbonat (NaHCO₃; wird auch alsThe process according to the invention is based on a novel concept which binds the CO ₂ in an alkali metal hydrogencarbonate using existing starting materials. Especially for binding, storing or storing CO ₂ , sodium bicarbonate (NaHCO ₃ , also known as

Natriumbicarbonat bezeichnet) oder Soda (Na₂COs; Natriumcarbonat) bewährt. Es wird gemäß Erfindung quasi das gasförmige CO₂ umgesetzt in einen Feststoff, respektive in ein Pulver. Einerseits ist damit eine drastische Volumenreduktion zu erreichen, da der Feststoff pro Volumeneinheit deutlich mehr CO₂ enthält als das CO₂-GaS oder das CO₂ enthaltende Rauchgas. Hier gilt, dass freies, gasförmiges CO₂ etwa 1000 mal soviel Raum einnimmt wie die gleiche Menge im festen Zustand (z.B. als Na₂CO₃ gebunden). Andererseits lässt sich das Alkalihydrogencarbonat, oder das daraus gewonnene Alkalicarbonat problemlos in anderen Prozessen weiterverwenden, öder es lässt sich dauerhaft lagern. Das Rauchgas wird vorzugsweise über Rohre, Kamine oder andere Leitung (hier auch als Rauchgaszufuhr 200 bezeichnet) bereitgestellt und an die entsprechende Rauchgasreinigungsanlage 51 übermittelt/übergeben, wie in Fig. 1 angedeutet.Sodium bicarbonate) or soda (Na ₂ COs, sodium carbonate) proven. It is quasi the gaseous CO ₂ reacted in a solid, respectively in a powder according to the invention. On the one hand, this results in a drastic reduction in volume, since the solid per unit volume contains significantly more CO ₂ than the CO ₂ gas or the CO ₂ -containing flue gas. In this case, free, gaseous CO _{2 takes up} about 1000 times as much space as the same amount in the solid state (eg bound as Na ₂ CO ₃ ). On the other hand, the alkali metal bicarbonate, or the alkali carbonate obtained therefrom can be easily reused in other processes, or it can be stored permanently. The flue gas is preferably provided via pipes, chimneys or other line (also referred to herein as a flue gas supply 200) and transmitted / transferred to the corresponding flue gas cleaning system 51, as indicated in Fig. 1.

Im Folgenden werden die einzelnen Ausgangsstoffe und die Produkte besprochen, die gemäß Erfindung zu Einsatz kommen, oder die im Rahmen der entsprechenden Teilprozesse des erfindungsgemäßen Verfahrens entstehen können.The individual starting materials and the products which are used according to the invention or which may arise within the scope of the corresponding sub-processes of the process according to the invention are discussed below.

Alkalisalz:Alkaline salt:

Gemäß Erfindung kommen Alkalisalze und/oder Erdalkalisalze zum Einsatz, die im Folgenden vereinfacht mit dem Oberbegriff Alkalisalze bezeichnet werden. Unter dem Begriff Alkalisalze sind insbesondere die folgenden Stoffe zu verstehen : NaCI; LiCI; KCl; BeCI₂; MgCI₂; CaCI₂. D.h., es handelt sich um Alkali- /Erdalkalisalze der Salzsäure. Gemäß Erfindung können Alkalisalze nur eines Alkali- oder Erdalkalimetalls, oder auch Mischungen von verschiedenen Alkalisalzen eingesetzt werden.According to the invention, use is made of alkali metal salts and / or alkaline earth metal salts, which in the following are referred to simply by the generic term alkali metal salts. The term alkali metal salts is to be understood in particular as meaning the following substances: NaCl; LiCl; KCl; BeCI ₂ ; MgCl ₂ ; CaCl ₂ . That is, it is alkali / alkaline earth salts of hydrochloric acid. According to the invention, it is possible to use alkali metal salts of only one alkali metal or alkaline earth metal, or else mixtures of different alkali metal salts.

Alkalilauge:Lye:

Gemäß Erfindung kommen Alkalilaugen und/oder Erdalkalilaugen zum Einsatz, die im Folgenden vereinfacht mit dem Oberbegriff Alkalilauge bezeichnet werden. Es handelt sich dabei um Alkalimetallhydroxide (auch Alkalihydroxide genannt) und Erdalkalimetallhydroxide (auch Erdalkalihydroxide genannt). Unter dem Begriff Alkalilauge sind insbesondere die folgenden Stoffe zu verstehen : NaOH; LiOH; KOH; Be(OH)₂; Mg(OH)₂; Ca(OH)₂. Gemäß Erfindung können Alkalilaugen nur eines Alkali- oder Erdalkalimetalls, oder auch Lösungen von verschiedenen Alkalihydroxiden und/oder Erdalkalihydroxiden eingesetzt werden.According to the invention, use is made of alkali lye and / or alkaline earth liquor, which in the following will be referred to simply by the generic term alkali lye. These are alkali metal hydroxides (also called alkali hydroxides) and alkaline earth metal hydroxides (also called alkaline earth hydroxides). The term alkali metal hydroxide is to be understood in particular as meaning the following substances: NaOH; LiOH; KOH; Be (OH) ₂ ; Mg (OH) ₂ ; Ca (OH) ₂ . According to the invention, alkali solutions of only one alkali metal or alkaline earth metal, or else solutions of different alkali metal hydroxides and / or alkaline earth metal hydroxides can be used.

Alkalihydrogencarbonat:alkali hydrogen:

Gemäß Erfindung wird Alkalihydrogencarbonat erzeugt. Dieser Oberbegriff wird verwendet, um folgende Hydrogencarbonate zu umschreiben : Natriumhydrogencarbonat (NaHCOs); Lithiumhydrogencarbonat (UHCO₃); Kaliumhydrogencarbonat (KHCO₃); Berylliumhydrogencarbonat (Be(HCO₃)₂); Magnesiumhydrogencarbonat (Mg(HCO₃)₂); Kalziumhydrogencarbonat (Ca(HCOs)₂).According to the invention, alkali hydrogencarbonate is produced. This generic term is used to describe the following hydrogencarbonates: sodium bicarbonate (NaHCOs); Lithium hydrogencarbonate (UHCO ₃ ); Potassium bicarbonate (KHCO ₃ ); Beryllium hydrogencarbonate (Be (HCO ₃ ) ₂ ); Magnesium hydrogencarbonate (Mg (HCO ₃ ) ₂ ); Calcium bicarbonate (Ca (HCOs) ₂ ).

Alkalicarbonat: Gemäß Erfindung wird - je nach konkreter Ausführungsform - Alkalicarbonat erzeugt. Dieser Oberbegriff wird verwendet, um folgende Carbonate zu umschreiben : Natriumcarbonat (Na₂CO₃); Lithiumcarbonat (Li₂CO₃); Kaliumcarbonat (K₂CO₃); Berylliumcarbonat (BeCO₃); Magnesiumcarbonat (MgCO₃); Kalziumcarbonat (CaCO₃).Alkali carbonate: According to the invention - depending on the specific embodiment - alkali carbonate is produced. This generic term is used to describe the following carbonates: sodium carbonate (Na ₂ CO ₃ ); Lithium carbonate (Li ₂ CO ₃ ); Potassium carbonate (K ₂ CO ₃ ); Beryllium carbonate (BeCO ₃ ); Magnesium carbonate (MgCO ₃ ); Calcium carbonate (CaCO ₃ ).

Meerwasser:Sea water:

Gemäß Erfindung kommt vorzugsweise Meerwasser (siehe Box 201 in Fig. 12) zum Einsatz, um daraus eine konzentrierte wässrige Alkalisalzlösung (z.B. eine Natriumchloridlösung) zu erzeugen. Die aus dem Meerwasser erzeugte konzentrierte wässrige Alkalichloridlösung wird hier vereinfachend als konzentrierte Alkalisalzsole 24 bezeichnet (siehe Box 202 in Fig. 12).According to the invention, seawater is preferably used (see box 201 in Fig. 12) to produce therefrom a concentrated aqueous alkali salt solution (e.g., a sodium chloride solution). The concentrated aqueous alkali chloride solution produced from the seawater is referred to here for simplicity as concentrated alkali salt brine 24 (see box 202 in FIG. 12).

Vorzugsweise wird diese konzentrierte Alkalisalzsole 24 durch ein Verdampfungsverfahren (thermisches Destillationsverfahren) erzeugt. Besonders bewährt hat sich die mehrstufige Entspannungsverdampfung. Eine entsprechende Anlage 10 ist in Fig. 2 gezeigt.Preferably, this concentrated alkali salt brine 24 is produced by an evaporation process (thermal distillation process). The multi-stage flash evaporation has proven particularly useful. A corresponding system 10 is shown in FIG.

Später wird beschrieben, wie aus der Alkalisalzsole 24 die Alkalilauge 31 (z.B. NaOH) mittels einem der folgenden drei Elektrolyseverfahren hergestellt werden kann :It will be described later how alkali lye 31 (e.g., NaOH) can be prepared from the alkali salt brine 24 by one of the following three electrolytic processes:

A. Amalgamverfahren (Box 210 in Fig. 12);A. Amalgam method (box 210 in Fig. 12);

B. Diaphragmaverfahren (Box 211 in Fig. 12);Diaphragm method (box 211 in Fig. 12);

C. Membranverfahren (Box 212 in Fig. 12).C. Membrane method (box 212 in Fig. 12).

Beim Amalgamverfahren A. startet man idealer Weise mit 310-280 g NaCI in 11 Lösung. Die Salzkonzentration sollte aber mindestens 260 g/l betragen.The amalgam method A is ideally started with 310-280 g NaCl in 11 solution. The salt concentration should be at least 260 g / l.

Beim Diaphragmaverfahren B. wird die Elektrolyse beendet, wenn nur noch ca. 170 g/11 Lösung vorhanden sind. Gestartet werden kann mit allen Konzentrationen, die höher sind. D.h., die Salzkonzentration sollte mindestens 170 g/l betragen. Typischerweise enthält die Lösung am Ende 12% NaOH und noch 15% NaCI.In the diaphragm method B., the electrolysis is stopped when only about 170 g / 11 solution are available. It can be started with all concentrations that are higher. That is, the salt concentration should be at least 170 g / l. Typically, the solution will eventually contain 12% NaOH and still 15% NaCl.

Beim Membranverfahren C. kann man NaCI-Gehalte von 20-35 % einsetzen, die Lösung darf jedoch kaum Verunreinigungen enthalten (Kalzium < 20 ppb), da sonst die Membranen Schaden nehmen.In the membrane method C. can be used NaCI contents of 20-35%, the solution may contain little impurities (calcium <20 ppb), otherwise the membranes are damaged.

Wenn man das Diaphragmaverfahren B. oder das Amalgamverfahren A. einsetzt, dann sollte man die Salzsole von Magnesium und Kalzium reinigen (z.B. mit Hilfe spezieller Ionenaustauscher). Magnesium und Kalzium bilden sonst schwerlösliche Hydroxide, die das Diaphragma oder den Amalgamzersetzer verstopfen können. Außerdem sollte vorher Sulfat sorgfältig entfernt werden.If one uses the diaphragm method B. or the amalgam method A., then the salt brine of magnesium and calcium should be purified (for example by means of special ion exchangers). Magnesium and calcium form otherwise poorly soluble hydroxides, which can clog the diaphragm or the amalgam decomposer. In addition, sulfate should be carefully removed beforehand.

Um Verunreinigungen aus dem Elektrolyten vor der Elektrolyse zu entfernen, können geeignete Fällungsmittel (z.B. NaOH und/oder Na₂CO₃) eingesetzt werden.In order to remove impurities from the electrolyte prior to electrolysis, suitable precipitants (eg NaOH and / or Na ₂ CO ₃ ) can be used.

Die konzentrierte Alkalisalzsole 24 hat also vorzugsweise eine Salinität, die größer ist als 170 g/l, und vorzugsweise größer ist als 280 g/l (je nach Elektrolyseverfahren A., B. oder C. können hier etwas andere Werte der Salinität angesetzt werden). Es ist besonders vorteilhaft den Gesamtsalzgehalt (Salinität) der konzentrierten Alkalisalzsole 24 durch eine Leitfähigkeitsmessung zu überwachen. Der Gesamtsalzgehalt kann auch durch Messung der Dichte überwacht und der gesamte Prozess dadurch gesteuert werden. Besonders bevorzugt ist die Kombination zum Beispiel einer Leitfähigkeitsmessung mit der Dichtemessung, um so z.B. den Elektrolyseprozess steuern zu können. Zusätzlich oder alternativ kann auch eine pH-Wert Messung ausgeführt werden, um eine Aussage über die NaOH Konzentration geben zu können.The concentrated alkali salt brine 24 thus preferably has a salinity which is greater than 170 g / l, and is preferably greater than 280 g / l (depending on the electrolysis process, A., B. or C., slightly different values of salinity may be used here) , It is particularly advantageous to monitor the total salt content (salinity) of the concentrated alkali salt brines 24 by a conductivity measurement. The total salt content can also be monitored by measuring the density and thereby controlling the entire process. Particularly preferred is the combination, for example, of a conductivity measurement with the density measurement, e.g. to control the electrolysis process. Additionally or alternatively, a pH measurement can be carried out to give an indication of the NaOH concentration.

Die mehrstufige Entspannungsverdampfung (MSF - multistage flash evaporation) beruht auf der Verdampfung und nachfolgenden Kondensation des entstandenen Dampfes. Bei diesem Verfahren erhitzt man das Meerwasser, das durch eine Zuleitung 11 zugeführt wurde, in einem Heizbereich 12. Vorher jedoch läuft das Meerwasser durch mehrere Kühlschleifen 16. Dort wird das Meerwasser eingesetzt, um den Wasserdampf in Niederdrucktanks 13 zu kühlen, damit der Wasserdampf dort auskondensiert. Nach dem Erhitzen im Heizbereich 12 auf Temperaturen über 100⁰C wird dann das erwärmte Meerwasser in die Niederdrucktanks 13 geleitet. Durch den geringen Druck entspannt sich das Wasser und verdampft dort. Dieser Dampf kondensiert danach an der entsprechenden Kühlschleife 16 und man erhält reines Wasser (hier alsThe multistage flash evaporation (MSF) is based on the evaporation and subsequent condensation of the resulting vapor. In this method, the seawater, which was supplied through a supply line 11, heated in a heating area 12. Before, however, the seawater passes through several cooling loops 16. There, the sea water is used to cool the water vapor in low-pressure tanks 13, so that Steam condenses out there. After heating in the heating area 12 to temperatures above 100 ⁰ C, the heated seawater is then passed into the low-pressure tanks 13. Due to the low pressure, the water relaxes and evaporates there. This steam then condenses on the corresponding cooling loop 16 and pure water is obtained (here as

Süßwasser bezeichnet) in einem Bereich 17. Dieses Wasser kann durch eine Leitung 14 entnommen werden. Die konzentrierte Alkalisalzsole 24 (NaCI-SoIe) wird durch eine (Süßwasser-)Leitung 15 entnommen.Fresh water) in a region 17. This water can be removed through a line 14. The concentrated alkali metal brine 24 (NaCl-SoIe) is removed through a (fresh water) line 15.

Sogenannte Multi-Effekt-Destillation (MED - multiple effect distillation) Systeme operieren bei Temperaturen von 63 - 80⁰C. Dabei wird das Meerwasser wiederholt (8 - 16 mal) über Wärmetauscherröhren versprüht und unter Rückführung der Kondensationswärme verdampft, bis alle flüchtigen Substanzen entwichen sind.So-called multi-effect distillation (MED - multiple effect distillation) systems operate at temperatures of 63 - 80 ⁰ C. The seawater is repeatedly (8 - 16 times) sprayed through heat exchanger tubes and evaporated with the return of condensation heat until all volatile substances escaped are.

Statt eines thermischen Verfahrens, kann aber auch ein Filterverfahren eingesetzt werden, das zum Beispiel auf einer umgekehrten Osmose beruht. Dabei kommt einfach ausgedrückt eine Membran zum Einsatz, die eine konzentrierte und eine verdünnte Lösung voneinander trennt.Instead of a thermal process, but also a filtering method can be used, which is based for example on a reverse osmosis. In simple terms, a membrane is used which separates a concentrated and a dilute solution from each other.

Bevorzugt wird eine Lösung, die ein mehrstufiges Entspannungsverfahren mit einem Filterverfahren kombiniert.Preferred is a solution that combines a multi-stage relaxation process with a filtering process.

Gemäß Erfindung kann die Energiemenge, die benötig wird, um das mehrstufige Entspannungsverfahren zu betreiben, mindestens teilweise aus einem Kraftwerksprozess bereit gestellt werden.According to the invention, the amount of energy needed to operate the multi-stage expansion process may be at least partially provided by a power plant process.

Ein weiterer Energieanteil kann aus kaskadiert ablaufenden chemischen Teilprozessen, die im Folgenden näher erläutert werden, stammen. Diese chemischen Teilprozesse nutzen die Alkalisalzsole 24 (z.B. eine NaCI-SoIe), die z.B. aus dem Meerwasser bereit gestellt wurde.Another share of energy can come from cascaded chemical partial processes, which are explained in more detail below. These partial chemical processes utilize the alkali salt sols 24 (e.g., a NaCl sol), e.g. from the sea water was provided.

Die erfindungsgemäßen Prozesse basieren auf einem neuartigen Ansatz, der in Fig. 5 schematisch dargestellt ist. Das grundlegende Schema eines ersten erfindungsgemäßen Teilprozesses ist in Fig. 5 gezeigt. In Fig. 3 sind die Edukte (Ausgangsstoffe) als auch die Produkte mit Umrandung dargestellt. In den Figuren 4 und 5 sind die wertvollen Produkte mit Umrandung gezeigt sind. Wertvolle Zwischenprodukte sind mit gestrichelter Umrandung gezeigt.The processes according to the invention are based on a novel approach, which is shown schematically in FIG. The basic scheme of a first subprocess according to the invention is shown in FIG. In Fig. 3, the reactants (starting materials) and the products are shown with a border. In FIGS. 4 and 5 the valuable products with borders are shown. Valuable intermediates are shown with dashed border.

Man kann, wie bereits beschrieben, bei einem ersten erfindungsgemäßen Verfahren von Meerwasser ausgehen, das umgewandelt wird in Süßwasser (H₂O) und NaCI-SoIe 24 (Box 201 in Fig. 8).As already described, in a first process according to the invention seawater can be used, which is converted into fresh water (H ₂ O) and NaCl soil 24 (box 201 in FIG. 8).

Alkalisalz:Alkaline salt:

Die im erfindungsgemäßen Verfahren zum Einsatz kommende konzentrierte Alkalisalzsole 24 kann auch aus „festem" Salz (siehe Box 203 in Fig. 12) und Wasser erzeugt werden. Zu diesem Zweck können Salzvorkommen abgebaut und angeliefert werden. Das Alkalisalz kann dann mit Wasser zur konzentrierten Alkalisalzsole 24 aufbereitet werden.The concentrated alkali salt brine 24 used in the process according to the invention can also be produced from "solid" salt (see box 203 in Fig. 12) and water, for which purpose salt deposits can be decomposed and supplied 24 be prepared.

Das Salz kann man z.B. aus Salzbergwerken nehmen, die kein sauberes und essbares Salz mehr liefern, oder es kann in der Nähe vom Meer aus dem Meerwasser stammen. In Deutschland gibt es immer noch große Salzvorkommen, die eingesetzt werden könnten.The salt can be e.g. from salt mines that do not deliver clean and edible salt, or from seawater near the sea. In Germany, there are still large salt deposits that could be used.

Es kann aber auch Alkalisalz eingesetzt werden, das aus einem anderen Teilprozess stammt (siehe Box 216 in Fig. 12).However, it is also possible to use alkali metal salt which originates from another partial process (see box 216 in FIG. 12).

Bereitstellen von Alkalilauge (Base):Provision of alkali (base):

Gemäß Erfindung kommt eine Alkalilauge 31 zum Einsatz, die besonders günstig und einfach herzustellen ist. Die Alkalilauge 31 wird durch Umwandelung der Alkalisalzsole 24 unter Zufuhr von Energie bereitgestellt (siehe Box 205 in Fig. 12).According to the invention, an alkali lye 31 is used, which is particularly inexpensive and easy to manufacture. The alkali lye 31 is provided by converting the alkali salt brines 24 while supplying energy (see box 205 in Fig. 12).

In Fig. 6A ist eine bevorzugte Vorrichtung 25 zum Bereitstellen der Alkalilauge 31 gezeigt. Gezeigt ist eine stark schematisierte Elektrolysevorrichtung 25. Es wird die Alkalisalzsole 24 in die Vorrichtung 25 eingebracht und dort unter Einprägung von Strom, respektive durch das Anlegen einer Spannung, zu Alkalilauge 31 elektrolysiert. Da es sich bei den Salzen um Chlorsalze in wässriger Lösung handelt, werden bei der Elektrolyse H₂ und Cl₂ freigesetzt, während sich das Alkali- oder Erdalkalihydroxid (Alkalilauge 31) bildet.In Fig. 6A, a preferred apparatus 25 for providing the caustic 31 is shown. Shown is a highly schematic electrolysis device 25. It is the alkali salt brine 24 is introduced into the device 25 and there under the influence of current, respectively by the application of a voltage to alkali leach 31st electrolyzed. Since the salts are chlorine salts in aqueous solution, H ₂ and Cl _{2 are} liberated during the electrolysis, while the alkali metal hydroxide or alkaline earth metal hydroxide (alkali metal hydroxide 31) forms.

Einleiten von CO₂:Initiation of CO ₂ :

Bevor die Alkalilauge 31 erzeugt oder bereitgestellt wird (siehe Box 205 in Fig. 12), wird die Alkalisalzsole 24 vorzugsweise gereinigt (siehe Box 202.1 in Fig. 12). Dieser Schritt ist optional und die entsprechende Box in Fig. 12 ist daher gestrichelt dargestellt. Es kann auch die Alkalilauge 31 gereinigt werden (nicht in Fig. 12 gezeigt). Auch dieser Schritt ist optional.Before the alkali lye 31 is produced or provided (see box 205 in FIG. 12), the alkali salt brine 24 is preferably purified (see box 202.1 in FIG. 12). This step is optional and the corresponding box in Fig. 12 is therefore shown in phantom. It is also possible to purify the alkali lye 31 (not shown in FIG. 12). This step is also optional.

Nun wird CO₂ bereit gestellt, respektive zugeführt und in die Alkalilauge 31 eingebracht. Dieser Vorgang ist in Fig. 12 mit dem Bezugzeichen 206 gekennzeichnet. Dies kann geschehen, indem die Alkalilauge 31 von oben in eine Vorrichtung 30 (z.B. in Form eines Füllturms) geleitet wird, während gleichzeitig von unten oder seitlich CO₂ hineingepumpt wird (siehe Fig. 6B). Vorzugsweise wird die Alkalilauge 31 durch einen Einlass 35 und über einen Verteilkopf 33, oder durch Einspritzdüsen in die Vorrichtung 30 eingebracht.Now CO _{2 is} provided, respectively supplied and introduced into the alkali lye 31. This process is identified in FIG. 12 by reference numeral 206. This can be done by passing the alkali lye 31 from above into a device 30 (eg in the form of a filling tower) while at the same time pumping in CO ₂ from below or laterally (see FIG. 6B). The alkali lye 31 is preferably introduced into the device 30 through an inlet 35 and via a distributor head 33 or through injection nozzles.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform, die in Fig. 6C dargestellt ist, wird eine Vorrichtung 30 (z.B. in Form eines Füllturms) mit Alkalilauge 31 befüllt. Das Befüllen kann kontinuierlich oder diskontinuierlich durch einen Zulauf 35 erfolgen. Im unteren Bereich ist im Inneren der Vorrichtung 30 ein Verteilkopf 34.1 angebracht. Es können aber auch Einspritzdüsen oder ähnlich wirkende Mittel eingesetzt werden, um das CO₂ in die Alkalilauge 31 einblasen oder einpumpen zu können. Dadurch, dass das CO₂ von unten her eingebracht wird, steigt das Gas in Blasen nach oben. Wenn es durch mehrere Einspritzdüsen oder durch einen Verteilkopf 34.1 eingebracht wird, so bildet sich eine große Anzahl von Blasen, was die effektiv wirksame Oberfläche und damit die Effizienz der Umsetzung erhöht.In another preferred embodiment, which is shown in FIG. 6C, a device 30 (eg in the form of a filling tower) is filled with alkali lye 31. The filling can take place continuously or discontinuously through an inlet 35. In the lower region, a distribution head 34.1 is mounted inside the device 30. However, injection nozzles or similarly acting agents can also be used in order to be able to inject or pump in the CO ₂ into the alkali lye 31. The fact that the CO _{2 is introduced} from below, the gas bubbles upwards. When introduced through a plurality of injection nozzles or through a distributor head 34.1, a large number of bubbles are formed, which increases the effective surface area and hence the efficiency of the reaction.

Der Prozess, der vorzugsweise in der Vorrichtung 30 abläuft, ist exotherm und unter Wärmeentwicklung fällt das Alkalihydrogencarbonat 26 (z.B. Natriumhydrogencarbonat; NaHCOs) aus. In den Figuren 6B und 6C ist das Alkalihydrogencarbonat 26 stark schematisiert im unteren Bereich der Vorrichtung 30 gezeigt. Das Verfahren kann auch so geführt werden, dass Alkalicarbonat (z.B. Natriumcarbonat; Na₂CO₃) entsteht. In Fig. 5 ist angedeutet, dass das Alkalihydrogencarbonat 26 durch die Zufuhr von Energie (Energieaufwand 2; E2) überführt werden kann in Alkalicarbonat.The process, which preferably proceeds in the device 30, is exothermic and, with evolution of heat, the alkali bicarbonate 26 (eg, sodium bicarbonate; NaHCOs) precipitates. In Figures 6B and 6C, the alkali metal bicarbonate 26 is highly schematic in the lower part of the Device 30 is shown. The process can also be conducted in such a way that alkali metal carbonate (eg sodium carbonate, Na ₂ CO ₃ ) is formed. In Fig. 5 it is indicated that the alkali hydrogen carbonate 26 can be converted by the supply of energy (energy expenditure 2, E2) into alkali carbonate.

Das Alkalihydrogencarbonat 26 (z.B. Natriumhydrogencarbonat; NaHCO₃) kann vorzugsweise in einem weiteren Teilprozess eingesetzt werden, um Bestandteile des Rauchgases zu neutralisieren, wie weiter unten beschrieben wird (siehe z.B. Box 207 in Fig. 12).The alkali hydrogen carbonate 26 (eg, sodium bicarbonate; NaHCO ₃ ) may preferably be used in a further sub-process to neutralize constituents of the flue gas, as described further below (see, eg, box 207 in FIG. 12).

Da die Löslichkeit von CO₂ in der Alkalilauge 31 mit steigender Temperatur abnimmt, sollten Kühleinrichtungen 32 eingesetzt werden, um die bei der exothermen Reaktion entstehende Wärme abzuführen. Solche Kühleinrichtungen können analog auch bei den in den Figuren 8, 9, 10 und 11 gezeigten Reaktoren eingesetzt werden.Since the solubility of CO ₂ in the caustic 31 decreases with increasing temperature, cooling means 32 should be used to dissipate the heat generated during the exothermic reaction. Such cooling devices can also be used analogously in the reactors shown in FIGS. 8, 9, 10 and 11.

Diese Kühleinrichtung 32 kann mit Wasser (z.B. Meerwasser) gekühlt werden, wie in Fig. 6B und Fig. 6C angedeutet. In einer bevorzugten Ausführungsform wird damit das Meerwasser (weiter) vorgeheizt, bevor es in der Beheizung 12 (siehe Fig. 2) endgültig auf eine Temperatur über 100⁰C gebracht wird. Alternativ kann die Kühleinrichtung 32 von einem Wärmetransfermedium durchströmt werden, das Wärme durch Röhren zu der Beheizung 12 transportiert, um hier das Erhitzen des Meerwassers zu unterstützen. In diesem Fall wird die Kühleinrichtung 32 nicht vom Meerwasser durchströmt.This cooling device 32 can be cooled with water (eg sea water), as indicated in FIGS. 6B and 6C. In a preferred embodiment, the seawater is thus (further) preheated before it is finally brought to a temperature above 100 ^° C. in the heating 12 (see FIG. 2). Alternatively, the cooling device 32 may be traversed by a heat transfer medium that transports heat through tubes to the heater 12 to assist in heating the seawater. In this case, the cooling device 32 is not flowed through by the seawater.

Vorzugsweise werden die Kühlschleifen 16 und die Kühleinrichtung und 32 in Reihe geschaltet und nacheinander von Meerwasser durchströmt, bevor dann das erwärmte Meerwasser über die eingangsseitige Zuleitung 11 in die Vorrichtung 10 gelangt.Preferably, the cooling loops 16 and the cooling device and 32 are connected in series and successively flowed through by seawater, before then the heated seawater passes through the input-side feed line 11 into the device 10.

Falls das Meerwasser durch die Abwärme exothermer Prozessschritte vorgewärmt wird, nimmt die Kühlleistung der Kühlschleifen 16 ab. Diese Kühlschleifen 16 arbeiten am besten bei Meerwassertemperaturen, die unter 50⁰C und vorzugsweise unter 30⁰C liegen. Daher kann in einer alternativen Ausführungsform das durch die Abwärme vorgewärmte Wasser direkt über eine Bypass-Leitung 18 in den Heizbereich 12 geleitet werden, während kühleres Meerwasser durch die Kühlschleifen 16 geführt wird. Die Bypass-Leitung 18 ist in Fig. 2 ansatzweise angedeutet. Das kühlere Meerwasser wird bei dieser Ausführungsform mit dem vorgewärmten Meerwasser gemischt und dann auf über 100⁰C gebracht, bevor es dann in die Niederdrucktanks 13 gelangt.If the seawater is preheated by the waste heat exothermic process steps, the cooling capacity of the cooling loops 16 decreases. These cooling loops 16 work best at seawater temperatures below 50 ⁰ C and preferably below 30 ⁰ C. Therefore, in an alternative embodiment, the preheated by the waste heat water directly over a Bypass line 18 are directed into the heating area 12, while cooler seawater is passed through the cooling loops 16. The bypass line 18 is indicated in Fig. 2 approach. The cooler seawater is mixed in this embodiment with the preheated seawater and then brought to about 100 ⁰ C before it then enters the low-pressure tanks 13.

Natriumhydrogencarbonat (NaHCO₃):Sodium hydrogencarbonate (NaHCO ₃ ):

In dem beschriebenen Verfahren (siehe Fig. 5) kann z.B. Natriumhydrogencarbonat (NaHCO₃) als Alkalihydrogencarbonat 26 entstehen (siehe Box 208 in Fig. 12). Das Natriumhydrogencarbonat (NaHCO₃) kann gelagert werden, um das CO₂ dauerhaft zu binden. Natriumhydrogencarbonat kann aber auch in nachgeschalteten chemischen (industriellen) Prozessen eingesetzt werden, bei denen möglichst kein CO₂ entsteht (siehe Box 209 in Fig. 12).In the described method (see FIG. 5), for example, sodium bicarbonate (NaHCO ₃ ) can be formed as alkali metal bicarbonate 26 (see box 208 in FIG. 12). The sodium bicarbonate (NaHCO ₃ ) can be stored to permanently bind the CO ₂ . However, sodium bicarbonate can also be used in downstream chemical (industrial) processes in which as far as possible no CO ₂ is produced (see box 209 in FIG. 12).

Das Natriumhydrogencarbonat (NaHCO₃), oder ein anderes Alkalihydrogencarbonat 26, kann auch in einem weiteren Teilprozess zur Neutralisierung der Rauchgase eingesetzt werden, wie weiter unten beschrieben (siehe Box 207 in Fig. 12).The sodium bicarbonate (NaHCO ₃ ), or other alkali bicarbonate 26, may also be used in a further sub-process to neutralize the flue gases, as described further below (see box 207 in FIG. 12).

Die Rauchgase (siehe Rauchgaszufuhr 200 in Fig. 1 und Fig. 12) des Kraftwerks werden in eine hochkonzentrierte Alkalilauge 31 eingeleitet (siehe Bezugszeichen 206 in Fig. 12). Auf diesem Weg kann z.B. Natriumhydrogencarbonat 31 (NaHCO₃) entstehen, das eventuell verschmutzt ist, weil sich im Rauchgas noch andere Gase und Stoffe befinden können (je nachdem ob und mit welchen anderen Teilprozessen 214, 207, 217 ein Reinigungsprozess durchgeführt wird). Das Alkalihydrogencarbonat 26 (z.B. Natriumhydrogencarbonat; NaHCO₃) kann man dann z.B. in Salzstollen einlagern und hat so sicher gestellt, dass das gebundene CO₂ dauerhaft im Alkalihydrogencarbonat 26 (z.B. Natriumhydrogencarbonat; NaHCO₃) verbleibt.The flue gases (see flue gas supply 200 in FIG. 1 and FIG. 12) of the power plant are introduced into a highly concentrated alkali lye 31 (see reference numeral 206 in FIG. 12). In this way, for example, sodium bicarbonate 31 (NaHCO ₃ ) may arise, which may be contaminated, because in the flue gas other gases and substances may be (depending on whether and with which other sub-processes 214, 207, 217 a cleaning process is performed). The alkali metal bicarbonate 26 (eg sodium bicarbonate, NaHCO ₃ ) can then be stored, for example, in salt tunnels and has thus ensured that the bound CO ₂ remains permanently in the alkali hydrogen carbonate 26 (eg sodium bicarbonate, NaHCO ₃ ).

Die Umwandlung von Kohlendioxid (CO₂) und Natriumhydroxid (NaOH) zu Natriumhydrogencarbonat (NaHCO₃) gemäß Gleichung (7) verläuft direkt und ohne Katalysator. Solange NaOH im Überschuss vorhanden ist, kann gasförmiges CO₂ leicht vollständig (> 99 %) absorbiert und chemisch (zu NaHCO₃) umgewandelt werden. Große Unterschiede können jedoch in Zeit (Tage bis Sekunden) entstehen, die zur vollständigen Absorption benötigt wird. Sehr lange (Stunden oder Tage) dauert es, wenn der Anteil von CO₂ im Gas ebenso wie die Konzentration von NaOH in Wasser sehr klein ist (also bei hohen Verdünnungen) und das System weitgehend statisch ist (keine Bewegung in Gas und (oder) Lösung).The conversion of carbon dioxide (CO ₂ ) and sodium hydroxide (NaOH) to sodium bicarbonate (NaHCO ₃ ) according to equation (7) proceeds directly and without catalyst. As long as NaOH is present in excess, gaseous CO ₂ slightly completely (> 99%) absorbed and converted chemically (to NaHCO ₃ ). However, large differences can arise in time (days to seconds), which is needed for complete absorption. It takes a very long time (hours or days) when the proportion of CO ₂ in the gas as well as the concentration of NaOH in water is very small (ie at high dilutions) and the system is largely static (no movement in gas and (or) Solution).

Entscheidend für eine schnelle Absorption ist eine möglichst große gemeinsame Grenzfläche zwischen der flüssigen und der gasförmigen Phase, also zum Beispiel der NaOH-Lösung und dem gereinigten (von SO₂ und NO_x-befreitem) Rauchgas, beziehungsweise CO₂-haltigen Gasgemischen oder reinem CO₂-GaS. Möglichst große gemeinsame Grenzflächen erhält man vorzugsweise dadurch, dass man das Gas in Form möglichst kleiner Gasbläschen von unten in die Lösung hinein bläst, welche sich sodann aufgrund ihrer geringeren Dichte durch die Lösung vertikal nach oben bewegen. Möglichst kleine Gasbläschen erzeugt man durch Zerstäubung, wobei sich im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verschiedene Systeme anbieten (z.B. ein als Zerstäuber dienender Verteilkopf 34.1), wie feine Düsen, Filter oder poröse Materialien, aber auch Systeme, die starke horizontale Bewegungen in der Lösung verursachen, wie Rührsysteme aller Art. Ebenso geeignet sind kombinierte Systeme aus Zerstäuber und Rührsystem.Decisive for a rapid absorption is the greatest possible common interface between the liquid and the gaseous phase, ie, for example, the NaOH solution and the purified (of SO ₂ and NO _x -frereitem) flue gas, or CO ₂ -containing gas mixtures or pure CO ₂ -GaS. As large as possible common interfaces are preferably obtained by blowing the gas in the form of small gas bubbles as possible from below into the solution, which then move vertically upwards due to their lower density through the solution. As small as possible gas bubbles are produced by atomization, in connection with the present invention, various systems offer (for example, serving as an atomizer distribution head 34.1), such as fine nozzles, filters or porous materials, but also systems that cause strong horizontal movements in the solution Like stirring systems of all kinds. Also suitable are combined systems of atomizer and stirring system.

Im Labormaßstab können sehr gute Ergebnisse bezüglich Absorption mittels Zerstäubung mit Glasfritten der Typen Gl, G2, G3 und G4 (Dl, D2, D3, D4), insbesondere mit solchen vom Typ G3 (D3) erzielt werden. Im technischen Maßstab eignen sich andere Zerstäubersysteme lang- oder mittelfristig besser, vornehmlich Systeme, die einen Effekt verursachen, der dem der G3 (D3)-Fritten ähnlich ist, da sich poröse Glasmaterialien unter Einfluss von basischen Lösungen mit der Zeit (abhängig auch sehr stark von einem hohen pH-Wert) in ihren Eigenschaften verändern können.On a laboratory scale, very good results can be achieved with regard to absorption by means of atomization with glass frits of the types G1, G2, G3 and G4 (D1, D2, D3, D4), in particular with those of the type G3 (D3). On an industrial scale, other nebulizer systems are better suited in the long or medium term, especially systems that cause an effect similar to that of the G3 (D3) steps, since porous glass materials under the influence of basic solutions with time (depending also very strong from a high pH) in their properties.

Mit einem oben beschriebenen System aus G3-Fritte und einer nicht-gerührten, wässrigen NaOH-Lösung von 1.0 g/l (höhere Konzentrationen eignen sich noch besser) ist man in der Lage reines CO₂ (> 90 %) auf einer Weglänge von einigen Zentimetern (in etwa 10 cm) nahezu vollständig (> 90 %, vorzugsweise >99 %) zu absorbieren, so lange der pH-Wert der resultierenden Lösung stark basisch ist (z. B. pH > 12). Sinkt der pH-Wert durch Absorption von CO₂, so verlangsamt sich diese und längere Weglängen sind nötig . Bei einem pH-Wert von circa 8 findet keine Absorption mehr statt. Bei einem pH-Wert von circa 8 wurde sämtliches NaOH im System zu NaHCO₃ chemisch umgewandelt. Die Weglängen verlängern sich ebenfalls bei Verwendung von Gasgemischen, wobei sie sich umso stärker verlängern, je niedriger der ursprüngliche Anteil an CO₂ in diesem Gasgemisch war. Prinzipiell ist es mit einem solchen System möglich, beliebig große Mengen CO₂ auch aus Gemischen nahezu vollständig zu absorbieren, sofern genügend NaOH oder eine andere Alkalilauge 31 zur Verfügung steht.With a system of G3 frit and a non-stirred, aqueous NaOH solution of 1.0 g / l (higher concentrations are even better), one can expect pure CO ₂ (> 90%) over a path length of several Centimeters (in about 10 cm) almost completely (> 90%, preferably> 99%) as long as the pH of the resulting solution is strongly basic (eg pH> 12). If the pH drops by absorption of CO ₂ , this slows down and longer path lengths are necessary. At a pH of about 8 no absorption takes place. At a pH of about 8, all the NaOH in the system was chemically converted to NaHCO ₃ . The path lengths also lengthen when using gas mixtures, the longer they extend the lower the original fraction of CO _{2 was} in this gas mixture. In principle, it is possible with such a system to absorb arbitrarily large amounts of CO ₂ almost completely from mixtures, provided that sufficient NaOH or another alkali lye 31 is available.

Da global immer um ein vielfaches mehr anthropogenes CO₂ zur Verfügung steht als Basen zu dessen Fixierung, sollten die erfindungsgemäßen Anlagen und Systeme zur Vermeidung oder zur Verringerung des C0₂-Ausstosses darauf optimiert sein, die vorhandenen Basen-Äquivalente möglichst vollständig zu nutzen, d. h. beispielweise vorhandenes NaOH vollständig in NaHCO₃ umzuwandeln . Zudem lassen sich so leichter reine Produkte (NaHCO₃, Na₂CO₃) erhalten, die weiter genutzt werden können.Since globally there is always a much greater amount of anthropogenic CO ₂ available than bases for its fixation, the systems and systems according to the invention for avoiding or reducing CO ₂ emissions should be optimized to use the existing base equivalents as completely as possible, ie For example, completely convert existing NaOH into NaHCO ₃ . In addition, it is easier to obtain pure products (NaHCO ₃ , Na ₂ CO ₃ ) that can be used further.

Für eine (groß-)technische Umsetzung eignen sich verschiedene Ansätze. Vorteilhafterweise könnenFor a (large) technical implementation, various approaches are suitable. Advantageously, can

(1) ein kontinuierlicher Gegenstrom-Prozess (siehe z. B. Fig . 8),(1) a continuous countercurrent process (see eg Fig. 8),

(2) ein Batch-Prozess (siehe z.B. Fig . 9), (3) ein Double-Batch-Prozess (siehe z. B. Fig . 10) und(2) a batch process (see, for example, Fig. 9), (3) a double-batch process (see, for example, Fig. 10), and

(4) ein pseudo-kontinuierlicher Multiple-Batch-Prozess (siehe z. B. Fig. 11) eingesetzt werden, wobei letzterer die gegenwärtig bevorzugte Lösung zur Absorption von CO₂ im technischen Maßstab darstellt.(4) a pseudo-continuous multiple batch process (see, e.g., Figure 11), the latter being the presently preferred solution for CO ₂ absorption on an industrial scale.

Allen Prozessen (1) bis (4) ist gemein, dass sie prinzipiell nahezu unabhängig von der verwendeten NaOH-Konzentration funktionieren. Die Grenzen und auch Chancen für die folgenden Schritte des Gesamtprozesses liegen in der (temperaturabhängigen) Löslichkeit von NaHCO₃ in Wasser. Darüber hinaus entscheidend ist auch die Frage, ob nur Na₂CO₃ als Produkt erwünscht ist, oder ob auch das intermediär zunächst gebildete NaHCO₃ ein Produkt von Wert darstellt.All processes (1) to (4) have in common that they function in principle almost independent of the NaOH concentration used. The limits and opportunities for the subsequent steps of the overall process lie in the (temperature-dependent) solubility of NaHCO ₃ in water. In addition, the crucial question is whether only Na ₂ CO ₃ is desired as a product, or whether the initially formed NaHCO _{3 is also} a product of value.

Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die Figuren 8, 9, 10 und 11 weitere Details besonders bevorzugter Ausführungsformen beschrieben.In the following, further details of particularly preferred embodiments will be described with reference to FIGS. 8, 9, 10 and 11.

Sollte nur Na₂CO₃ als Produkt gewünscht sein, können einige Prozessparameter nahezu beliebig gewählt werden. Eine NaOH-Lösung 31 beliebiger Konzentration wird bis pH = 8 (d.h. pH > 8) mit einem CO₂-haltigen Gasgemisch versetzt (Umwandlung in NaHCO₃-Lösung nach Gleichung 7) und anschließend eingeengt. Dann werden die festen Rückstände bei vorzugsweise 170°-180° C erhitzt, so dass reines NaCO₃ entsteht (nach Gleichung 15). Es spielt dabei kaum eine Rolle, ob die NaOH-Ausgangslösung (Alkalilauge 31) oder später die NaHCO₃-Lösung aufkonzentriert wird, da an irgendeiner Stelle die Energie zum Verdampfen des Wassers aufgebracht werden muss. Prinzipiell ist jedoch die Löslichkeit von NaOH (und auch die von Na₂CO₃) viel besser als die von NaHCO₃, sodass eher niedrige NaOH-Konzentrationen, vorzugsweise kleiner als 5g/l, für die Ausganglösung 31 geeignet sind, um die Präzipitation von NaHCO₃ an den falschen Stellen der Anlage 30 zu vermeiden.If only Na ₂ CO ₃ is desired as a product, some process parameters can be chosen almost arbitrarily. A NaOH solution 31 of any concentration is added to pH = 8 (ie pH> 8) with a CO ₂ -containing gas mixture (conversion into NaHCO ₃ solution according to equation 7) and then concentrated. Then the solid residues are heated at preferably 170 ° -180 ° C to give pure NaCO ₃ (according to Equation 15). It hardly matters whether the NaOH starting solution (alkali lye 31) or later the NaHCO ₃ solution is concentrated, since at some point the energy must be applied to evaporate the water. In principle, however, the solubility of NaOH (and also that of Na ₂ CO ₃ ) is much better than that of NaHCO ₃ , so that rather low NaOH concentrations, preferably less than 5 g / l, are suitable for the starting solution 31 in order to prevent the precipitation of NaHCO ₃ in the wrong places of the plant 30 to avoid.

Die soeben beschriebene Form der Prozessführung besticht durch ihre Unkompliziertheit, weist aber zwei Nachteile auf. Einerseits kann kein NaHCO₃ als Zwischenprodukt isoliert werden, da eine NaHCO₃-Lösung (im Gegensatz zu fast allen anderen Salzlösungen) nicht durch Abdestillieren von Wasser aufkonzentriert werden kann. Bei erhöhter Temperatur oder vermindertem Druck setzt eine NaHCO₃-Lösung immer auch CO₂ frei (nach Gleichung 15), so dass in der Lösung eine Mischung der Salze NaHCO₃ und Na₂CO₃ vorliegt. Erst bei Temperaturen von 170°-180° C (bei Normaldruck), hat man wieder ein einheitliches Produkt (Na₂CO₃). Andererseits ist problemlos eine andere Prozessführung machbar, bei der weniger Energie zum Verdampfen von Wasser aufgebracht werden muss.The just described form of process management impresses with its simplicity, but has two disadvantages. On the one hand, no NaHCO ₃ can be isolated as an intermediate, since a NaHCO ₃ solution (in contrast to almost all other salt solutions) can not be concentrated by distilling off water. At elevated temperature or reduced pressure, a NaHCO ₃ solution always releases CO ₂ (according to Equation 15), so that a mixture of the salts NaHCO ₃ and Na ₂ CO ₃ is present in the solution. Only at temperatures of 170 ° -180 ° C (at atmospheric pressure), one has again a uniform product (Na ₂ CO ₃ ). On the other hand, another process is easily feasible in which less energy has to be applied to evaporate water.

In einem solchen anderen Prozess würde man bei höheren Temperaturen (z.B. 70⁰C) die NaOH-Lösung (Alkalilauge 31) mit CO₂ umsetzen und dabei höhere NaOH-Konzentrationen bevorzugen. Die erhaltene NaHCO₃-Lösung würde dann abgekühlt (z.B. mit einer Kühleinrichtung 32 analog zu Fig. 6B oder 6C), wobei reines, festes NaHCO₃ ausfällt. Die abgereicherte NaHCO₃-Lösung würde wieder in den Prozess zurückgeführt und aufkonzentriert. Letzteres geschähe dann durch Zugabe von fester NaOH oder durch Beimischung von höher konzentrierten NaOH-Lösungen und anschließendem Versetzen mit CO₂ bei erhöhterIn such a different process would be at higher temperatures (eg 70 ⁰ C), the NaOH solution (alkali lye 31) with CO ₂ implement and thereby prefer higher NaOH concentrations. The resulting NaHCO ₃ solution would then cooled (eg with a cooling device 32 analogous to FIG. 6B or 6C), wherein pure, solid NaHCO ₃ precipitates. The depleted NaHCO ₃ solution would be returned to the process and concentrated. The latter would then be done by adding solid NaOH or by admixing more highly concentrated NaOH solutions and then adding CO ₂ at elevated

Temperatur. Aus der entstandenen hochkonzentrierten Lösung kann durch Abkühlen wieder reines, festes NaHCO₃ isoliert werden. Reines, festes NaHCO₃ kann durch Erhitzen bei 170°-180° C wieder in Na₂CO₃ überführt werden. Die Vorteile dieses Verfahrens sind einerseits die Isolierung eines wertvollen Zwischenproduktes (NaHCO₃), andererseits muss hier insgesamt weniger Wasser verdampft werden, so dass es zu einer echten Energieersparnis gegenüber dem zuvor skizzierten Verfahren kommt.Temperature. From the resulting highly concentrated solution can be isolated by cooling pure, solid NaHCO ₃ again. Pure, solid NaHCO ₃ can be converted back into Na ₂ CO ₃ by heating at 170 ° -180 ° C. The advantages of this process are, on the one hand, the isolation of a valuable intermediate (NaHCO ₃ ), on the other hand, less water has to be evaporated in total so that there is a real energy saving compared to the previously outlined process.

In den folgenden Abschnitten wird das Gegenstrom-Verfahren unter Bezugnahme auf Fig. 8 beschrieben, wobei es sich bei Fig. 8 um eine schematische Darstellung handelt.In the following paragraphs, the countercurrent process will be described with reference to Fig. 8, which is a schematic diagram in Fig. 8.

Es kommt eine Vorrichtung 30 zum Einsatz, deren wesentlicher Bestandteil ein Gegenstromrohr 38 ist, das vertikal aufgestellt ist. Das Gegenstromrohr 38 weist einen am oberen Ende liegenden Einlass 35 für die Alkalilauge 31 (vorzugsweise NaOH) auf. Am unteren Ende des Gegenstromrohrs 38 befindet sich der CO₂- Einlass 34, durch den hindurch CO₂-GaS (z.B. Rauchgas oder gereinigtes Rauchgas) in die Vorrichtung 30 gelangt. Im Inneren des Gegenstromrohrs 38 befindet sich eine Flüssigkeitssäule, deren Flüssigkeitsoberseite mit Füllhöhe FH bezeichnet ist. Durch das Vorgeben eines gewissen Arbeitsdrucks auf derThere is a device 30 is used, the essential part of which is a countercurrent pipe 38 which is placed vertically. Countercurrent tube 38 has an upper end inlet 35 for caustic 31 (preferably NaOH). At the lower end of the countercurrent tube 38 is the CO ₂ inlet 34, through which CO ₂ -GaS (eg flue gas or purified flue gas) enters the device 30. Inside the countercurrent tube 38 there is a liquid column whose upper side of the liquid is labeled FH. By setting a certain working pressure on the

Eingangsseite (d.h. bei dem Einlass 35 für die Alkalilauge 31) ergibt sich eine Fliessrichtung der Flüssigkeit, die von dem Einlass 35 zu einem unterliegenden Auslass 37 führt (die Fliessrichtung der Flüssigkeit ist in Fig. 8 durch den Pfeil FF angedeutet). An diesem Auslass 37 kann NaHCO₃ Lösung entnommen werden. Das vom CO₂ befreite, saubere Gas tritt am oberen Ende des Gegenstromrohrs 38 durch einen Gasauslass 36 aus. Die Füllhöhe FH liegt bei dem Gegenstromrohr 38 oberhalb des Einlasses 35 für die Alkalilauge 31.The inlet side (ie at the inlet 35 for the alkali lye 31) results in a flow direction of the liquid, which leads from the inlet 35 to an underlying outlet 37 (the direction of flow of the liquid is indicated in Fig. 8 by the arrow FF). At this outlet 37 NaHCO ₃ solution can be removed. The clean gas released from the CO ₂ exits the upper end of the counterflow tube 38 through a gas outlet 36. The filling level FH is located in the counterflow pipe 38 above the inlet 35 for the alkali lye 31st

Vorzugsweise ist im Bereich des CO₂-Einlasses 34 ein Zerstäuber oder ein ähnliches Mittel angeordnet, um möglichst kleine Gasblasen zu erzeugen. Um das Problem unterschiedlicher CO₂-Anfangsgehalte zu lösen, muss das Gegenstromrohr 38, bzw. der potentielle Reaktionsbereich 39 des Gegenstromrohrs 38, möglichst lang sein. Das heißt, die Grenzen, ab wann NaOH (in Fig. 8 mit Yl bezeichnet) bzw. CO₂ (in Fig. 8 mit Y2 bezeichnet) vollständig umgesetzt sind, sind nicht fixiert. Die Grenze Yl und Y2 müssen nur oberhalb vom CO₂-Einlass 34 bzw. unterhalb von Einlass 35 für die Alkalilauge 31 (vorzugsweise NaOH) liegen. Ein weiteres Problem tritt auf, dass bei zu hoher Fließgeschwindigkeit der Lösung (die Fliessrichtung der Flüssigkeit ist in Fig. 8 durch den Pfeil FF angedeutet) das Gas (die Fliessrichtung des Gases ist in Fig. 8 durch den Pfeil FG angedeutet) nach unten mitgerissen wird und nicht oben beim Gasauslass 36 austreten kann. Vorzugsweise wird der Arbeitsdruck auf der Eingangsseite (d.h. bei dem Einlass 35 für die Alkalilauge 31) so gesteuert, dass er in einer vorgegebenen Relation zum Gasdruck am CO₂-Einlass 34 steht. Schwankungen im Gasdruck können daher am besten ausgeglichen werden, indem der Arbeitsdruck auf der Eingangsseite der Alkalilauge 31 entsprechend regelungstechnisch angepasst wird.Preferably, in the region of the CO ₂ inlet 34, an atomizer or a similar means is arranged to produce the smallest possible gas bubbles. In order to solve the problem of different CO ₂ starting contents, the counterflow tube 38, or the potential reaction region 39 of the countercurrent tube 38, must be as long as possible. That is, the limits as to when NaOH (denoted by Y1 in FIG. 8) and CO ₂ (denoted by Y2 in FIG. 8) are completely fixed are not fixed. The boundary Y1 and Y2 only have to be above the CO ₂ inlet 34 or below the inlet 35 for the alkali lye 31 (preferably NaOH). Another problem arises that at too high flow rate of the solution (the direction of flow of the liquid is indicated in Fig. 8 by the arrow FF) the gas (the direction of flow of the gas is indicated in Fig. 8 by the arrow FG) entrained downwards is and can not exit at the top of the gas outlet 36. Preferably, the working pressure on the input side (ie, at the inlet 35 for the caustic 31) is controlled to be in a predetermined relation to the gas pressure at the CO ₂ inlet 34. Fluctuations in the gas pressure can therefore be best compensated by the working pressure on the inlet side of the alkali lye 31 is adjusted accordingly control technology.

In den folgenden Abschnitten wird das Batch -Verfahren unter Bezugnahme auf Fig. 9 beschrieben, wobei es sich bei Fig. 9 um eine schematische Darstellung handelt.In the following paragraphs, the batch method will be described with reference to Fig. 9, which is a schematic diagram in Fig. 9.

Es kommt eine Vorrichtung 30 zum Einsatz, deren wesentlicher Bestandteil ein Batchreaktor 44 ist. Der Batchreaktor 44 weist einen am oberen Ende liegenden Einlass 35 für die Alkalilauge 31 (vorzugsweise NaOH) auf. Am unteren Ende des Batchreaktors 44 befindet sich der CO₂-Einlass 34, durch den hindurch CO₂-GaS (z.B. Rauchgas oder gereinigtes Rauchgas) in die Vorrichtung 30 gelangt. Im Inneren des Batchreaktors 44 befindet sich die Flüssigkeit. Die Füllhöhe wird mit FH bezeichnet. Sie liegt hier vorzugsweise unterhalb des Einlasses 35 für die Alkalilauge 31. Der Batchreaktor 44 umfasst weiterhin einen unterliegenden Auslass 37. An diesem Auslass 37 kann NaHCθ₃ Lösung entnommen werden. Das vom CO₂ befreite, saubere Gas tritt am oberen Ende des Batchreaktors 44 durch einen Gasauslass 36 aus. Im Bodenbereich des Batchreaktors 44 ist vorzugsweise ein Zerstäuber 46 oder ein ähnliches Mittel angeordnet so angeordnet, dass das einströmende CO₂-GaS durch den Zerstäuber 46 in kleine Bläschen zerteilt oder zerlegt wird und diese Blasen dann durch die Flüssigkeit im Batchreaktor 44 hindurch nach oben steigen. Statt eines Zerstäubers 46 kann auch poröses Material eingesetzt werden, um die Blasenbildung zu erzielen.A device 30 is used whose essential component is a batch reactor 44. The batch reactor 44 has an upper end inlet 35 for the caustic 31 (preferably NaOH). At the lower end of the batch reactor 44 is the CO ₂ inlet 34, through which CO ₂ -GaS (eg flue gas or purified flue gas) enters the device 30. Inside the batch reactor 44 is the liquid. The filling level is designated FH. It is here preferably below the inlet 35 for the alkali lye 31. The batch reactor 44 further comprises an underlying outlet 37. At this outlet 37 NaHCθ ₃ solution can be removed. The clean gas released from the CO ₂ exits the upper end of the batch reactor 44 through a gas outlet 36. In the bottom region of the batch reactor 44, a nebulizer 46 or similar means is preferably arranged so that the incoming CO ₂ -GaS is divided or disassembled by the nebulizer 46 into small bubbles and then these bubbles through the liquid in the Batch reactor 44 rise through it. Instead of a nebulizer 46, porous material can also be used to achieve bubble formation.

Zunächst wird der Batchreaktor 44 mit NaOH-Lösung 31 gefüllt, anschließend wird der Einlass 35 wieder verschlossen. Der Gasauslass 36 ist typischerweise immer offen und sorgt während des Zulaufs für einen Druckausgleich im Batchreaktor 44. Dann wird der CO₂-Einlass 34 geöffnet und CO₂-haltiges Gas durchgeblasen/hineingepumpt. Das CO₂-freie Gas strömt durch den Gasauslass 36 aus dem Reaktor 44.First, the batch reactor 44 is filled with NaOH solution 31, then the inlet 35 is closed again. The gas outlet 36 is typically always open and provides for pressure equalization in the batch reactor 44 during the feed. Then, the CO ₂ inlet 34 is opened and CO ₂ -containing gas is blown / pumped. The CO ₂ -free gas flows out of the reactor 44 through the gas outlet 36.

Vorzugsweise wird ein pH-Wert-Messgerät 45 oder Detektor eingesetzt, um kontinuierlich oder diskontinuierlich den pH-Wert der Flüssigkeit im BatchreaktorPreferably, a pH meter 45 or detector is used to continuously or discontinuously adjust the pH of the liquid in the batch reactor

44 zu messen. Stellt das pH-Wert-Messgerät 45 einen pH-Wert von 8 fest, so wird der CO₂-Einlass 34 verriegelt und die NaHCO₃-Lösung durch den unterliegenden Auslass 37 abgepumpt. Dabei sorgt der geöffnete Gasauslass 36 wieder für Druckausgleich. Anschließend beginnt der Prozess von neuem. Es handelt sich hier also um eine Vorrichtung 30, die für den diskontinuierlichen (Batch-)Betrieb bestimmt ist.44 to measure. If the pH meter 45 detects a pH of 8, the CO ₂ inlet 34 is locked and the NaHCO ₃ solution is pumped out through the underlying outlet 37. The open gas outlet 36 again ensures pressure equalization. Then the process starts again. This is therefore a device 30 which is intended for discontinuous (batch) operation.

Es können Messvorrichtungen für den Volumenstrom am CO₂-Einlass 34 und am Gasauslass 36 ergänzend den Verlauf des Prozesses kontrollieren. Diese Messvorrichtungen können alternativ oder zusätzlich zu dem pH-Wert-MessgerätMeasuring devices for the volume flow at the CO ₂ inlet 34 and at the gas outlet 36 can additionally control the course of the process. These measuring devices may alternatively or in addition to the pH meter

45 eingesetzt werden. Sie könnten den pH-Wert-Messgerät 45 dann vollständig ersetzen, wenn mit sehr hohen C0₂-Konzentrationen > 20% gearbeitet wird. Weitere Detektoren, z. B. für Leitfähigkeit oder Dichte sind einsetzbar, um die Steuerung des Prozesses zu vereinfachen oder zu verbessern.45 are used. You could replace the pH meter 45 completely when working with very high C0 ₂ concentrations> 20%. Other detectors, eg. B. for conductivity or density can be used to simplify the control of the process or improve.

In den folgenden Abschnitten wird das Double-Batch-Verfahren unter Bezugnahme auf Fig. 10 beschrieben, wobei es sich bei Fig. 10 um eine schematische Darstellung handelt. Da dieses Double-Batch-Verfahren imIn the following sections, the double-batch method will be described with reference to FIG. 10, which is a schematic diagram in FIG. Because this double-batch process in the

Wesentlichen auf dem bereits beschriebenen Batch -Verfahren beruht, wird für die grundlegenden Aspekte auf die Beschreibung der Fig. 9 verwiesen.Essentially based on the batch process already described, reference is made to the description of FIG. 9 for the basic aspects.

Der Double-Batch-Prozeß funktioniert analog zum Batch-Prozeß nach Fig. 9. Der Vorteil dieser Vorrichtung 30 mit doppelt ausgelegter Anlage, liegt in der kontinuierlichen Abnahme von CO₂-haltigem Gas. Während ein Batch z.B. im ersten Batchreaktor 44.1 mit CO₂-haltigem Gas versetzt wird, wird der andere Batch im zweiten Batchreaktor 44.2 abgepumpt und neu befüllt. Dieser Double- Batch-Prozeß läuft also intermittierend ab. Es kann ein kontinuierlich anfallender Rauchgasstrom verarbeitet werden. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Ventil 47 um ein Ventil, das entweder den Einlass zum ersten Batchreaktor 44.1 oder den Einlass zum zweiten Batchreaktor 44.2 frei gibt. D.h., das CO₂-haltige Gas strömt entweder in den einen oder den anderen Batchreaktor 44.1, bzw. 44.2.The double-batch process works analogously to the batch process according to FIG. 9. The advantage of this device 30 with a double-layout system lies in the continuous decrease of CO ₂ -containing gas. While a batch, for example, in the first batch reactor 44.1 with CO ₂ -containing gas is added, the other batch is pumped out in the second batch reactor 44.2 and refilled. This double-batch process therefore runs intermittently. It can be processed a continuously accumulating flue gas stream. Preferably, the valve 47 is a valve which releases either the inlet to the first batch reactor 44.1 or the inlet to the second batch reactor 44.2. That is, the CO ₂ -containing gas flows either into one or the other batch reactor 44.1 or 44.2.

In den folgenden Abschnitten wird das Multiple-Batch-Verfahren unter Bezugnahme auf Fig. 11 beschrieben, wobei es sich bei Fig. 11 um eine schematische Darstellung handelt. Da dieses Multiple-Batch-Verfahren im Wesentlichen auf dem bereits beschriebenen Batch -Verfahren beruht, wird für die grundlegenden Aspekte auf die Beschreibung der Fig. 9 und Fig. 10 verwiesen.In the following paragraphs, the multiple-batch method will be described with reference to Fig. 11, which is a schematic diagram in Fig. 11. Since this multiple-batch process is based essentially on the batch process already described, reference is made to the description of FIGS. 9 and 10 for the basic aspects.

Der Multiple-Batch-Prozeß funktioniert analog zum Batch-Prozeß nach Fig. 9. Der Vorteil dieser Vorrichtung 30 z.B. mit fünffach ausgelegter Anlage, liegt darin, dass nicht nur die CO₂-Abnahme kontinuierlich funktioniert, sondern auch der Zustrom von NaOH-Lösung, sowie der Ausfluss von NaHCO₃-Lösung.The multiple-batch process works analogously to the batch process according to FIG. 9. The advantage of this device 30, for example with a five-fold design, lies in the fact that not only the CO ₂ removal works continuously, but also the inflow of NaOH solution , as well as the effluent of NaHCO ₃ solution.

Während aus dem Reaktor I (Batchreaktor 44.1) die fertige NaHCO₃-Lösung durch den unterliegenden Auslass 37 abgepumpt wird (sinkende Füllhöhe FH, wie durch den im Inneren des Reaktors I nach unten weisenden Pfeil angedeutet), ist Reaktor II (Batchreaktor 44.2) im Wartezustand und wird abgepumpt, sobald Reaktor I (Batchreaktor 44.1) leer ist. Gleichzeitig wird in den Reaktor III (Batchreaktor 44.3) CO₂-haltiges Gas durch den CO₂-Einlass 34 eingeblasen, wie durch den nach links weisenden Pfeil im CO₂-Einlass 34 angedeutet. Es ergibt sich im Reaktor III (Batchreaktor 44.3) temporär eine etwas erhöhte Füllhöhe FH, da das Gas die effektive Dichte der Lösung im Reaktor herabsetzt. DerWhile the finished NaHCO ₃ solution is pumped out of the reactor I (batch reactor 44.1) through the underlying outlet 37 (sinking filling level FH, as indicated by the arrow pointing downwards in the interior of the reactor I), reactor II (batch reactor 44.2) is in Waiting state and is pumped off as soon as reactor I (batch reactor 44.1) is empty. At the same time, CO ₂ -containing gas is blown into the reactor III (batch reactor 44.3) through the CO ₂ inlet 34, as indicated by the arrow pointing to the left in the CO ₂ inlet 34. It results in the reactor III (Batch Reactor 44.3) temporarily a slightly increased fill level FH, since the gas reduces the effective density of the solution in the reactor. Of the

Reaktor IV (Batchreaktor 44.4) ist im Wartezustand und wird mit CO₂-haltigem Gas versetzt, sobald die Beendigung der Reaktion in Reaktor III (Batchreaktor 44.3) diagnostiziert wird. Der Reaktor V (Batchreaktor 44.5) wird gleichzeitig mit NaOH-Lösung befüllt (steigende Füllhöhe FH, wie durch den im Inneren des Reaktors V nach oben weisenden Pfeil angedeutet). Das Befüllen mit NaOH- Lösung wird im Bereich des Einlasses 35 durch den nach links weisenden Pfeil angedeutet.Reactor IV (Batch Reactor 44.4) is in the standby state and is charged with CO ₂ -containing gas as soon as the completion of the reaction in Reactor III (Batch Reactor 44.3) is diagnosed. The reactor V (batch reactor 44.5) is simultaneously filled with NaOH solution (increasing filling level FH, as indicated by the arrow pointing upwards inside the reactor V). Filling with NaOH Solution is indicated in the region of the inlet 35 by the arrow pointing to the left.

Das Befüllen mit Alkalilauge 31 (vorzugsweise NaOH) geschieht durch die Einlasse 35. Das CO₂-haltige Gas wird durch die CO₂-Einlässe 34 eingeblasen und die fertige NaHCO₃-Lösung wird durch die unterliegenden Auslässe 37 abgepumpt oder entnommen.The filling with alkali lye 31 (preferably NaOH) occurs through the inlet 35. The CO ₂ -containing gas is blown through the CO ₂ inlets 34 and the final NaHCO ₃ solution is pumped or removed through the underlying outlets 37.

Durch eine optimierte Prozessregelung kann der Multiple-Batch-Prozeß auch auf 3 Reaktoren 44.1 bis 44.3 reduziert werden. Die kontinuierliche Abnahme an denThrough an optimized process control, the multiple-batch process can also be reduced to 3 reactors 44.1 to 44.3. The continuous decrease in the

Einlassen 35 und 34 sowie die Auslässe 37 wären aber anfälliger auf Störungen oder wechselnde CO₂-Gehalte im (Rauch-)Gas. In jedem Fall würden mehrInlet 35 and 34 and the outlets 37 would be more susceptible to disturbances or changing CO ₂ content in the (smoke) gas. In any case, more would be needed

Sensoren benötigt, um den Fortschritt der Reaktion zu kontrollieren, um beispielweise die Stärke des CO₂-Durchflusses anzupassen.Sensors are needed to control the progress of the reaction, for example, to adjust the strength of the CO ₂ flow.

Durch Erhöhung der Zahl der Reaktoren, kann der Durchfluss aller Ströme beliebig (aber gekoppelt) erhöht werden.By increasing the number of reactors, the flow of all streams can be arbitrarily (but coupled) increased.

Natriumcarbonat (Na₂CO₃/ Soda):Sodium carbonate (Na ₂ CO ₃ / soda):

Das Natriumhydrogencarbonat (NaHCOs) kann durch langsames Erwärmen (Zufuhr von Energie E2) getrocknet und damit als Pulver (kalziniertes Soda = wasserfreies Natriumcarbonat: Na₂CO₃) bereitgestellt werden. Dieser Vorgang ist in Fig. 5 schematisch angedeutet. Hierfür bedarf es eines Energieaufwands, der in Fig. 5 mit Energieaufwand 2 bezeichnet ist. Vorzugsweise wird das beim Erwärmen entstehende Süßwasser aufgefangen. Das Erwärmen geschieht vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 80⁰C und 300⁰C, vorzugsweise bei 170⁰C bis 180⁰C und das freigesetzte CO₂ wird über eine Rückführung 204 in den Kreislauf zurück geführt, wie in Fig. 5 durch den senkrecht nach oben verlaufenden Pfeil und in Fig. 12 durch die gestrichelte Line 204 angedeutet. Analog kann man mit den anderen Alkalihydrogencarbonaten 26 verfahren.The sodium bicarbonate (NaHCOs) can be dried by slow heating (supply of energy E2) and thus provided as a powder (calcined soda = anhydrous sodium carbonate: Na ₂ CO ₃ ). This process is indicated schematically in FIG. This requires an energy expenditure, which is designated in FIG. 5 with energy expenditure 2. Preferably, the fresh water produced during heating is collected. The heating is preferably carried out at a temperature between 80 ⁰ C and 300 ⁰ C, preferably at 170 ⁰ C to 180 ⁰ C and the liberated CO ₂ is recycled via a return 204 in the circuit, as in Fig. 5 by the perpendicular to above arrow and indicated in Fig. 12 by the dashed line 204. The same procedure can be followed with the other alkali bicarbonates 26.

Das Alkalicarbonat (z.B. Natriumcarbonat) kann gelagert werden, um das CO₂ dauerhaft zu binden. Das Alkalicarbonat (z.B. Natriumcarbonat) kann aber auch in chemischen Prozessen eingesetzt werden, bei denen möglichst kein CO₂ entsteht (siehe Box 209 in Fig. 12).The alkali carbonate (eg sodium carbonate) can be stored to permanently bind the CO ₂ . The alkali carbonate (eg sodium carbonate) can also be used in chemical processes in which no possible CO ₂ is formed (see box 209 in Fig. 12).

Besonders bevorzugt ist ein Ansatz, bei dem Natriumcarbonat, oder ein anderes Alkalicarbonat in einem Teilprozess zur Neutralisierung der Rauchgase eingesetzt wird, wie weiter unten beschrieben (siehe Box 207 in Fig. 12).Particularly preferred is an approach in which sodium carbonate, or other alkali carbonate is used in a sub-process to neutralize the flue gases, as described further below (see box 207 in Fig. 12).

Die Rauchgase (siehe Rauchgaszufuhr 200 in Fig. 1 und in Fig. 12) des Kraftwerks 41 werden in eine hochkonzentrierte Alkalilauge 31 eingeleitet, wie erwähnt (siehe 206 in Fig. 12). Auf diesem Weg entsteht Alkalihydrogencarbonat 26 und/oder Alkalicarbonat, das mehr oder weniger verschmutzt ist, weil sich im Rauchgas noch andere Gase und Stoffe befinden können (je nachdem mit welchen anderen Teilprozessen 214, 207, 217 dieser Reinigungsprozess durchgeführt wird).The flue gases (see flue gas supply 200 in FIG. 1 and FIG. 12) of the power plant 41 are introduced into a highly concentrated caustic 31, as mentioned (see 206 in FIG. 12). In this way, alkali bicarbonate 26 and / or alkali carbonate, which is more or less polluted, because in the flue gas other gases and substances may be (depending on which other sub-processes 214, 207, 217 this cleaning process is performed).

Gemäß Erfindung kommt eine Alkalilauge 31 zum Einsatz, wie erwähnt. Es gibt verschiedene Wege, um die Alkalilauge 31 bereit zu stellen. Besonders bevorzugt sind die Ansätze, die auf einer Alkalisalzelektrolyse beruhen und die im Folgenden beschrieben werden. In Fig. 12 sind drei verschiedene Ansätze zum Bereitstellen oder Herstellen von Alkalilauge 31 mit den Bezugszeichen 210, 211 und 212 gekennzeichnet.According to the invention, an alkali lye 31 is used, as mentioned. There are several ways to provide the alkali lye 31. Particularly preferred are the approaches which are based on an alkali metal salt electrolysis and which are described below. In FIG. 12, three different approaches for providing or producing alkali lye 31 are designated by the reference symbols 210, 211 and 212.

Folgende Chloralkali-Elektrolyseverfahren sind besonders vorteilhaft:The following chloralkali electrolysis processes are particularly advantageous:

A. Amalgam-Verfahren (210), B. Diaphragma-Verfahren (211),A. Amalgam Method (210), B. Diaphragm Method (211),

C. Membran-Verfahren (212).C. Membrane Method (212).

Diese Chloralkali-Elektrolyseverfahren haben unterschiedliche Vor- und Nachteile in Energieverbrauch (A.>B. >C), Reinheit der Ausgangsstoffe (C>A.>B.) und Reinheit der Produkte (A.>C>B.) sowie dem Wartungsaufwand der Anlagen (groß bei C). Wenn besonders reine Alkalihydrogencarbonatprodukte oder Alkalicarbonatprodukte für die Weiterverarbeitung benötigt werden, dann wird gegenwärtig das Verfahren A. bevorzugt, auch wenn diese Verfahren A. etwas mehr Energie erfordert. Wenn es um das Erzeugen von dauerhaft einlagerbarem oder zwischenlagerbarem Alkalihydrogencarbonat oder Alkalicarbonat geht, dann eignet sich das Verfahren B. am besten.These chloralkali electrolysis processes have different advantages and disadvantages in terms of energy consumption (A.>B.> C), purity of the starting materials (C>A.> B.) And purity of the products (A.>C> B.) As well as the maintenance effort of plants (big at C). If particularly pure alkali bicarbonate products or alkali carbonate products are needed for further processing, then currently the process A. is preferred, although this process requires somewhat more energy A. When it comes to generating permanently storable or interposable alkaline bicarbonate or alkali carbonate, then process B is best suited.

Diese Chloralkali-Elektrolyseverfahren zur Basenherstellung wurden bewusst ausgewählt, da diese Verfahren keinen direkten C0₂-Ausstoß verursachen und da der Energieverbrauch durch die Ankopplung an ein Kraftwerk gedeckt werden kann. Mit dem Chloralkali-Elektrolyseverfahren werden gemäß Erfindung ohne direkten C0₂-Ausstoß Alkalilaugen 31 (z.B. Natriumhydroxid; NaOH) hergestellt.These alkaline-state chlor-alkali electrolysis processes have been deliberately chosen because these processes do not cause direct CO ₂ emissions and energy consumption can be met by coupling to a power plant. According to the invention, the chloralkali electrolysis process produces alkali lye 31 (eg sodium hydroxide, NaOH) without direct CO ₂ emission.

Durch den Einsatz von Alkalilaugen kann die Prozesstechnik deutlich einfacher gestaltet werden als bei anderen CO₂-Bindungs- oder -Wasch-Verfahren. Gemäß der Reaktionsgleichungen (7) und (8)Through the use of alkali solutions, the process technology can be made significantly simpler than other CO ₂ binding or washing processes. According to reaction equations (7) and (8)

NaOH + CO₂ → NaHCO₃ (7)NaOH + CO ₂ → NaHCO ₃ (7)

2 NaOH + CO₂ → Na₂CO₃ + H₂O (8)2 NaOH + CO ₂ → Na ₂ CO ₃ + H ₂ O (8)

kann CO₂ direkt zu den gewünschten Produkten Natron oder Natriumcarbonat umgesetzt werden, wenn man mit Natronlauge (NaOH) arbeitet. Die anderen Alkalilaugen können analog eingesetzt werden. Die entsprechende Prozessführung ist in Fig. 5 schematisch dargestellt.CO ₂ can be converted directly to the desired products of soda or sodium carbonate when working with caustic soda (NaOH). The other alkali solutions can be used analogously. The corresponding process control is shown schematically in FIG.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Binden von CO₂ ist aber nicht nur aus umwelttechnischer Sicht optimiert worden, sondern es ist auch aus betriebswirtschaftlicher Sicht sinnhaltig. Einerseits ergibt sich die Sinnhaltigkeit aus der Energie- und Kostenbilanz, die dann besonders günstig ausfällt, wenn das erfindungsgemäße Verfahren im Umfeld eines Kraftwerks oder eines anderen industriellen Prozesses durchgeführt wird, da man hier mit einer Wärmekopplung und mit der direkten Weiterverwendung von elektrischem Strom (z.B. für die Elektrolyse) arbeiten kann. Über diesen Weg kann ein Teil der Energie genutzt werden, die ansonsten entweder ungenutzt bleibt, oder die ansonsten mit großem Aufwand, z.B. mittels eines Fernwärmesystems, nutzbar gemacht werden muss. Rein vom Preis der Edukte und Produkte her betrachtet, liegt der Preis für Natriumcarbonat (Na₂CO₃) zurzeit ca. beim 4-fachen des Preises für die Natronlauge (NaOH).The inventive method for binding of CO ₂ has not only been optimized from an environmental point of view, but it is also meaningful from a business point of view. On the one hand, the meaningfulness results from the energy and cost balance, which then turns out to be particularly favorable if the method according to the invention is carried out in the environment of a power plant or another industrial process, since here with a heat coupling and with the direct reuse of electric current (eg for electrolysis). This way, part of the energy can be used, which otherwise either remains unused, or otherwise with great effort, eg by means of a district heating system, must be made usable. The price for sodium carbonate (Na ₂ CO ₃ ) is currently approx. 4 times the price for caustic soda (NaOH) at the price of the educts and products.

Durch die Chloralkali-Elektrolyse z.B. einer speziell erzeugten NaCI-Lösung, oder von vorgereinigtem, aufkonzentriertem Meerwasser, werden die folgenden wertvollen Produkte erhalten : Natriumhydroxid (NaOH), Chlor (Cl₂) und Wasserstoff (H₂).The chloralkali electrolysis, for example, of a specially produced NaCl solution, or of pre-purified, concentrated seawater, yields the following valuable products: sodium hydroxide (NaOH), chlorine (Cl ₂ ) and hydrogen (H ₂ ).

Der Wasserstoff (H₂) kann entweder in das Kraftwerk zurückgeführt werden, um dort als Energielieferant eingesetzt zu werden, oder der Wasserstoff kann gespeichert oder abtransportiert werden. Auf diese Weise könnten Kraftwerke in der Zukunft zusätzlich Wasserstoff produzieren. Der Wasserstoff eignet sich besonders als temporärer Energiespeicher und die Energie des gespeicherten Wasserstoffs kann zum Beispiel freigesetzt werden (durch Verbrennung oder in einer Brennstoffzelle), wenn Spitzenlasten anfallen.The hydrogen (H ₂ ) can either be returned to the power plant to be used there as an energy supplier, or the hydrogen can be stored or transported away. In this way, power plants could produce additional hydrogen in the future. The hydrogen is particularly suitable as a temporary energy storage and the energy of the stored hydrogen, for example, can be released (by combustion or in a fuel cell) when peak loads occur.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat weitere inhärente Vorteile, da die Stoffe, die gebraucht werden (Edukte) oder erzeugt werden (Produkte oder Wertstoffe), eine Materialgruppe bilden, die in anderen Zusammenhängen im Umfeld eines Kraftwerks 41 oder eines anderen industriellen Prozesses, sowie von Heizungen oder Verbrennungsanlagen, vorteilhaft eingesetzt werden können (siehe Teilprozesse 214, 207 und 217 in Fig. 12).The process according to the invention has further inherent advantages, since the substances that are needed (educts) or produced (products or recyclables), form a group of materials in other contexts in the vicinity of a power plant 41 or other industrial process, as well as of heaters or Incineration plants, can be used advantageously (see sub-processes 214, 207 and 217 in Fig. 12).

Gewinnung von Ammoniak NH₃ nach dem Haber-Bosch-Verfahren:Recovery of ammonia NH ₃ according to the Haber-Bosch process:

Ammoniak kann optional z.B. zur Entstickung (Box 217 in Fig. 12) der Kraftwerksabgase (Rauchgas) verwendet werden, wie in der folgenden Gleichung (9) angedeutet:Ammonia may optionally be added e.g. for denitrification (box 217 in Fig. 12) of the power plant exhaust gases (flue gas) can be used, as indicated in the following equation (9):

4 NH₃ + 4NO + O₂ 4 4 N₂ + 6 H₂O (9)4 NH ₃ + 4NO + O ₂ 4 4 N ₂ + 6 H ₂ O (9)

Es wird bei diesem Verfahren ein Katalysator gebraucht.A catalyst is needed in this process.

Ammoniak kann durch direkte Vereinigung von Stickstoff und Wasserstoff nach Gleichung (10) hergestellt werden : JM ₂ + 3 H₂ ≠ 2 NH₃ + 92 fcJ (10)Ammonia can be prepared by directly combining nitrogen and hydrogen according to equation (10): JM ₂ + 3 H ₂ ≠ 2 NH ₃ + 92 fcJ (10)

In Fig. 12 ist dieser Weg mit dem Bezugszeichen 218 gekennzeichnet. Die Ammoniaksynthese nach Gleichung (10) ist exotherm (Reaktionsenthalpie - 92.28 kJ/mol). Es handelt sich um eine Gleichgewichtsreaktion, die unter Volumenverminderung verläuft. Der Stickstoff kann zu Beispiel nach dem Linde- Verfahren bereit gestellt werden, bei dem aus der Umgebungsluft einerseits der Sauerstoff und andererseits der Stickstoff abgetrennt wird, wie in Fig. 7 schematisch durch den Verfahrensblock 41 dargestellt. Der entsprechendeIn Fig. 12, this path is indicated by reference numeral 218. The ammonia synthesis according to equation (10) is exothermic (reaction enthalpy - 92.28 kJ / mol). It is an equilibrium reaction that proceeds with volume reduction. The nitrogen can be provided, for example, according to the Linde method, in which, on the one hand, the oxygen and, on the other hand, the nitrogen are separated from the ambient air, as represented schematically by the method block 41 in FIG. The corresponding

Verfahrensblock 41 kann Teil der Gesamtanlage 40 zur NH₃-Synthese sein. Die Gesamtanlage 40 zur NH₃-Synthese kann wiederum Teil die Rauchgasreinigung 51 der Gesamtanlage 50 (siehe Fig. 1) sein.Process block 41 may be part of the overall system 40 for NH ₃ synthesis. The overall system 40 for NH ₃ synthesis can again be part of the flue gas cleaning 51 of the overall system 50 (see FIG. 1).

Da die NH₃-Synthese nach (10) exotherm ist und unter Volumenverminderung abläuft, besteht eine Abhängigkeit der Ausbeute an NH₃ von Druck und Temperatur. Die exotherme Reaktion (10) verschiebt sich mit steigender Temperatur auf die Seite der Ausgangsprodukte, d. h. bei hoher Temperatur ist die Ausbeute an NH₃ geringer. Reaktionen mit Volumenabnahme verlagern sich bei Drucksteigerung auf die Seite der Endprodukte, d. h. hier zu höherenSince the NH ₃ synthesis according to (10) is exothermic and proceeds under volume reduction, there is a dependence of the yield of NH ₃ on pressure and temperature. The exothermic reaction (10) shifts with increasing temperature on the side of the starting materials, ie at high temperature, the yield of NH _{3 is} lower. Reactions with volume decrease shift with pressure increase on the side of the end products, ie here to higher

Ausbeuten an NH₃. Daher wird gemäß Erfindung vorzugsweise die NH₃-Synthese in einem NH₃-Synthese-Reaktor, z.B. in Form eines gekühlten Druckgefässes 43, durchgeführt. Besonders bevorzugt ist im vorliegenden Zusammenhang wiederum eine Kühlung mittels Meerwasser oder Wasser. Es kann auch hier eine Kühleinrichtung 42 eingesetzt werden, die wiederum Teil einer Reihenschaltung von meerwassergekühlten Kühleinrichtungen 16, 32 und 42 ist.Yields of NH ₃ . Therefore, according to the invention, preferably the NH ₃ synthesis is carried out in a NH ₃ synthesis reactor, for example in the form of a cooled pressure vessel 43. In the present context, cooling by means of seawater or water is particularly preferred. It can also be used here, a cooling device 42, which in turn is part of a series circuit of seawater cooled cooling devices 16, 32 and 42.

Die NH₃-Synthese nach (10) kann in einer bevorzugten Ausführungsform einen Teil der Energie zur Verfügung stellen, die z.B. für das Betreiben des thermische Destillationsverfahrens zur Bereitstellung der Alkalisalzsole 24 benötigt wird, falls man von Meerwasser als Salzlieferant ausgeht. Die Energie kann aber auch für die Elektrolyse (Energieaufwand 1; El) und Erzeugung der Alkalilauge 31 eingesetzt werden. Alternativ kann auch hier eine Kühlung mit einem Wärmetransfermedium vorgenommen werden, wie weiter oben beschrieben, um die Energie zu dem Heizbereich 12 zu fördern.The NH ₃ synthesis according to (10) may, in a preferred embodiment, provide a portion of the energy needed, for example, to operate the thermal distillation process to provide the alkali salt brines 24, assuming seawater as the salt source. However, the energy can also be used for the electrolysis (energy expenditure 1, El) and production of the alkali lye 31. Alternatively, cooling with a heat transfer medium can also be carried out here, as described above, in order to convey the energy to the heating area 12.

Falls gewünscht, kann bei Bedarf aus dem Ammoniak (NH₃) auch Harnstoff nach folgender Gleichung (11) hergestellt werden. In Fig. 12 ist dieser Teilprozess durch das Bezugszeichen 219 gekennzeichnet. Bei diesem Prozess wird wiederum ein Anteil des CO₂ gebunden.If desired, urea can also be prepared from the ammonia (NH ₃ ) according to the following equation (11) if required. In Fig. 12, this sub-process is indicated by reference numeral 219. In this process, a portion of the CO _{2 is} bound again.

2 NH₃ + CO₂ ^■» (NH₂)₂CO + H₂O (11)2 NH ₃ + CO ₂ ^■ "(NH _{2) 2} CO + H ₂ O (11)

Dieser optionale Teilprozess (11) kann eingesetzt werden, falls man zum Beispiel in dem parallel ablaufenden Kraftwerks- oder Industrieprozess Harnstoff braucht, um Russpartikel oder andere Schadstoffe aus den Abgasen (Rauchgas) zu entfernen. Die Entrußung mittels Harnstoff ist in Fig. 12 durch das Bezugszeichen 214 gekennzeichnet.This optional sub-process (11) can be used if, for example, in the parallel power plant or industrial process, urea is needed to remove soot particles or other pollutants from the exhaust gases (flue gas). The urea discharge is indicated by reference numeral 214 in FIG.

Der Harnstoff kann aber auch als Energiespeicher eingesetzt werden, da sich Harnstoff gut und problemlos speichern und/oder transportieren lässt.The urea can also be used as an energy storage, since urea can be easily and easily stored and / or transported.

Natriumhydrogencarbonat oder Natriumcarbonat und andere Alkalihydrogencarbonate oder -carbonate zur Neutralisation saurer KomponentenSodium bicarbonate or sodium carbonate and other alkali metal bicarbonates or carbonates for the neutralization of acidic components

Als ein Teilprozess kann, analog zum Neutrec© Verfahren oder Natriumhydrogencarbonat-(„Bikarbonat"-)Verfahren, Natriumbicarbonat eingesetzt werden, um die sauren Bestandteile des Rauchgases (Salzsäure, Schwefeldioxid, Flusssäure usw.) zu neutralisieren (siehe Box 207 in Fig. 12). Durch Hinzufügung von Aktivkohle bzw. Herdofenkoks, können zusätzlich auch Schwermetalle sowie Dioxine und Furane abgeschieden werden. Die bei der Neutralisation der sauren Rauchgasbestandteile entstehenden Natriumverbindungen (Natriumchlorid, Natriumsulfat, Natriumfluorid, Natriumcarbonat usw.) werden durch Filtertechniken von den Rauchgasen getrennt. Das Natriumchlorid kann optional wiederverwendet werden (siehe Box 216 in Fig. 12). Die Neutralisation der sauren Komponenten durch das Natriumhydrogencarbonat kann durch die folgenden Reaktionsgleichungen beschrieben werden :As a partial process, sodium bicarbonate can be used analogously to the Neutrec® process or sodium bicarbonate ("bicarbonate") process to neutralize the acidic constituents of the flue gas (hydrochloric acid, sulfur dioxide, hydrofluoric acid, etc.) (see box 207 in FIG. 12) In addition, heavy metals as well as dioxins and furans can be separated by addition of activated charcoal or hearth furnace coke.The sodium compounds (sodium chloride, sodium sulphate, sodium fluoride, sodium carbonate, etc.) resulting from the neutralization of the acid flue gas components are separated from the flue gases by filtering techniques Sodium chloride may optionally be reused (see box 216 in Figure 12). The neutralization of the acidic components by the sodium hydrogencarbonate can be described by the following reaction equations:

NaHCO₃ + HCl -» NaCI + H₂O + CO₂ (12)NaHCO ₃ + HCl - »NaCl + H ₂ O + CO ₂ (12)

2 NaHCO₃ + SO₂ + 1/2 O₂ -» Na₂SO₄ + H₂O + 2 CO₂ (13)2 NaHCO ₃ + SO ₂ + 1/2 O ₂ -> Na ₂ SO ₄ + H ₂ O + 2 CO ₂ (13)

NaHCO₃ + HF -» NaF + H₂O + CO₂ (14)NaHCO ₃ + HF - »NaF + H ₂ O + CO ₂ (14)

Bei diesen drei Reaktionen entsteht neben den Natriumverbindungen NaCI, Na₂SO₄ und NaF auch CO₂. Damit dieser CO₂-Anteil entfernt werden kann, bietet es sich an auch diesen CO₂-Anteil in die Alkalilauge 31 einzuleiten. In Fig. 12 ist ein Ansatz gezeigt, bei dem die Neutralisierung (Box 207) geschieht, bevor das CO₂ in die Alkalilauge 31 (Box 205) geleitet wird.In addition to the sodium compounds NaCl, Na ₂ SO ₄ and NaF, these three reactions also produce CO ₂ . So that this CO ₂ content can be removed, it is also advisable to introduce this CO ₂ fraction into the alkali lye 31. In Fig. 12, an approach is shown in which the neutralization (box 207) occurs before the CO _{2 is passed} into the caustic 31 (box 205).

Bei der beschriebenen Neutralisation mit Natriumhydrogencarbonat wird das Natriumhydrogencarbonat mit den heißen Rauchgasen in Kontakt gebracht. Dadurch wird es thermisch aktiviert und zu Natriumcarbonat (Soda; Na₂CO₃) mit großer spezifischer Oberfläche und Porosität umgewandelt, wie durch folgende Gleichung (15) angedeutet:In the described neutralization with sodium bicarbonate, the sodium bicarbonate is brought into contact with the hot flue gases. Thereby, it is thermally activated and converted into sodium carbonate (soda; Na ₂ CO ₃ ) having a high specific surface area and porosity, as indicated by the following equation (15):

2 NaHCO₃ -» Na₂CO₃ + H₂O + CO₂ (15)2 NaHCO ₃ - »Na ₂ CO ₃ + H ₂ O + CO ₂ (15)

Gemäß Erfindung kann das Neutralisationsverfahren 207 noch besser und ökologischer gestaltet werden, indem Natriumhydrogencarbonat (NaHCO₃) durch Natriumcarbonat (Soda; Na₂CO₃) ersetzt wird. Dieses Soda fällt gemäß Erfindung als Produkt des Verfahrens an und kann zum Teil in derselben Anlage zur Neutralisation der sauren Komponenten des Rauchgases eingesetzt werden.According to the invention, the neutralization process 207 can be made even better and more ecological by replacing sodium bicarbonate (NaHCO ₃ ) with sodium carbonate (soda, Na ₂ CO ₃ ). This soda falls according to the invention as a product of the process and can be used in part in the same plant for the neutralization of the acidic components of the flue gas.

Wenn Natriumcarbonat eingesetzt wird, dann entfällt die gesamte Logistik, die im Zusammenhang mit den NEUTREC© Verfahren zum Bereitstellen und Mahlen des Natriumhydrogencarbonats erforderlich ist. Es wird daher in einem besonders vorteilhaften Verfahren direkt Natriumcarbonat eingesetzt, dass auch als „aktiviertes Carbonat" bezeichnet wird. Durch den Einsatz des „aktivierten Carbonats" ergibt sich eine deutlich höhere Effizienz bei der Neutralisation der sauren Bestandteile. Kühlvorrichtungen:When sodium carbonate is used, all the logistics associated with the NEUTREC © process of providing and grinding the sodium bicarbonate are eliminated. It is therefore used in a particularly advantageous method directly sodium carbonate, which is also referred to as "activated carbonate." By using the "activated carbonate" results in a significantly higher efficiency in the neutralization of the acidic components. Coolers:

Im vorliegenden Zusammenhang ist verschiedentlich von Kühlvorrichtungen die Rede. Es liegt auf der Hand, dass es verschiedene Wege gibt, um solche Kühlvorrichtungen zu realisieren.In the present context, there is variously talk of cooling devices. It is obvious that there are various ways to realize such cooling devices.

Süßwasser:Freshwater:

Ein weiterer wesentlicher Aspekt der Erfindung wird darin gesehen, dass beim Binden von CO₂, das aus einem Verbrennungs-, Pyrolyse- oder anderem industriellen Prozess stammt, neben dem wertvollen Alkalicarbonat (z.B. Soda) auch Trinkwasser/Süßwasser entsteht. Diese Wasser ist quasi ein Abfallprodukt und kann z.B. für die Trinkwasserversorgung oder die Bewässerung eingesetzt werden.Another essential aspect of the invention is seen in the fact that when binding CO ₂ , which comes from a combustion, pyrolysis or other industrial process, in addition to the valuable alkali carbonate (eg soda) also drinking water / fresh water is produced. This water is virtually a waste product and can be used eg for drinking water supply or irrigation.

Weitere Aspekte der Erfindung:Further aspects of the invention:

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Rauchgasreinigung, insbesondere zur Rauchgasreinigung und zum Binden von gasförmigem CO₂, umfasst zusammenfassend die folgenden Schritte :The inventive method for flue gas cleaning, in particular for flue gas cleaning and for binding of gaseous CO ₂ , comprises in summary the following steps:

1. Bereitstellen einer Alkalisalzsole 24 mit erhöhter Salzkonzentration (Box 202),1. Providing an alkali salt brine 24 with increased salt concentration (box 202),

2. Umwandeln der Alkalisalzsole 24 unter Zufuhr von Energie (El) in eine Alkalilauge 31 (Box 205), 3. Bereitstellen von Rauchgas, das unter anderem CO₂ aus einem Oxidations2. converting the alkali salt brine 24 with the supply of energy (El) into an alkali lye 31 (box 205), 3. providing flue gas containing, inter alia, CO ₂ from an oxidation

-oder Reduktionsprozess enthält,-or contains reduction process,

4. Einleiten (206) des Rauchgases und/oder des CO₂ in die Alkalilauge 31 (Bezugszeichen 206),4. introducing (206) the flue gas and / or the CO ₂ into the alkali lye 31 (reference numeral 206),

5. Abtrennen (208) von Alkalihydrogencarbonat (z.B. NaHCO₃) und/oder Alkalicarbonat (z. B. Na₂CO₃) aus der Alkalilauge 31 oder5. separating (208) from alkali hydrogen carbonate (eg NaHCO ₃ ) and / or alkali carbonate (eg Na ₂ CO ₃ ) from the alkali lye 31 or

Ablassen/Abpumpen von Alkalihydrogencarbonat (z. B. NaHCO₃) und/oderDraining / pumping out of alkaline hydrogen carbonate (eg NaHCO ₃ ) and / or

Alkalicarbonat (z. B. Na₂CO₃).,Alkali carbonate (eg Na ₂ CO ₃ ).,

Vorzugsweise wird in einem optionalen, weiteren Schritt das Alkalihydrogencarbonat (z. B. NaHC0₃)und/oder Alkalicarbonat (z. B. Na₂CO₃) eingesetzt, um einen Teilprozess zur Neutralisierung des Rauchgases (Box 207) damit zu speisen. Vorzugsweise wird dieser Teilprozess vor dem Teilprozess nach Schritt 4 durchgeführt.Preferably, in an optional, further step, the alkali hydrogen carbonate (eg NaHCO ₃ ) and / or alkali metal carbonate (eg Na ₂ CO ₃ ) is used to form a sub-process for neutralizing the flue gas (Box 207). to dine with it. Preferably, this sub-process is performed before the sub-process after step 4.

Die hier beschriebenen Verfahren sind besonders ökologisch, da zum einen Rauchgase effizient gereinigt und zum anderen anfallende Wertstoffe (wertvolle Produkte) ohne Belastung von Wasser und Boden eingelagert, weiterverwendet oder wiederverwendet werden (siehe Box 209 in Fig. 12).The methods described here are particularly ecological, since, on the one hand, flue gases are efficiently cleaned and, on the other hand, valuable materials (valuable products) are stored, reused or reused without contamination of water and soil (see box 209 in FIG. 12).

Es wird eine Gesamtlösung für die Reinigung von Rauchgasen bereitgestellt. Das entsprechende Verfahren besteht aus mehreren Teilprozessen, die durch die geschickte Wahl der Materialgruppe besonders effizient und einfach sind.It provides a total solution for the purification of flue gases. The corresponding procedure consists of several sub-processes, which are particularly efficient and simple due to the clever choice of the material group.

In einem nachgeschalteten Teilprozess kann Natriumsalz (z.B. NaCI) aus den Reststoffen der Rauchgasreinigung (z.B. aus den Natriumprodukten, die bei der Neutralisierung, Box 207, anfallen) gewonnen werden. Dieses Natriumsalz kann gemäß Erfindung in dem Verfahren erneut eingesetzt werden (siehe Box 216 in Fig. 12). Durch das so gewonnene Natriumsalz kann also die Salzzufuhr 26 aus Meerwasser (Box 201) oder das Erzeugen von Salzsole aus festen Salzen (Box 203) ergänzt werden.In a downstream sub-process, sodium salt (e.g., NaCl) can be recovered from the flue gas cleaning residue (e.g., from the sodium products resulting from neutralization, Box 207). This sodium salt may be reused in the process according to the invention (see box 216 in FIG. 12). The sodium salt thus obtained can therefore be used to supplement the salt feed 26 from seawater (box 201) or the production of brine from solid salts (box 203).

Selbst mit verunreinigter Salzsole kann das erfindungsgemäße Verfahren effizient und sicher betrieben werden, wobei in diesem Fall vorzugsweise mit dem Amalgamverfahren A. gearbeitet werden sollte. Der Einsatz verunreinigter Salzsole hätte aber zur Folge, dass die entstehende NaOH und auch das nachfolgend entstehende NaHCO₃ entsprechend verunreinigt wären.Even with contaminated brine, the inventive method can be operated efficiently and safely, in which case preferably should be used with the amalgam method A. However, the use of contaminated brine would have the consequence that the resulting NaOH and also the resulting NaHCO ₃ would be contaminated accordingly.

In einem weiteren Teilschritt können gemäß Erfindung auch die Stickoxide im Rauchgas (als NOx bezeichnet), beseitigt werden (Box 217). Um dies zu ermöglichen, kann zum Beispiel das NOx in den Rauchgasen durch ein Katalysatorsystem (z.B. ein SCR; selektive katalytische Reduktion) gereinigt werden, wie bereits weiter oben erwähnt. Vorzugsweise wird in einem solchen System zur Beseitigung oder Reduzierung der Stickoxide Harnstoff als Reduktionsmittel eingesetzt. Die SCR Technologie kann besonders vorteilhaft als einer der letzten Teilprozesse zur Rauchgasbehandlung eingesetzt werden, da es auch in der Lage ist Ammoniak-Rückstände im Rauchgas zu beseitigen. Das kann wichtig sein, falls das Rauchgas an sich Ammoniak enthält, wie das z.B. bei den Rauchgasen eines Zementwerks der Fall sein kann, oder das kann wichtig sein, falls in anderen Teilprozessen Ammoniak zum Einsatz kommt.In a further partial step, according to the invention, the nitrogen oxides in the flue gas (referred to as NOx) can be eliminated (box 217). To facilitate this, for example, the NOx in the flue gases may be purified by a catalyst system (eg, SCR; selective catalytic reduction), as previously mentioned. Preferably, urea is used as the reducing agent in such a system for eliminating or reducing the nitrogen oxides. The SCR technology can be used particularly advantageously as one of the last sub-processes for flue gas treatment, since it is also able to eliminate ammonia residues in the flue gas. That can be important if the flue gas contains ammonia per se, as may be the case with the flue gases of a cement plant, or that may be important if in other sub-processes ammonia is used.

Die Beseitigung von Stickoxiden kann aber auch durch die Eindüsung von Ammoniak im Feuerungsraum (z.B. im Kessel eines Kraftwerks 41) nach dem Verfahren der Nicht-Katalytischen Entstickung (SNCR-Verfahren) erfolgen.However, the removal of nitrogen oxides may also be effected by the injection of ammonia into the firing space (e.g., in the boiler of a power plant 41) by the non-catalytic denitrification (SNCR) process.

Der beim SCR Verfahren neben Wasserdampf entstehende Stickstoff kann z.B. im Haber-Bosch-Verfahren eingesetzt werden.The nitrogen produced in the SCR process in addition to water vapor can e.g. used in the Haber-Bosch process.

Der apparatetechnische Aufwand ist gemäß Erfindung besonders niedrig, da in allen Teilverfahren ähnliche oder artverwandte Stoffe eingesetzt werden. Bei einer geeigneten, kaskadenartigen Kopplung der Teilprozesse können sogar Produkte des einen Teilprozesses in anderen Teilprozessen eingesetzt werden, wie beschrieben.The apparatus technical effort is particularly low according to the invention, since similar or related substances are used in all sub-procedures. With a suitable, cascade-like coupling of the sub-processes, even products of one sub-process can be used in other sub-processes, as described.

Salz und Kohle sind übrigens die wichtigsten Rohstoffe, die Deutschland besitzt. Das Salz kann eingesetzt werden, um die Alkalisalzsole bereitzustellen. Damit stehen in Deutschland, aber auch in vielen anderen Ländern, alle wichtigen Rohstoffe vor Ort zur Verfügung.Incidentally, salt and coal are the most important raw materials that Germany owns. The salt can be used to provide the alkali salt sols. Thus, in Germany, but also in many other countries, all important raw materials are available on site.

Das hier beschriebene Verfahren und die entsprechende Anlage 50 lässt sich nicht nur in stationären, sondern auch in fahrbaren Anlagen einsetzen. Das Verfahren kann auch zum Reinigen der Abgase von Fahrzeugen eingesetzt werden, wobei der apparative Aufbau entsprechend angepasst werden muss.The method described here and the corresponding system 50 can be used not only in stationary but also in mobile systems. The method can also be used for cleaning the exhaust gases of vehicles, the apparatus design must be adjusted accordingly.

Der in der vorliegenden Anmeldung aufgezeigte Weg ist deutlich besser und weniger riskant, als das Einpumpen von gasförmigem CO₂ Gas in kalkhaltige Gesteinsschichten. Das vorliegende Verfahren hat wesentliche Vorteile auch gegenüber den Verfahren, bei denen Gestein aufbreitet und gemahlen werden muss, um mittels Carbonatbildung CO₂ Gas einzufangen. The pathway shown in the present application is significantly better and less risky than pumping gaseous CO ₂ gas into calcareous rock strata. The present process also has significant advantages over the processes in which rock is spread and ground to capture CO ₂ gas by carbonate formation.

Claims

Patentansprüche: claims:

1) Verfahren zum Behandeln von Rauchgas, das gasförmiges CO₂ umfasst, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: a. Bereitstellen (202) einer Alkalisalzsole (24) mit erhöhter Salzkonzentration (20), b. Umwandeln der Alkalisalzsole (24) unter Zufuhr von Energie (El) in eine Alkalilauge (31), c. Bereitstellen des Rauchgases, d. Einleiten (206) des Rauchgases in die Alkalilauge (31), e. Abtrennen (208) von Alkalihydrogencarbonat und/oder Alkalicarbonat aus der Alkalilauge (31).1) A method of treating flue gas comprising gaseous CO ₂ , characterized by the following steps: a. Providing (202) an alkali salt brine (24) with increased salt concentration (20), b. Converting the alkali salt brine (24) while supplying energy (El) to an alkali (31), c. Providing the flue gas, d. Introducing (206) the flue gas into the caustic (31), e. Separating (208) alkali bicarbonate and / or alkali carbonate from the caustic (31).

2) Verfahren nach Anspruch 1, wobei in Schritt b) die Umwandlung zur2) The method of claim 1, wherein in step b) the conversion to

Alkalilauge (31) mittels einer Chloralkali-Elektrolyse erfolgt und wobei neben der Alkalilauge (31) Wasserstoff (H₂) und Chlor (Cl₂) entstehen.Alkali solution (31) by means of a chloralkali electrolysis and wherein in addition to the alkali metal hydroxide (31), hydrogen (H ₂ ) and chlorine (Cl ₂ ) are formed.

3) Verfahren nach Anspruch 2, wobei eines der folgenden Chloralkali- Elektrolyseverfahren eingesetzt wird :3) Method according to claim 2, wherein one of the following chloralkali electrolysis processes is used:

- Amalgam-Verfahren, Diaphragma-Verfahren,- amalgam method, diaphragm method,

- Membran-Verfahren.- Membrane process.

4) Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei in Schritt e) als Alkalihydrogencarbonat Natriumhydrogencarbonat (NaHCOs) erzeugt wird, das in einem weiteren Schritt f) unter Energiezufuhr zu Natriumcarbonat (Na₂CO₃) umgesetzt wird, wobei vorzugsweise das bei dieser Umsetzung freiwerdende gasförmige CO₂ im Schritt d) in die Alkalilauge (31) rückeingeleitet wird.4) The method of claim 1, 2 or 3, wherein sodium bicarbonate (NaHCOs) is generated in step e) as alkali metal bicarbonate, which is reacted in a further step f) with the addition of energy to sodium carbonate (Na ₂ CO ₃ ), preferably in this Reaction released gaseous CO ₂ in step d) is led back into the alkali (31).

5) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Alkalihydrogencarbonat, vorzugsweise NaHCO₃, und/oder das Alkalicarbonat, vorzugsweise Na₂CO₃, zur Neutralisation saurer Komponenten des Rauchgases eingesetzt wird. 6) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei es sich bei dem Alkalisalz um Natriumsalz (NaCI) handelt und wobei dieses Natriumsalz (NaCI) im Schritt b) in die Alkalilauge (31) Natriumhydroxid (NaOH) umgewandelt wird.5) Method according to one of claims 1 to 4, wherein the alkali metal bicarbonate, preferably NaHCO ₃ , and / or the alkali metal carbonate, preferably Na ₂ CO ₃ , is used for the neutralization of acidic components of the flue gas. 6) Method according to one of claims 1 to 5, wherein it is the alkali salt is sodium salt (NaCl) and wherein said sodium salt (NaCl) in step b) in the alkali hydroxide (31) sodium hydroxide (NaOH) is converted.

7) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, wobei in einem weiteren Schritt (214) Harnstoff eingesetzt wird, um das Rauchgas zu reinigen.7) Method according to one of the preceding claims 1 to 6, wherein in a further step (214) urea is used to purify the flue gas.

8) Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Harnstoff als Reduktionsmittel eingesetzt wird.8) The method of claim 7, wherein the urea is used as a reducing agent.

9) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, wobei in einem weiteren Schritt ein Entstickungsprozess (217) ausgeführt wird, um Stickoxide aus dem Rauchgas zu entfernen.9) Method according to one of the preceding claims 1 to 8, wherein in a further step, a denitrification process (217) is carried out to remove nitrogen oxides from the flue gas.

10) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, wobei das Rauchgas aus den Abgasen eines Kraftwerksprozesses und/oder Industrieprozesses und/oder einer Heizung und/oder einer Verbrennungsanlage stammt.10) Method according to one of the preceding claims 1 to 9, wherein the flue gas from the exhaust gases of a power plant process and / or industrial process and / or a heating and / or a combustion plant originates.

11) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, wobei das Rauchgas aus den Abgasen eines Fahrzeugs stammt.11) Method according to one of the preceding claims 1 to 9, wherein the flue gas originates from the exhaust gases of a vehicle.

12) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, wobei das Einleiten (206) des Rauchgases in die Alkalilauge (31) in einem Gegenstromreaktor (38) erfolgt.12) Method according to one of the preceding claims 1 to 10, wherein the introduction (206) of the flue gas into the alkali lye (31) in a countercurrent reactor (38).

13) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, wobei das Einleiten (206) des Rauchgases in die Alkalilauge (31) in einem Batchreaktor (44) erfolgt.13) Method according to one of the preceding claims 1 to 10, wherein the introduction (206) of the flue gas into the alkali lye (31) in a batch reactor (44).

14) Verfahren nach Anspruch 13, wobei zwei oder mehr solche Batchreaktoren (44.1 - 44.5) in Serie geschaltet sind und die intermittierend betrieben werden. 15) Anlage (51) zum Binden von CO₂-haltigem Gas, mit14) The method of claim 13, wherein two or more such batch reactors (44.1 - 44.5) are connected in series and operated intermittently. 15) Appendix (51) for binding of CO ₂ -containing gas, with

- einer Gaszufuhr (200), zum Bereitstellen des CO₂-haltigen Gases,a gas supply (200) for providing the CO ₂ -containing gas,

- einer Zufuhr (23) für eine Alkalisalzsole (24),a supply (23) for an alkali salt brine (24),

- einer Elektrolyseanlage (25) zur Umsetzung der Alkalisalzsole (24) in eine Alkalilauge (31), wobei die Elektrolyseanlage (25) mit Strom (El) speisbar ist,- an electrolysis plant (25) for converting the alkali salt brine (24) into an alkali lye (31), wherein the electrolysis plant (25) can be fed with current (El),

- einem Reaktor (30), der so mit der Gaszufuhr (200) verbunden ist, dass das CO₂-haltige Gas in den Reaktor (30) eintritt, wobei der Reaktor einen Einlass (35) für das Einbringen der Alkalilauge (31), einen Gasauslass (36) für gereinigtes Gas und einen Entnahmestelle (37) zum Entnehmen vona reactor (30) connected to the gas supply (200) such that the CO ₂ -containing gas enters the reactor (30), the reactor having an inlet (35) for introducing the alkali (31), a gas outlet (36) for purified gas and a removal point (37) for removal of

Alkalihydrogencarbonat und/oder Alkalicarbonat aufweist.Alkali hydrogen carbonate and / or alkali carbonate.

16) Anlage (51) nach Anspruch 15, die zusätzlich einen Anlage (10) zum Bereitstellen der Alkalisalzsole (24) umfasst, die mit der Zufuhr (23) für die Alkalisalzsole (24) verbindbar ist, wobei Energie, die für das Bereitstellen der Alkalisalzsole (24) erforderlich ist, vorzugsweise von einem ortsnahen Kraftwerk (41), einer ortsnahen Heizung oder einer ortsnahen Industrieanlage stammt.16) Plant (51) according to claim 15, additionally comprising a plant (10) for providing the alkali salt brine (24) which is connectable to the supply (23) for the alkali salt brine (24), wherein energy, which is used for providing the Alkalisalzsole (24) is required, preferably from a local power plant (41), a local heating or a local industrial plant comes.

17) Anlage (51) nach Anspruch 16, wobei es sich bei der Anlage (10) zum Bereitstellen der Alkalisalzsole (24) um17) Plant (51) according to claim 16, wherein it is at the plant (10) for providing the alkali salt brine (24) to

- eine Anlage (10) zum Aufkonzentrieren von Meerwasser handelt, und/odera plant (10) for concentrating seawater, and / or

- eine Anlage zum Aufkonzentrieren von festem NaCI handelt, und wobei es sich bei der Alkalisalzsole (24) um eine NaCI-SoIe handelt.a plant for concentrating solid NaCl, and wherein the alkali salt brine (24) is a NaCl sol.

18) Anlage (51) nach Anspruch 16, wobei es sich bei der Elektrolyseanlage (25) um eine Anlage handelt, die nach einem der folgenden Verfahrensansätze funktioniert:18) Plant (51) according to claim 16, wherein the electrolysis plant (25) is a plant which functions according to one of the following process approaches:

A. Amalgamverfahren (210);A. Amalgam process (210);

B. Diaphragmaverfahren (211); C. Membranverfahren (212), und wobei der Strom (El), der für das Betreiben der Elektrolyseanlage (25) erforderlich ist, vorzugsweise von einem ortsnahen Kraftwerk (41), einer ortsnahen Heizung oder einer ortsnahen Industrieanlage stammt. 19) Anlage (51) nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei es sich bei dem Reaktor (30) umB. Diaphragm method (211); C. Membrane method (212), and wherein the stream (El) required for operating the electrolysis plant (25) preferably originates from a local power plant (41), a local heating or a local industrial plant. 19) Plant (51) according to any one of claims 15 to 18, wherein it is the reactor (30) to

- einen Füllturm, oder- a filling tower, or

- einen Gegenstromreaktor (38), oder - einen Batchreaktor (44), oder- A countercurrent reactor (38), or - a batch reactor (44), or

- einen Double-Batchreaktor (44.1, 44.2), odera double-batch reactor (44.1, 44.2), or

- einen Mulitple-Batchreaktor (44.1 - 44.5) handelt.- a Mulitple batch reactor (44.1 - 44.5) acts.

20) Anlage (51) nach Anspruch 19, wobei mindestens ein pH-Wert-Messgerät (45) vorgesehen ist, um den pH-Wert der Alkalilauge (31) im Reaktor (30) zu messen, wobei dieses pH-Wert-Messgerät (45) mit einer Steuerung oder Regelung verknüpfbar ist. 20) Plant (51) according to claim 19, wherein at least one pH meter (45) is provided to measure the pH of the alkali (31) in the reactor (30), said pH meter ( 45) is connectable to a controller or controller.