WO2009053112A2 - Verfahren zum bereitstellen von energie unter einsatz eines gemisches und entsprechende anlage - Google Patents

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WO2009053112A2 PCT/EP2008/051151 EP2008051151W WO2009053112A2 WO 2009053112 A2 WO2009053112 A2 WO 2009053112A2 EP 2008051151 W EP2008051151 W EP 2008051151W WO 2009053112 A2 WO2009053112 A2 WO 2009053112A2
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    • Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

Definitions

  • the object of the present invention is to name possible fossil raw materials and to describe their technical implementation.
  • the process Chemical considerations for use are characterized in that the substances present in the raw materials and other mixtures participate in a reaction (in a power plant process). These reactions are similar to physiological processes that occur, for example, in the human body.
  • a stripping, decomposition mixture or an artificial mixture is used as a raw material which, in addition to hydrocarbons, also comprises silicon compounds.
  • lignite with sand and / or silicates for example in the form of diatomaceous earth casings
  • diatom carbon particularly suitable is the so-called diatom carbon.
  • Diatom carbon includes a brown coal fraction and kieselguhr.
  • the diatomaceous charcoal has a very low calorific value (about 50 percent compared to the reference coal) and an extremely high proportion of ash.
  • the ash content largely comprises kieselguhr. Therefore, it was previously considered technically meaningless to burn this coal in a power plant process to produce heat or electricity.
  • an artificial mixture may also be used as a raw material comprising wood components and a siliceous material (e.g., sand or shale). Highly compacted, easily transportable forms of this artificial mixture (for example in the form of pellets or briquettes) have proven particularly useful.
  • a siliceous material e.g., sand or shale
  • Fig. 1 a schematic of a first exemplary inventive
  • FIG. 3 is a schematic of a third exemplary invention
  • FIG. 4 is a schematic of a fourth exemplary invention
  • a first example relates to the application of the invention in a power plant operation to burn and / or react therefrom the stripping mixture (hereinafter referred to as mixture) in an intelligent and selectively controlled manner with suitable gases.
  • suitable gases Preferably, first with oxygen and then with nitrogen "burned", respectively brought to reaction.
  • This novel power plant approach uses all the essential components or constituents of the mixture and controls the necessary gases in a controlled manner so that the desired processes and reactions take place in the prescribed manner.
  • the components of the mixture is individually optimized by the multi-stage design, but it can also the resulting exhaust gases and products are controlled.
  • the CO 2 exhaust that has previously been produced during fossil combustion is reduced or eliminated.
  • Nitrogen oxides can no longer or only in small quantities arise.
  • the reactions according to the invention are designed in such a way that preferably an oxygen-based combustion and a nitrogen-based "combustion" of the mixture or of the constituents of the mixture takes place, resulting in CO 2 -GaS being converted (chemically) to a sodium carbonate solid (eg soda)
  • a sodium carbonate solid eg soda
  • nitrogen can be bound in the form of silicon nitride.
  • diatomaceous charcoal As a starting material is used in a first embodiment, for example, diatomaceous charcoal. Separation of the constituents of the diatom carbon is not necessary because, as will be explained below with reference to FIG. 1, the entire mixture is reacted step by step.
  • the mixture is fed to a reaction chamber, for example in the form of a burner or a combustion chamber (first combustion region 10).
  • the carbon content of the mixture 12 is burnt with the supply of oxygen-containing gas O (preferably with an oxygen concentration that is more than 50%).
  • oxygen-containing gas O preferably with an oxygen concentration that is more than 50%.
  • an oxygen-containing gas having an oxygen concentration of more than 95% is schematically indicated that the oxygen-containing gas O passes through a pipe 14 (eg, a lance) in the first combustion region 10. It is obvious that there are various possibilities for introducing the oxygen-containing gas O.
  • a pipe 14 eg, a lance
  • a large part of the amount of heat generated can be used for example by means of a heat exchanger 13 for providing steam.
  • a turbine can be driven to generate electricity.
  • flue gas is produced which contains almost only CO 2 .
  • a trigger 11 this flue gas can be collected.
  • the process according to the invention can e.g. used in the environment of an oxyfuel plant.
  • the remainder of the mixture 22 is then heated strongly, preferably to temperatures above 1500 ° C.
  • the heating is preferably carried out by supplying gaseous hydrocarbons (eg methane, butane or propane), preferably propane gas (analogous to propane nitration), or other gaseous Kohlungsstoffn to separate the silicon compound of the mixture.
  • gaseous hydrocarbons also referred to herein as gasl
  • the gaseous hydrocarbons are preferably supplied through a pipe 24 (eg a lance).
  • This step may be performed in the first firing range 10, but in a preferred embodiment, the mixture 12 is conveyed from the first firing range 10 into a second firing range 20 (e.g., by a screw conveyor).
  • the silicon compound of the remaining remainder of the mixture 22 is then heated and separated in this second combustion region 20.
  • Silicon preferably in the form of silicon radicals
  • Silicates diatomaceous earth
  • Nitrogen gas N is now supplied in the second combustion region 20 in order to convert silicon from the silicon compound with nitrogen from nitrogen gas into silicon nitride. This reaction is exothermic, i. it releases (heat) energy.
  • the nitrogen gas N is preferably supplied through a pipe 25 (e.g., a lance).
  • the nitrogen gas has a nitrogen concentration above 50%, preferably above 80%).
  • the mixture 22 is conveyed from the second combustion region 20 into a third region (called reaction region) (For example, by a screw conveyor), there to perform the exothermic conversion to silicon nitride.
  • this conversion takes place in the second combustion region 20.
  • This combustion region 20 is therefore equipped in the case shown with means 24, 25, 26 for the individual supply of at least two different gases and different amounts of these gases enable.
  • the flue gas produced in the second and / or third combustion region 20 can be collected via a trigger 21.
  • a trigger 21 By burning the mixture 22, an enormous amount of heat is released, which can be used in part for the subsequent process step, as indicated in Fig. 1 with reference to the arrow W2.
  • a large part of the heat generated can be used for example by means of a heat exchanger 23 for providing steam.
  • the steam e.g. a turbine to be powered to generate electricity.
  • a reservoir 30 may be provided to receive the resulting silicon nitride.
  • the silicon nitride may be removed, for example, as indicated by the freight car 31.
  • the carbon dioxide-containing flue gas resulting from combustion of the carbon fraction of the mixture 12 in the strongly oxygen-containing atmosphere can, according to the invention, be introduced into an ammonia salt solution in order to convert the carbon dioxide content of the flue gas into soda or another sodium carbonate compound.
  • a corresponding method for reaction in soda or in another sodium carbonate compounds is the subject of the patent application EP 07 104 246.9 filed on 15.3.2007 at the European Patent Office.
  • CO 2 can be blown into the second or third combustion zone 20 as a gaseous reactant.
  • This CO 2 can be, for example, the CO 2 off-gas, which is obtained in large quantities in the combustion in the first combustion zone 10 and so far escapes into the atmosphere in many cases.
  • the silicon in the combustion chamber reacts in this case with the CO 2 to silicon carbide (SiC). This reaction is slightly exothermic.
  • the second or third combustion zone 20 may be temporarily supplied with oxygen-containing gas.
  • oxygen-containing gas or in addition to this gas, steam or hypercritical H 2 O at over 407 ° C can be supplied to the process.
  • carbon dioxide eg from the exhaust gas
  • This additional gas oxygen or steam or carbon dioxide is indicated in Fig. 1 with Gas2.
  • a mixture of brown coal together with overburden which includes silicon compounds (sand, shale, etc.) contains.
  • overburden which includes silicon compounds (sand, shale, etc.) contains.
  • FIG. Another possible embodiment is indicated schematically in FIG.
  • the reactor 33 either rotates about its longitudinal axis and has a helical structure on the inside. Due to the rotational movement, the helical structure promotes the mixture from left to right.
  • the reactor 33 may also have a screw which sits in the interior and which is driven to convey the mixture from left to right.
  • the mixture 12 is shown, which was introduced into the reactor 33.
  • tube 14 eg, a lance
  • coils 32 may be disposed in an induction zone about the entrance area, respectively, in the first combustion zone 10 of the reactor 33 to accelerate the heating and reacting of the mixture 12, or to dry the mixture 12 before it is burned. The fact that the carbon content of the mixture 12 is burned reduces the volume of the mixture 12.
  • the remaining portion 22 of the mixture is conveyed to the right into the second combustion zone 20.
  • an emergency flood system 36 may be provided at reactor 33 for flooding the interior of the reactor with inert gas (e.g., argon).
  • inert gas e.g., argon
  • FIG. It is a plant 100, which has been specially optimized for the present process and allows a particularly good flow of the mixture 12 and a good supply of reaction gases and discharge of the exhaust gases.
  • the reactor 40 has a rotationally symmetrical structure. The axis of symmetry A extends centrally through the reactor 40.
  • the reactor 40 is characterized in that it has a first outer conical or inclined surface 42 inclined obliquely inwards. This surface 42 merges into a second inclined surface 43, which is steeper and is also inclined inwards.
  • doors or flaps 44 are provided, which allow filling of the reactor 40 with the mixture 12 from the outside.
  • tracks or roads are laid out around the reactor 40 to deliver the mixture 12 by cars or trucks.
  • the mixture 12 can be introduced. Gravity allows newly introduced mixture 12 to slowly slide down the inclined surface 42.
  • Below this inclined surface heating means 45 may be arranged to dry and / or preheat the mixture 12.
  • More toward the center of the reactor 40 towards a first gas distribution head 46 is provided, which is supplied from below via a tube 14 with strongly oxygen-containing gas O.
  • the mixture 12 is swirled by the injection of the oxygen-containing gas O, as indicated by the cloud 41.
  • the swirling mixture 41 is burned with the oxygen gas O and the carbon fraction rises as CO 2 -GaS upward and is captured there by the trigger 11.
  • the turbulence causes a drastic increase in the surface area of the mixture 12 and the combustion process is more efficient and complete.
  • a second Gasverteil köpf 47 which is designed here as a conical head, from the center of hydrocarbon gas (eg propane, butane or methane), here referred to as Gasl blown become.
  • the temperature can be adjusted so that the silicon compounds of the remaining part 22 of the mixture are split become.
  • the hydrocarbon gas Gasl may be supplied through a pipe 24.
  • nitrogen gas N is blown in, wherein a portion of the nitrogen then reacts with elemental silicon to Si 3 N 4 and deposited in the bottom region of the combustion zone 20.
  • the nitrogen gas N can either be injected through the second gas distribution head 47 or, as indicated in FIG. 4, it can be blown through a third gas distributor 48.
  • the nitrogen gas N may be supplied through a pipe (s) 25.
  • doors or flaps 49 may be arranged to remove the (Rekations-) product (eg SiC or Si 3 N 4 ) by opening these doors or flaps 49. After opening the doors or flaps 49, the (Rekations-) product, for example, impinge on a cone 52 with sloping outer surfaces to slip outwards.
  • the (Rekations-) product eg SiC or Si 3 N 4
  • a trigger 21 is provided, which receives gases that have not reacted.
  • the invention is characterized in that several reactions go hand in hand.
  • the individual reactions are controlled according to the invention by controlling the amounts of the mixture 12 and by controlling the gas pressures and gas flows.
  • numerous pressure, temperature and gas sensors are provided inside and / or at the plant 100. These sensors provide control variables for a control S of the plant.
  • the gas flows respectively gas quantities, the temperature-time regime and the amount of the mixture to be reacted 12, respectively, the composition taken into account.
  • this control S is indicated schematically.
  • An analog controller S can also be used in the other systems 100.
  • the gas sources 50 in the form of gas cylinders are schematically illustrated. It is obvious that 100 other gas sources 50 are used in a large-scale plant.
  • the gas pressures and gas flows of the individual gases are controlled as required by means of controlled gas supplies 51.
  • An additional gas (Gas2) can be used, as described above. For this reason, a corresponding gas source is shown in FIG. As additional gas but also carbon dioxide from the trigger 11 can be fed to the process again.
  • the pure nitrogen atmosphere from the ambient air is achieved by combustion of the oxygen content of the air with propane gas (known from propane nitration).
  • the nitrogen gas and the oxygen gases can also be provided by means of the Linde method.
  • silicon carbide SiC
  • silicon nitride Si 3 N 4
  • Si 3 N 4 silicon nitride
  • Silicon reacts with carbon slightly exothermic to silicon carbide.
  • silicon carbide can be obtained endothermically directly from silicon dioxide and carbon at around 2000 ° C.
  • a thermite reaction may be occasionally initiated by, for example, aluminum and ferric oxide is introduced.
  • the CO 2 can be converted into soda (sodium carbonate).
  • ammonium chloride (NH 4 CI) can be converted into ammonia (NH 3 ) and silicon tetrachloride (SiCl 4 ).
  • the silicon tetrachloride (SiCI 4 ) in turn can be used in the production of silanes according to a P. Plichta described methods are used.
  • the silicon nitride can be reacted in ammonia, with the ammonia used to produce the ammonia salt solution for soda production.
  • the conversion to ammonia may be by hydrolysis or by the addition of a caustic (e.g., KOH).
  • the ammonia can be used to serve as salt heat storage.
  • ammonium chloride Upon conversion to soda, ammonium chloride is formed using the ammonium chloride to produce salt for a salt heat store. However, it is also possible to produce an ammonium salt which is able to safely and effectively store ammonia.
  • silicon carbide and silicon nitride may also be combined as follows.
  • (elemental) silicon which is produced in a reduction process (eg in the third combustion zone), is used.
  • a portion of the silicon may be used to bind carbon dioxide resulting, for example, from heating the silica solids.
  • This bonding process produces silicon carbide and CO 2 silicon carbide in a slightly exothermic process.
  • the rest of the silicon can be reacted with nitrogen gas as a reactant to silicon nitride. This process is highly exothermic.
  • Part of the heat energy generated in these exothermic processes can be used to prepare the reductant.
  • an artificial mixture is used as a raw material comprising wood components and a siliceous material (eg sand or shale).
  • a siliceous material eg sand or shale.
  • the pellets or briquettes can be pressed from dry, natural residual wood (sawdust and wood shavings) together with eg sand into the desired shape. They are pressed under high pressure and have an extremely low water content and a high inherent density. Therefore, there is only a small storage and transport volume.
  • the wood-containing lignin is used as a binder for the pellets or briquettes to combine both the wood, carbon, and silicon compounds. Also possible is the use of wood shares, which are sheathed or surrounded by a silicon compound.
  • this mixture is foamed before or during the combustion or inflated by heat and containing gas components (popcorning), so as to significantly increase the surface area and promote the chemical reactions.

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Abstract

Anlage (100) zum kontrollierten Umsetzen von kohlenstoffhaltigen Gemischen (12), wobei Wärme freigesetzt wird und die gasförmigen sowie festen Reaktionsprodukte eingefangen und weiterverwendet werden. Die Anlage (100) umfasst eine entsprechende Gassteuerung (S), um die bei den Reaktionen zum Einsatz kommenden Gase nach Bedarf steuern zu können.

Description

Verfahren zum Bereitstellen von Energie unter Einsatz eines Gemisches und entsprechende Anlage
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der Internationalen Anmeldung PCT/EP2007/061574 mit Titel „SAND, SCHIEFER UND ANDERE SILIZIUMDIOXIDFESTSTOFFVERBINDUNGEN ALS AUSGANGSSUBSTANZEN ZUM BEREITSTELLEN VON SILIZIUMFESTSTOFFVERBINDUNGEN UND ENTSPRECHENDE VERFAHREN ZUM BETREIBEN VON KRAFTWERKEN", die am 26.10.2007 eingereicht wurde.
Es wird zur Zeit in verschiedenste Richtungen geforscht und entwickelt, um einen Weg zu finden, um anthropogene Cθ2-Emissionen und auch die Emission von Stickoxiden zu reduzieren. Besonders im Zusammenhang mit der Energieerzeugung, die häufig durch das Verbrennen fossiler Energieträger, wie Kohle oder Gas, erfolgt, besteht ein großer Bedarf zur CO2 und Stickoxid Reduktion. Es werden pro Jahr hunderte von Millionen Tonnen CO2 und Stickoxide durch solche Prozesse in die Atmosphäre abgegeben.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, mögliche fossile Rohstoffe zu benennen und ihre technische Umsetzung zu beschreiben. Die beim Verfahren zum Einsatz kommenden chemischen Überlegungen sind dadurch gekennzeichnet, dass die in den Rohstoffen und anderen Gemischen vorhandene Substanzen an einer Reaktion (in einem Kraftwerksprozess) teilnehmen. Diese Reaktionen sind ähnlich angelegt wie physiologische Prozesse, wie sie zum Beispiel im menschlichen Körper ablaufen.
Gemäß Erfindung kommt ein Abraum-, Abbaugemisch oder ein künstliches Gemisch als Rohstoff zum Einsatz, das neben Kohlenwasserstoffen auch Siliziumverbindungen umfasst. Besonders vorteilhaft ist das Verwenden von Braunkohle mit Sand und/oder Silikaten (z.B. in Form von Kieselgur bzw. Kieselalgengehäusen), wobei dieses Gemisch nicht getrennt werden muss, bevor es einem mehrstufigen, erfindungsgemäßen Verbrennungsprozess unterzogen wird. Besonders geeignet ist die sogenannte Diatomeenkohle.
Diatomeenkohle umfasst einen Braunkohleanteil und Kieselgur. Die Diatomeenkohle hat einen sehr geringen Heizwert (ca. 50 Prozent zur Vergleichskohle) sowie einen extrem hohen Ascheanteil. Der Ascheanteil umfasst zum Großteil Kieselgur. Daher wurde es bisher als technisch nicht sinnvoll angesehen, diese Kohle in einem Kraftwerksprozess zu verbrennen, um Wärme oder Strom zu erzeugen.
Es kann aber auch ein künstliches Gemisch als Rohstoff zum Einsatz kommen, das Holzbestandteile und ein siliziumdioxidhaltiges Material (z.B. Sand oder Schiefer) umfasst. Besonders bewährt haben sich stark verdichtete, leicht zu transportierende Formen dieses künstlichen Gemischs (z.B. in Form von Pellets oder Briketts).
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben.
In den Zeichnungen sind verschiedene Aspekte der Erfindung schematisch dargestellt, wobei die Zeichnungen zeigen : Fig. 1 : ein Schema einer ersten beispielhaften erfindungsgemäßen
Ausführungsform; Fig. 2: ein Schema einer zweiten beispielhaften erfindungsgemäßen
Ausführungsform; Fig. 3: ein Schema einer dritten beispielhaften erfindungsgemäßen
Ausführungsform; Fig. 4: ein Schema einer vierten beispielhaften erfindungsgemäßen
Ausführungsform.
Detaillierte Beschreibung
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Beispiel beschrieben. Ein erstes Beispiel bezieht sich auf die Anwendung der Erfindung in einem Kraftwerksbetrieb, um dort das Abraum- oder Abbaugemisch (im Folgenden nur als Gemisch bezeichnet) intelligent und selektiv gesteuert mit geeigneten Gasen zu verbrennen und/oder zur Reaktion zu bringen. Vorzugsweise wird erst mit Sauerstoff und dann mit Stickstoff „verbrannt", respektive zur Reaktion gebracht.
Dieser neuartige Kraftwerksansatz nutzt alle wesentlichen Anteile oder Bestandteile des Gemisches und setzt die notwendigen Gase kontrolliert ein, damit die gewünschten Prozesse und Umsetzungen in der vorgegebenen Art und Weise ablaufen. Ausserdem wird durch die mehrstufige Ausgestaltung nicht nur die Umsetzung der Bestandteile des Gemisches jeweils einzeln optimiert, sondern es können auch die entstehenden Abgase und Produkte kontrolliert werden.
Gemäß Erfindung wird z.B. der bisher bei einer fossilen Verbrennung anfallende CO2-AuSStOSS reduziert oder eliminiert. Stickoxide können nicht mehr oder nur noch in geringen Mengen entstehen. Gemäß Erfindung geht es um eine Reihe von gezielt ablaufenden chemischen Reaktionen oder Prozessen, bei denen aus den Ausgangsstoffen (auch Edukte oder Reaktanten genannt) neue chemische Verbindungen (Produkte genannt) entstehen. Die erfindungsgemäßen Reaktionen sind so ausgelegt, dass vorzugsweise eine sauerstoffbasierte Verbrennung und eine stickstoffbasierte „Verbrennung" des Gemisches, respektive der Bestandteile des Gemisches, statt findet. Dabei anfallendes CO2-GaS wird (chemisch) zu einem Natriumcarbonat- Feststoff (z.B. Soda) umgesetzt. Stickstoff kann z.B. in Form von Siliziumnitrid gebunden werden.
Als Ausgangstoff eingesetzt wird in einem ersten Ausführungsbeispiel zum Beispiel Diatomeenkohle. Eine Trennung der Bestandteile der Diatomeenkohle ist nicht notwendig, da, wie im Folgenden anhand von Fig. 1 erläutert wird, das gesamte Gemisch Schritt für Schritt umgesetzt wird.
Das Gemisch wird einer Reaktionskammer, zum Beispiel in Form eines Brenners oder einer Brennkammer (erster Brennbereich 10 genannt), zugeführt. In diesem ersten Brennbereich 10 wird unter Zufuhr von sauerstoffhaltigem Gas O (vorzugsweise mit einer Sauerstoffkonzentration, die über 50% liegt) der Kohlenstoffanteil des Gemischs 12 verbrannt. Besonders vorteilhaft ist ein sauerstoffhaltiges Gas mit einer Sauerstoffkonzentration, die über 95% liegt. In Fig. 1 ist schematisch angedeutet, dass das sauerstoffhaltige Gas O durch ein Rohr 14 (z.B. eine Lanze) in den ersten Brennbereich 10 gelangt. Es liegt auf der Hand, dass es verschiedenste Möglichkeiten gibt, um das sauerstoffhaltige Gas O einzubringen. Durch das Verbrennen des Kohlenstoffanteils des Gemischs 12 wird eine enorme Wärmemenge frei, die zum Teil für den nachfolgenden Prozessschritt verwendet werden kann, wie in Fig. 1 anhand des Pfeils Wl angedeutet. Ein Grossteil der anfallenden Wärmemenge kann zum Beispiel mittels eines Wärmetauschers 13 zum Bereitstellen von Dampf genutzt werden. Mit dem Dampf kann z.B. eine Turbine angetrieben werden, um Strom zu erzeugen. Bei der Verbrennung des Kohlenstoffanteils des Gemischs 12 in sauerstoffhaltigem Gas O entsteht Rauchgas, das fast nur CO2 enthält. Durch einen Abzug 11 kann dieses Rauchgas aufgefangen werden.
Da in diesem ersten Schritt eine Verbrennung in einer stark sauerstoffhaltigen Atmosphäre statt findet, kann das erfindungsgemäße Verfahren z.B. im Umfeld einer Oxyfuel-Anlage eingesetzt.
Der verbleibende Rest des Gemischs 22 wird nun stark erhitzt, vorzugsweise auf Temperaturen, die oberhalb von 15000C liegen. Das Erhitzen geschieht vorzugsweise durch Zufuhr von gasförmigen Kohlenwasserstoffen (z.B. Methan, Butan oder Propan), vorzugsweise Propangas (analog zur Propannitrierung), oder anderen gasförmigen Kohlungsmitteln um die Siliziumverbindung des Gemisches aufzutrennen. Die gasförmigen Kohlenwasserstoffe (hier auch als Gasl bezeichnet) werden vorzugsweise durch ein Rohr 24 (z.B. eine Lanze) zugeführt.
Dieser Schritt kann im ersten Brennbereich 10 durchgeführt werden, aber in einer bevorzugten Ausführungsform wird das Gemisch 12 aus dem ersten Brennbereich 10 in einen zweiten Brennbereich 20 gefördert (z.B. durch eine Förderschnecke). In diesem zweiten Brennbereich 20 erfolgt dann das Erhitzen und Auftrennen der Siliziumverbindung des verbleibenden Rests des Gemisches 22. Aus den Silikaten (Kieselgur) der Diatomeenkohle wird hier Silizium (vorzugsweise in Form von Siliziumradikalen) erzeugt.
Es wird nun in der zweiten Brennbereich 20 Stickstoffgas N zugeführt, um Silizium aus dem Siliziumverbindung mit Stickstoff aus Stickstoffgas in Siliziumnitrid zu überführen. Diese Reaktion ist exotherm, d.h. es wird (Wärme-) Energie freigesetzt. Das Stickstoffgas N wird vorzugsweise durch ein Rohr 25 (z.B. eine Lanze) zugeführt. Vorzugsweise hat das Stickstoffgas eine Stickstoffkonzentration, die über 50% liegt, vorzugsweise über 80%).
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Gemisch 22 aus dem zweiten Brennbereich 20 in einen dritten Bereich (Reaktionsbereich genannt) gefördert (z.B. durch eine Förderschnecke), um dort die exotherme Umsetzung zu Siliziumnitrid durchzuführen.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform geschieht diese Umsetzung jedoch in dem zweiten Brennbereich 20. Dieser Brennbereich 20 ist daher im gezeigten Fall mit Mitteln 24, 25, 26 ausgestattet, um die individuelle Zufuhr von mindestens zwei verschiedenen Gasen und unterschiedlichen Mengen dieser Gase zu ermöglichen.
Das im zweiten und/oder dritten Brennbereich 20 entstehende Rauchgas kann über einen Abzug 21 aufgefangen werden. Durch das Verbrennen des des Gemischs 22 wird eine enorme Wärmemenge frei, die zum Teil für den nachfolgenden Prozessschritt verwendet werden kann, wie in Fig. 1 anhand des Pfeils W2 angedeutet. Ein Grossteil der anfallenden Wärmemenge kann zum Beispiel mittels eines Wärmetauschers 23 zum Bereitstellen von Dampf genutzt werden. Mit dem Dampf kann z.B. eine Turbine angetrieben werden, um Strom zu erzeugen.
Unterhalb oder im Bereich des zweiten und/oder dritten Brennbereichs 20 kann ein Reservoir 30 vorgesehen sein, um das entstehende Siliziumnitrid aufzunehmen. Das Siliziumnitrid kann zum Beispiel abtransportiert werden, wie durch den Güterwaggon 31 angedeutet.
Das bei der Verbrennung in der stark sauerstoffhaltigen Atmosphäre aus dem Kohlenstoffanteil des Gemischs 12 entstehende, kohlendioxidhaltige Rauchgas kann gemäß Erfindung in eine Ammoniaksalzlösung eingeleitet werden, um den Kohlenstoffdioxidanteil des Rauchgases in Soda oder eine andere Natriumcarbonatverbindung umzuwandeln. Ein entsprechendes Verfahren zur Umsetzung in Soda oder in eine andere Natriumcarbonatverbindungen ist Gegenstand der Patentanmeldung EP 07 104 246.9, die am 15.3.2007 beim Europäischen Patentamt eingereicht wurde. In einer weiteren Ausführungsform kann CO2 als gasförmiger Reaktionspartner in die zweite oder dritte Brennzone 20 eingeblasen werden. Dieses CO2 kann z.B. das CO2-Abgas sein, das bei der Verbrennung in der ersten Brennzone 10 in grossen Mengen anfällt und bisher in vielen Fällen in die Atmosphäre entweicht. Das Silizium in der Brennkammer reagiert in diesem Fall mit dem CO2 zu Siliziumcarbid (SiC). Diese Reaktion ist leicht exotherm.
Zusätzlich kann der zweiten oder dritten Brennzone 20 temporär sauerstoffhaltiges Gas zugeführt werden. Anstatt des sauerstoffhaltigen Gases, oder zusätzlich zu diesem Gas kann dem Verfahren Dampf oder hyperkritisches H2O bei über 407° C zugeführt werden. Es kann aber auch Kohlendioxid (z.B. aus dem Abgas) zugeführt werden, um z.B. einen Kohlenstoffmangel im Gemisch 12 oder 22 auszugleichen. Diese zusätzliche Gas (Sauerstoff oder Dampf oder Kohlendioxid) ist in Fig. 1 mit Gas2 bezeichnet.
Als Ausgangstoff eingesetzt wird in einem zweiten Ausführungsbeispiel zum Beispiel ein Gemisch das Braunkohle zusammen mit Abraum, der Siliziumverbindungen (Sand, Schiefer, etc.) umfasst, enthält. Eine Trennung der Bestandteile des Gemischs ist nicht notwendig, da, wie im Folgenden anhand von Fig. 2 erläutert wird, das gesamte Gemisch Schritt für Schritt umgesetzt wird.
Im Unterschied zu der in Fig. 1 gezeigten Anlage, kommt bei der Anlage nach Fig. 2 nur ein Reaktor oder Brennbereich 10/20 zum Einsatz. Der gesamte Reaktionsablauf findet in diesem Brennbereich 10/20 statt. Es sind mehrere Gaszufuhrmittel 14, 24, 25 (z.B. Gaslanzen) vorgesehen, um zu den gegebenen Zeiten die für die einzelnen Reaktionen notwendigen Gase in den Brennbereich 10/20 zu bringen. Der Ablauf der Reaktionen ist ansonsten identisch mit dem im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Ablauf.
Eine weitere mögliche Ausführungsform ist in Fig. 3 schematisch angedeutet. Hier kommt ein horizontal gelagerter, röhrenförmiger Reaktor 33 zum Einsatz. Der Reaktor 33 dreht sich entweder um seine Längsachse und weist eine schneckenförmige Struktur an der Innenseite auf. Durch die Drehbewegung fördert die schneckenförmige Struktur das Gemisch von links nach rechts. Der Reaktor 33 kann aber auch eine Schnecke aufweisen, die im Inneren sitzt und die angetrieben wird, um das Gemisch von links nach rechts zu fördern.
Auf der linken Seite ist das Gemisch 12 gezeigt, das in den Reaktor 33 eingebracht wurde. Oberhalb des Gemischs ist Rohr 14 (z.B. eine Lanze) gezeigt, die mehrere Auslassöffnungen hat und die es ermöglicht das Gemisch 12 schnell und effizient in einer stark sauerstoffhaltigen Atmosphäre zu verbrennen. Zusätzlich können Spulen 32 in einer Induktionszone um den Eingangsbereich, respektive in der ersten Brennzone 10 des Reaktors 33 angeordnet sein, um das Erhitzen und Reagieren des Gemisches 12 zu beschleunigen, oder um das Gemisch 12 zu trocknen, bevor es verbrannt wird. Dadurch, dass der Kohlenstoffanteil des Gemischs 12 verbrannt wird, reduziert sich das Volumen des Gemischs 12. Gleichzeitig wird der verbleibende Anteil 22 des Gemischs nach rechts in die zweite Brennzone 20 befördert. In diese Brennzone 20 werden je nach Bedarf unterschiedliche Mengen von Gasen durch die Rohre 24 und 25 (z.B. Gaslanzen) zugeführt, um die Umsetzung der verbleibenden Anteile 22 des Gemischs zu steuern. Ein Teil der entstehenden Stoffe (z.B. elementares Silizium Si2) kann in flüssiger Form in einen Container
34 gelangen, der unterhalb der zweiten Brennzone 20 sitzt. Die restlichen Anteil
35 des Gemisches können innerhalb des Reaktors 33 weiter nach rechts gefördert und von dort aus dem Reaktor 33 entnommen werden. Wie auch bei den anderen Anlagen 100 kann ein Wärmetauscher 23 vorgesehen sein. Um unerwünschte Reaktionen zu unterdrücken und um unkontrollierbare Prozesse zu stoppen, kann am Reaktor 33 eine Notflutanlage 36 zum Fluten des Reaktorinneren mit Edelgas (z.B. Argon) vorgesehen sein.
Besonders geeignet ist ein Drehofen mit innen umlaufendem Schraubenkanal, oder ein statischer Ofen mit gesinterter Si3N4 Förderschnecke, die den hohen Temperaturen Stand hält. Eine gegenwärtig besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 4 dargestellt. Es handelt sich um eine Anlage 100, die speziell für das vorliegende Verfahren optimiert wurde und einen besonders guten Fluss des Gemischs 12 und eine gute Zufuhr der Reaktionsgase und Abfuhr der Abgase erlaubt. Der Reaktor 40 hat einen rotationssymmetrischen Aufbau. Die Symmetrieachse A verläuft mittig durch den Reaktor 40. Der Reaktor 40 zeichnet sich dadurch aus, dass er eine erste äußere konische oder schräge Fläche 42 hat, die schräg nach innen geneigt ist. Diese Fläche 42 geht über in eine zweite schräge Fläche 43, die steiler verläuft und auch nach innen geneigt ist. Am äußeren Umfang des Reaktors 40 sind Türen oder Klappen 44 vorgesehen, die ein Befüllen des Reaktors 40 mit dem Gemisch 12 von außen ermöglichen. Vorzugsweise werden Geleise oder Strassen außen um den Reaktor 40 herum angelegt, um mit Waggons oder LKWs das Gemisch 12 anzuliefern. Wenn die Türen oder Klappen 44 geöffnet werden, kann das Gemisch 12 eingebracht werden. Die Schwerkraft lässt neu eingebrachtes Gemisch 12 langsam die schräge Fläche 42 hinunter rutschen. Unterhalb dieser schrägen Fläche können Heizmittel 45 angeordnet sein, um das Gemisch 12 zu trocknen und/oder vorzuheizen. Mehr zur Mitte des Reaktors 40 hin ist ein 1. Gasverteilkopf 46 vorgesehen, der von unten her über ein Rohr 14 mit stark sauerstoffhaltigem Gas O versorgt wird. In der ersten Brennzone 10 wird durch das Einblasen des sauerstoffhaltigen Gases O das Gemisch 12 verwirbelt, wie durch die Wolke 41 angedeutet. Das verwirbelte Gemisch 41 wird mit dem Sauerstoffgas O verbrannt und der Kohlenstoffanteil steigt als CO2-GaS nach oben auf und wird dort durch den Abzug 11 eingefangen. Durch die Verwirbelung entsteht einer drastische Oberflächenvergrösserung des Gemischs 12 und der Verbrennungsvorgang ist effizienter und vollständiger. Sollten die Temperaturen nicht ausreichen, die im Bereich 10 anfallen, dann kann durch einen 2. Gasverteil köpf 47, der hier als konischer Kopf ausgeführt ist, von der Mitte her Kohlenwasserstoffgas (z.B. Propan, Butan oder Methan), hier als Gasl bezeichnet, eingeblasen werden. Durch eine geeignete Steuerung der Abläufe mittels einer Steuerung S, kann die Temperatur so eingestellt werden, dass die Siliziumverbindungen des verbleibenden Teils 22 des Gemisches aufgespaltet werden. Das Kohlenwasserstoffgas Gasl kann durch ein Rohr 24 zugeführt werden.
Wenn nun eine Umsetzung zu Siliziumcarbid gewünscht wird, dann wird weiter Kohlenwasserstoffgas eingeblasen, wobei ein Teil des Kohlenstoffs des Kohlenwasserstoffgases dann mit elementarem Silizium zu SiC reagiert und sich im Bodenbereich der Brennzone 20 ablagert.
Wenn nun eine Umsetzung zu Siliziumnitrid gewünscht wird, dann wird Stickstoffgas N eingeblasen, wobei ein Teil des Stickstoffs dann mit elementarem Silizium zu Si3N4 reagiert und sich im Bodenbereich der Brennzone 20 ablagert. Das Stickstoffgas N kann entweder durch den 2. Gasverteilkopf 47 eingeblasen werden, oder es kann, wie in Fig. 4 angedeutet, durch einen 3. Gasverteil köpf 48 eingeblasen werden. Das Stickstoffgas N kann durch ein Rohr(e) 25 zugeführt werden.
Im untersten Bereich des Reaktors 40 können wiederum Türen oder Klappen 49 angeordnet sein, um das (Rekations-)Produkt (z.B. SiC oder Si3N4) durch ein Öffnen dieser Türen oder Klappen 49 zu entnehmen. Nach dem Öffnen der Türen oder Klappen 49 kann das (Rekations-)Produkt z.B. auf einen Konus 52 mit schrägen Außenflächen auftreffen, um nach außen abzurutschen.
Oberhalb der zweiten Brennzone 20 ist ein Abzug 21 vorgesehen, der Gase aufnimmt, die nicht reagiert haben.
Unabhängig von der konkreten Ausführungsform, zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass mehrere Reaktionen Hand in Hand ablaufen. Die einzelnen Reaktionen werden gemäß Erfindung durch Kontrolle der Mengen des Gemischs 12 und durch Steuerung der Gasdrücke und Gasflüsse gesteuert. Vorzugsweise sind innerhalb und/oder an der Anlage 100 zahlreiche Druck-, Temperatur- und Gassensoren vorgesehen. Diese Sensoren liefern Steuergrössen für eine Steuerung S der Anlage. Bei der Steuerung (mit der Steuerung S) der in der Anlage 100 ablaufenden komplexen Vorgänge, die stoffspezifisch optimiert werden müssen, werden die Gasströme, respektive Gasmengen, das Temperatur-Zeit Regime und die Menge des umzusetzenden Gemischs 12, respektive dessen Zusammensetzung berücksichtigt.
In Fig. 4 ist diese Steuerung S schematisch angedeutet. Eine analoge Steuerung S kann auch bei den anderen Anlagen 100 zum Einsatz kommen. Um das Funktionsprinzip der Erfindung zu verdeutlichen, sind die Gasquellen 50 in Form von Gasflaschen schematisch dargstellt. Es liegt auf der Hand, dass bei einer Grossanlage 100 andere Gasquellen 50 zum Einsatz kommen. Die Gasdrücke und Gasflüsse der einzelnen Gase werden je nach Bedarf mittels gesteuerten Gaszufuhren 51 gesteuert.
Mit einer geeigneten Steuerungssoftware (die z.B. Teil der Steuerung S sein kann), können alle Prozesse so geführt werden, dass eine möglichst vollständige Umsetzung in die gewünschte Richtung statt findet.
Es kann ein zusätzliches Gas (Gas2) eingesetzt werden, wie weiter oben beschrieben. Aus diesem Grunde ist in Fig. 4 eine entsprechende Gasquelle gezeigt. Als zusätzliches Gas kann aber auch Kohlenstoffdioxid aus dem Abzug 11 erneut dem Prozess zugeführt werden.
Bei der Stickstoffkopplung an Silizium (die in der zweiten Brennzone 20 oder in einer dritten Brennzone statt findet) wird vorzugsweise die reine Stickstoffatmosphäre aus der Umgebungsluft durch (aus der Propannitrierung bekannt) Verbrennung des Sauerstoffanteils der Luft mit Propangas erreicht.
Das Stickstoffgas und das Sauerstoffgase kann aber auch mittels des Linde- Verfahrens bereit gestellt werden.
Ebenso wie Siliziumcarbid (SiC) ist Siliziumnitrid (Si3N4) ein verschleißfester Werkstoff der bei hochbeanspruchten Teilen im Maschinenbau, Turbinenbau, chemischen Apparaturen, Motorenbau eingesetzt werden kann oder wird .
Weitere Details zu den beschriebenen chemischen Abläufen und Energieprozessen sind den folgenden Seiten zu entnehmen.
Silizium verbrennt mit Stickstoff zu Siliziumnitrid bei 13500C. Die Reaktion ist exotherm
T = 13500C 3 Si + 2 N2 (g) -» Si3N4 Δ H = - 744 kJ/Mol (exotherm)
Silizium reagiert mit Kohlenstoff leicht exotherm zu Siliziumcarbid .
Si + C ^ SiC Δ H = - 65.3 kJ/Mol (exotherm)
Andererseits lässt sich Siliziumcarbid direkt aus Siliziumdioxid und Kohlenstoff bei rund 20000C endotherm gewinnen :
T = 20000C
SiO2 + 3 C (g) -» SiC + 2 CO Δ H = + 625,3 kJ/Mol
(endotherm)
Um die Umsetzung der Siliziumverbindungen des Gemischs (Diatomeekohle) zu Silizium und die Umsetzung („Verbrennung") zu Siliziumcarbid oder Siliziumnitrid zu unterstützen, kann von Zeit zu Zeit eine Thermitreaktion angeschoben werden, indem z. B. Aluminium und Eisen(III)-oxid eingebracht wird .
Es wurde bereits erwähnt, dass das CO2 umgesetzt werden kann in Soda (Natriumcarbonat). Das bei dieser Umsetzung anfallende Ammoniumchlorid (NH4CI) kann umgewandelt werden in Ammoniak (NH3) und Siliziumtetrachlorid (SiCI4). Das Siliziumtetrachlorid (SiCI4) wiederum kann bei der Herstellung von Silanen nach einem von Dr. P. Plichta beschriebenen Verfahren eingesetzt werden.
Das Siliziumnitrid kann umgesetzt werden in Ammoniak, wobei das Ammoniak eingesetzt wird, um die Ammoniaksalzlösung für die Sodaherstellung zu erzeugen. Die Umsetzung zu Ammoniak kann mittels einer Hydrolyse oder durch die Zugabe eine Lauge (z.B. KOH) erfolgen.
Das Ammoniak kann eingesetzt werden, um als Salzwärmespeicher zu dienen.
Bei der Umwandlung in Soda entsteht Ammoniumchlorid, wobei das Ammoniumchlorid eingesetzt wird, um Salz für einen Salzwärmespeicher herzustellen. Es kann aber auch ein Ammoniumsalz hergestellt werden, das in der Lage ist Ammoniak sicher und effektiv zu speichern.
Die Herstellung von Siliziumcarbid und Siliziumnitrid kann auch wie folgt miteinander kombiniert werden. Dabei wird (elementares) Silizium, das in einem Reduktionsprozess (z.B. in der dritten Brennzone) hergestellt wird, eingesetzt. Ein Teil des Siliziums kann verwendet werden, um Kohlenstoffdioxid, das zum Beispiel beim Erhitzen des Siliziumdioxidfeststoffs entsteht, zu binden. Bei diesem Bindungsprozess entsteht als dem Silizium und dem CO2 Siliziumcarbid in einem leicht exothermen Prozess. Der Rest des Siliziums kann zusammen mit Stickstoffgas als Reaktionspartner zu Siliziumnitrid umgesetzt werden. Dieser Prozess ist stark exotherm.
Ein Teil der Wärmeenergie, die in diesem exothermen Prozessen entsteht, kann eingesetzt werden um das Reduktionsmittel aufzubereiten, bzw. bereit zustellen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kommt ein künstliches Gemisch als Rohstoff zum Einsatz, das Holzbestandteile und ein siliziumdioxidhaltiges Material (z.B. Sand oder Schiefer) umfasst. Besonders bewährt haben sich stark verdichtete, leicht zu transportierende Formen dieses künstlichen Gemischs (z.B. in Form von Pellets oder Briketts). Die Pellets oder Brikets können aus trockenem, naturbelassenem Restholz (Säge- und Hobelspäne) zusammen mit z.B. Sand in die gewünschte Form gepresst werden. Sie werden unter hohem Druck gepresst und haben einen extrem niedrigen Wassergehalt und eine hohe Eigendichte. Daher ergibt sich nur ein kleines Lager- und Transportvolumen. Vorzugsweise wird das das holzeigene Lignin als Bindemittel für die Pellets oder Briketts verwendet, um sowohl die Holz-, respektive die Kohlenstoffanteile, als auch die Siliziumverbindung zu verbinden. Auch möglich ist die Verwendung von Holzanteilen, die mit einer Siliziumverbindung ummantelt oder umgeben sind.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird dieses Gemisch vor oder während des Verbrennens aufgeschäumt oder durch Hitze und enthaltende Gasbestandteile aufgebläht (popcorning), um so die Oberfläche deutlich zu vergrößern und die chemischen Reaktionen zu fördern.
erster Brennbereich 10
Abzug 11
Gemisch 12
Wärmetauscher 13
Rohr 14
zweiter Brennbereich 20
Abzug 21 verbleibender Rest des Gemischs 22
Wärmetauscher 23
Rohr 24
Rohr 25
Rohr 26
Reservoir 30
Güterwaggon 31
Spulen 32 röhrenförmiger Reaktor 33
Container 34 restlichen Anteil 35
Notflutanlage 36
Reaktor 40
Verwirbeltes Gemisch 41
1. schräge Ebene 42
2. schräge Ebene 43
Türen oder Klappen 44
Heizmittel 45
1. Gasverteilkopf 46
2. Gasverteilkopf 47
3. Gasverteilkopf 48
Türen oder Klappen 49
Gasquellen 50
Gesteuerte Gaszufuhr 51
Konus 52
Anlage 100
Symmetrieachse A
Kohlenwasserstoffe Gasl zusätzliches Gas Gas2
Stickstoffgas N sauerstoffhaltiges Gas O
Gassteuerung S
Wärmemenge Wl
Wärmemenge W2

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Bereitstellen von Energie unter Verwendung eines kohlenstoffhaltigen Gemisches (12), das Kohlenstoffanteile und Siliziumverbindungen, z.B. Silikate, umfasst, a) Einbringen des Gemisches (12) in einen ersten Brennbereich (10) und Zufuhr von Sauerstoff (O); b) Verbrennen der Kohlenstoffanteile des Gemisches (12); c) Erhitzen des verbleibenden Gemisches (22), vorzugsweise durch Zufuhr von Kohlenwasserstoffen (Gasl), um die Siliziumverbindungen aufzutrennen, d) Zufuhr von Stickstoffgas (N) um Silizium aus den Siliziumverbindungen mit Stickstoff in Siliziumnitrid zu überführen e) Auffangen von kohlendioxidhaltigem Rauchgas, das im Schritt a) und/oder b) entsteht, und Einleiten des Rauchgases in eine Ammoniaksalzlösung, um den Kohlenstoffdioxidanteil des Rauchgases in Soda umzuwandeln.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Gemisch (12) handelt um
- ein Abraumgemische (12), das Braunkohle und Siliziumverbindungen umfasst, oder
- ein künstliches Gemisch aus Holzbestandteilen und Sand, Schiefer oder Bauschutt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass Reste des Siliziums mit Kohlenstoff zu Siliziumcarbid reagieren.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass Siliziumnitrid umgesetzt wird in Ammoniak, wobei das Ammoniak eingesetzt wird, um die Ammoniaksalzlösung zu erzeugen.
5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet, dass Siliziumnitrid umgesetzt wird in Ammoniak, wobei das Ammoniak eingesetzt wird, um als Salzwärmespeicher zu dienen.
6. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet, dass bei der Umwandlung in Soda Ammoniumchlorid entsteht, wobei das Ammoniumchlorid eingesetzt wird, um Salz für einen Salzwärmespeicher herzustellen.
7. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet, dass bei der Umwandlung in Soda Ammoniumchlorid entsteht, das wiederum zu Ammoniak umgesetzt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Umwandlung in Soda Ammoniumchlorid entsteht, das wiederum zu Ammoniak umgesetzt wird, wobei anschliessend Ammoniak in einem Salzwärmespeicher gespeichert wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abraumgemisch (12) Diatomeenkohle umfasst.
10. Anlage (100) mit
- mindestens zwei Brennzonen (10, 20),
- Zufuhrmitteln (44) zum Einbringen eines Gemischs (12),
- Gaszufuhrmitteln (14, 46, 51) zum Einbringen eines sauerstoffhaltigen Gases (O) in eine erste (10) der beiden Brennzonen,
- Mittel zum Durchführen einer Verbrennungsprozesses bei dem ein Anteil des Gemischs (12) mit dem sauerstoffhaltigen Gas (O) im Bereich der ersten (10) der beiden Brennzonen verbrennt,
- Gaszufuhrmitteln (25, 48, 51) zum Einbringen eines stickstoffhaltigen Gases (N) in eine zweite (20) der beiden Brennzonen;
- Steuerung (S) zum Steuern des Durchsatzes des sauerstoffhaltigen Gases (O) und des stickstoffhaltigen Gases (N),
- Temperatursensoren zum Messen der Temperatur in der ersten (10) und/oder zweiten der beiden Brennzonen, wobei die Temperatursensoren Information an die Steuerung (S) liefern,
- Gassensoren zum Messen der Gaszusammensetzung in der ersten (10) und/oder zweiten der beiden Brennzonen, wobei die Gassensoren Information an die Steuerung (S) liefern.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Gemisch (12) um ein - kohlenstoffhaltiges Abraumgemisch handelt, das Braunkohle und Siliziumverbindungen, z.B. Silikate, umfasst, oder um ein
- ein künstliches Gemisch aus Holzbestandteilen und Sand, Schiefer oder Bauschutt handelt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Brennzonen (10, 20) im Inneren eines gemeinsamen Reaktors (40) liegen, aber räumlich voneinander getrennt sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszufuhrmittel (14, 46, 51) zum Einbringen eines sauerstoffhaltigen Gases (O) einen Gasverteil köpf (46) umfassen, der dazu ausgelegt ist das sauerstoffhaltige Gas (O) mit großem Druck einzubringen.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (40) rotationssymmetrisch ausgelegt ist, und die die Zufuhrmittel (44) zum Einbringen eines Gemischs (12) an einem äußeren Umfang des Reaktors (40) angeordnet sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (40) mindestens zwei schräge Ebenen (42, 43) aufweist, schräg nach innen geneigt sind.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011003473A1 (de) * 2009-07-10 2011-01-13 Sincono Ag Abgasfreies molekularkraftwerk auf der basis von stickstoff und silizium

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1273145A (en) * 1968-04-26 1972-05-03 Plessey Co Ltd An improved process for nitriding silicon
EP0240869A2 (de) * 1986-04-11 1987-10-14 Bayer Ag Verfahren zur Herstellung von Siliciumnitrid
US4724131A (en) * 1984-06-07 1988-02-09 Sumitomo Chemical Company, Limited Method for producing α-form silicon nitride
EP1857640A2 (de) * 2006-05-10 2007-11-21 Silicon Fire AG Neuartiger kaskadierter Kraftwerksprozess und Verfahren zum Bereitstellen von reversibel einsetzbaren Wasserstoffträgern in einem solchen Kraftwerksprozess
WO2008074659A2 (de) * 2006-12-18 2008-06-26 Silicon Fire Ag Neuartiger kaskadierter kraftwerksprozess und verfahren zum bereitstellen von reversibel einsetzbaren wasserstoffträgern in einem solchen kraftwerksprozess

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1273145A (en) * 1968-04-26 1972-05-03 Plessey Co Ltd An improved process for nitriding silicon
US4724131A (en) * 1984-06-07 1988-02-09 Sumitomo Chemical Company, Limited Method for producing α-form silicon nitride
EP0240869A2 (de) * 1986-04-11 1987-10-14 Bayer Ag Verfahren zur Herstellung von Siliciumnitrid
EP1857640A2 (de) * 2006-05-10 2007-11-21 Silicon Fire AG Neuartiger kaskadierter Kraftwerksprozess und Verfahren zum Bereitstellen von reversibel einsetzbaren Wasserstoffträgern in einem solchen Kraftwerksprozess
WO2008074659A2 (de) * 2006-12-18 2008-06-26 Silicon Fire Ag Neuartiger kaskadierter kraftwerksprozess und verfahren zum bereitstellen von reversibel einsetzbaren wasserstoffträgern in einem solchen kraftwerksprozess

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011003473A1 (de) * 2009-07-10 2011-01-13 Sincono Ag Abgasfreies molekularkraftwerk auf der basis von stickstoff und silizium

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