Patent DE-112018005746-B4 (DE)
Title: Vollquantifiziertes Ressourcensystem zur Erfassung, Umwandlung und Anwendung von Rauchgas bei Fabriken, Kraftwerken und Raffinerien
Inventor: SONG WEINING
IPC: C08L1/02
Filed: 2018-11-08
Granted: 2022-10-20
Abstract: Vollquantifiziertes Ressourcensystem zur Erfassung, Umwandlung und Anwendung von Rauchgas bei Fabriken, Kraftwerken und Raffinerien, wobei das Ressourcensystem folgendes umfasst: ein Energiesubsystem, ein Erfassungssubsystem, ein Umwandlungssubsystem, ein Anwendungssubsystem, eine Wassergaseinheit, eine Kohlenstoffdioxid-Einfangeinheit, eine Wasserstoffbildungseinheit, eine Wasserwiedergewinnungseinheit, eine kombinierte Dekontaminations- und Staubentfernungseinheit, eine Einheit zur superkritischen Mahlung und Vorbereitung von Nanozellulose, eine Schaummaterialeinheit für Superkritisch-Kohlendioxid-Nanozellulose, wobei die Rauchgase Staubpartikel, gasförmige Verbindungen, Spurenelemente, Kohlendioxid, Feuchtigkeit enthalten, wobei die gasförmigen Verbindungen zumindest Stickoxide und Schwefeloxide enthalten;wobei das vollquantifizierte Ressourcensystem für Rauchgas Staubpartikel und gasförmige Oxide durch die kombinierte Dekontaminations- und Staubentfernungseinheit entfernt; Kohlenstoffdioxid durch eine Kohlenstoffdioxid-Einfangeinheit in dem Erfassungssubsystem eingefangen und als superkritisches Kohlenstoffdioxid unter Druck gespeichert wird; wobei die Feuchtigkeit aus dem Rauchgas durch die Wasserwiedergewinnungseinheit rückgewonnen wird; das wiedergewonnene Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff durch die Wasserstoffbildungseinheit zersetzt wird, wobei der Sauerstoff einer Wassergaseinheit zur Unterstützung der Verbrennung zugeführt wird und durch die Wassergaseinheit weiter hoch reiner Wasserstoff erhalten wird; das gefangene Kohlendioxid mit hohem stabilen Zustand und niedrigem Energiezustand mit den Ethylenoxidmolekülen mit hohem Energiezustand durch das Umwandlungssubsystem reagiert wird, um Ethylencarbonat (EC) zu erzeugen, wobei das Ethylencarbonat wiederum katalytisch mit Wasserstoff reagiert wird, um Methanol und ein Diol zu erhalten; wobei ein Superkritisch-Kohlendioxid-Nanozellulose-Schlammmaterial (107) aus superkritischem Kohlendioxid und Nanozellulose durch Anwenden eines Teilsystems hergestellt wird, wobei das Superkritisch-Kohlendioxid-Nanozellulose-Schlammmaterial nach einer Konzentrationseinstellung mit den Materialpartikeln zu einem Schaummaterial für Superkritisch-Kohlendioxid-Nanozellulose extrudiert wird;wobei das vollquantifizierte Ressourcensystem für Rauchgas Staubpartikel und gasförmige Oxide die Einheit zur superkritischen Mahlung und Vorbereitung von Nanozellulose für die Herstellung der Superkritisch-Kohlendioxid-Nanozellulose verwendet wird; wobei die Schaummaterialeinheit für Superkritisch-Kohlendioxid-Nanozellulose zum Herstellen des Schaummaterials für Superkritisch-Kohlendioxid-Nanozellulose verwendet wird;wobei das Energiesubsystem an den Strom aus der sauberen Energie für die Solarenergieerzeugung und die Windenergieerzeugung angeschlossen ist und als zusätzliche Bereitstellungsenergie durch Abwärmerückgewinnungsstromerzeugung und Wasserstoffgaserzeugung verwendet wird; wobei die an die verschiedenen Teilsysteme und Einheiten des vollquantifizierten Ressourcensystems für Rauchgas gelieferte benötigte elektrische Energie stabil konfiguriert wird, während Strom für Kraftverteilung, Beleuchtungsverteilung, Feuerwehr-Verteilung, Überwachungsverteilung und Sicherheitsverteilung innerhalb des vollquantifizierten Ressourcensystem für Rauchgas geliefert wird;wobei Methanol, Diole und Schaummaterial durch Auffangen, Umsetzen, Verwenden von Kohlendioxid abschließend erzeugt werden, wodurch die Stoffbilanz des Systems gebildet wird; wobei durch die Fusion des Energiesubsystems die Reinigungsenergie, die Wasserstoffenergie und die Systemwärmeenergie genutzt werden, wobei ein Teil der thermischen Energie, der elektrischen Energie oder der Wasserstoffenergie abgeführt werden kann, während die Autarkie des Gesamtsystems erreicht wird, damit die Ziele einer vollständigen Quantifizierung der Energieausnutzung und einer vollständigen Quantifizierung der Rauchgasausnutzung erreicht werden;die Einheit zur superkritischen Mahlung und Vorbereitung von Nanozellulose umfasst eine Zellulose-Mahlvorrichtung;wobei die Zellulose eine Teilchengröße in der Größenordnung von Mikrometern aufweist, wobei die Zellulose eine beliebige oder mehrere Zusammensetzungen aus einer Gruppe von Holzfasern, Kohlenstofffasern, Siliziumfasern, Metallfasern, Graphenfasern aufweist;wobei die Mahlvorrichtung eine vollständig versiegelte, hochdruckbeständige und wasserfreie Vorrichtung ist, und wobei die Mahlvorrichtung die Zellulose und die superkritische Kohlendioxidflüssigkeit vermischt aufschlämmt, wobei die Zellulose im Mikrometerbereich durch eine Mühle (200) zu Zellulose im Nanometerbereich gemahlen wird, wobei die Zellulose im Nanometerbereich und das superkritische Kohlendioxid ein, als Nanoschlammmaterial abgekürztes, Superkritisch-Kohlendioxid-Nanozellulose-Schlammmaterial bilden; wobei der Gehalt an Nanozellulose im Nanoschlammmaterial größer als 1% ist;wobei die Mahlvorrichtung eine Schlammmaterialsenke (100), eine Mühle und einen Förderer (300) umfasst; wobei die Schlammmaterialsenke, die Mühle und der Förderer über das Dreiwegeventil (109), das Vakuumventil (110) und die Hochdruckleitung (112) abdichtend in Verbindung stehen und insgesamt unter superkritischen Betriebsbedingungen betrieben werden, wobei der innere Zirkulationsstrom mit einem Schlammmaterial aus einer flüssigen Phase von superkritischem Kohlendioxid und einem in der flüssigen Phase von superkritischem Kohlendioxid gelösten Zellulosepulver gefüllt ist; wobei das Chassis des Förderers mit einem Pumpenmotor (301) und einer Fluidpumpe (302) ausgestattet ist, wobei die Fluidpumpe durch den Pumpenmotor durch einen Förderriemen (212, 305) angetrieben wird, wobei das Schlammmaterial aus der Schlammmaterialsenke zu einem Pumpeneinlass (303) angesaugt wird und über einen Pumpenauslass (304) durch eine Hochdruckleitung zu einer Eingabeöffnung (204) der Mühle gefördert wird, wobei das Schlammmaterial durch einen Seitenströmungskanal (210) zwischen eine feststehende Mahlscheibe (207) und eine rotierende Mahlscheibe (208) gelangt und von der hohlen Rotationsachse (209) nach dem Feinschleifen in den Materialzylinder (203) geführt und über den Auslauf und die Hochdruckleitung in die Schlammmaterialsenke transportiert wird, wobei dann das Schlammmaterial in einem superkritischen Zustand einen umlaufenden Förderstrom bildet;ein Chassis (213, 305) ist an der unteren Abdichtungswelle der Mühle angebracht, wobei eine hohle Drehwelle im Chassis angeordnet ist, wobei die Drehwelle durch einen Mühlenmotor (202) über den Förderriemen (212) angetrieben ist, wobei die hohle Drehwelle eine rotierende Mahlscheibe antreibt, wobei die Mahlscheibe sich mit einer hohen Drehzahl dreht, wobei an der rotierenden Mahlscheibe und an der stationären Mahlscheibe eine miteinander gekoppelte, ultrafeine Nano-Schleifzahnanordnung angeordnet ist, wobei die ultrafeine Nano-Schleifzahnanordnung die Zellulose im Mikrometerbereich zur Zellulose im Nanometerbereich mahlen kann;in der Schlammmaterialsenke sind ein Temperatursensor (104), ein Drucksensor, ein Dichtesensor und ein Teilchengrößendetektor vorgesehen, um jeweils die Temperatur, den Druck, die Dichte des Schlammmaterials und die Teilchengrößensignale der Zellulose in der Schlammmaterialsenke zu detektieren, und wobei die oberen Parameterinformationen durch die PLC-Steuerung angezeigt werden;die Schlammmaterialsenke ist extern mit einer Heizeinrichtung (103) und einem Kühler ausgestattet, um die Temperatur des Schlammmaterials in der Schlammmaterialsenke in einem superkritischen Zustand zu regeln;der CO2-Flüssigkeitseinlass an der Schlammmaterialsenke wird zur Einführung von superkritischer Kohlendioxid-Flüssigkeit verwendet, und die Kohlendioxid-Flüssigkeit wird durch einen Ventilblock, der am CO2-Flüssigkeitseinlass angeordnet ist, zusammen mit einem Vakuumventil abgegeben oder zugegeben, um den Druck des superkritischen Kohlendioxids zu steuern;die Schlammmaterialsenke umfasst weiterhin ein Rührgerät (101), einen Rührer (102), eine Waschsenke (108), eine Austrittsöffnung (111, 211), ein Reinigungsmittel (113) und eine Schmutzauslassöffnung (114); wobei das Rührgerät und der Rührer zum Rühren und Mischen des Schlammmaterials in der Schlammmaterialsenke vorgesehen sind, wobei die Waschsenke mit einem Reinigungsmittel zur Reinigung der Mahlvorrichtung befüllt ist, wobei die Schmutzauslassöffnung zum Abgeben von Spülabfallflüssigkeit dient;die Mühle umfasst weiterhin einen Mühlenkörper (201), ein Druckmesser (205), einen Durchflussmesser (206), wobei der Mahlkörper ein Gehäuse der Mühle ist, wobei das Druckmesser und das Durchflussmesser an der Hochdruckleitung an der Eingabeöffnung angebracht sind, um den Druck und den Durchfluss des superkritischen Schlammmaterials anzuzeigen;die Schaummaterialeinheit für Superkritisch-Kohlendioxid-Nanozellulose umfasst eine Hilfsvorrichtung, eine Dispensiervorrichtung, eine Einspritzvorrichtung, einen Doppelschneckenextruder, eine Schaumvorrichtung und ein Schaummaterial;die Dispensiervorrichtung soll das Gehaltsverhältnis von superkritischem Kohlendioxid und Nanozellulose in dem Nanoschlammmaterial superkritisch einstellen, um das Kohlendioxid darin freizusetzen, wodurch der Gehalt an Nanozellulose in dem Nanoschlammmaterial erhöht wird, wobei nach dem Freisetzen des Kohlendioxids durch die Dispensiervorrichtung, das Verhältnis von Kohlendioxid zu Nanozellulose in dem Nanoschlammmaterial (30%-70%): (70%-30%) (Gewicht %) liegt; so dass der Gehalt an Nanozellulose in dem Schaummaterial beibehalten wird, um die Eigenschaften des Schaummaterials zu erhöhen; wobei die Dispensiervorrichtung mit dem Tank für das Nanoschlammmaterial in Verbindung steht, wobei die Tank für das Nanoschlammmaterial zum Speichern und Zuführen des dispensierten Nanoschlammmaterials dient;die Menge des gelösten Kohlendioxids in dem Schaummaterial steht in positiver Beziehung zu der Größe des Drucks des superkritischen Kohlendioxids; wenn der Druck 5MPa beträgt, beträgt die gelöste Menge von Kohlendioxid 3%; wenn der Druck 15MPa beträgt, beträgt die gelöste Menge von Kohlendioxid 10%; die vorliegende Erfindung verwendet eine Druckbedingung von etwa 20MPa, um die gelöste Menge des Kohlendioxids auf einen höheren Prozentsatz zu erhöhen;wobei das Anwendungssubsystem das dispensierte Nanoschlammmaterial, superkritisches Kohlendioxid, den Promotor zu einem Entwurfsverhältnis dispensieren und die Mischung in einem Hochdruckmischer homogen vereinen kann, um eine superkritische Flüssigkeit zu erhalten; ferner wird die superkritische Flüssigkeit durch eine Nanozellulose-Injektionsvorrichtung bei einem hohen Druck in einen Doppelschneckenextruder injiziert; wobei synchronisiert die Materialteilchen in den Doppelschneckenextruder zusammen eingespeist und mit der superkritischen Flüssigkeit schmelzgemischt werden, wobei ein extrudierter Gegenstand durch Extrusionsformen einer Form erhalten wird, wobei der extrudierte Gegenstand durch ein Schäumverfahren geschäumt wird, um ein Produkt aus dem Schaummaterial herzustellen;wobei die Hilfsvorrichtung von einem Topf für superkritisches Kohlendioxid mit der erforderlichen superkritischen Kohlendioxidflüssigkeit versorgt wird und mit einem CO2-Spannungsregler, einer Hochdruckpumpe, einem CO2-Thermostat und einem Massendurchflussmesser zum dosierten Zuführen von superkritischem Kohlendioxid versehen ist; wobei der Promotor durch eine Hochdruckpumpe und einen Massendurchflussmesser dosiert und versorgt wird;wobei die Materialpartikel die Kunststoffpartikel oder Pulver, die Zementpartikel oder Pulver, die Glaspartikel oder Pulver umfassen; wobei das Schaummaterial den geschäumten Kunststoff, den geschäumten Zement, das geschäumte Glas umfasst, wobei das Schaummaterial ein Blatt, ein Plattenmaterial, ein Profil, einen Block oder eine Struktur umfasst;ein Leistungsindex des Schaummaterials am Beispiel eines PP-Schaummaterials ist:a. der Gehalt an Nanozellulose beträgt 1%-5%;b. das Elastizitätsmodul beträgt 3GPa bis 10GPa;c. eine Wärmeformtemperatur (HDT) ist 130 °C-150 °C;d. die Festigkeit beträgt 1000 kPa-3000 kPa.