Patent DE-102017003238-B4 (DE)
Title: Verfahren und Anlagensystem zur Energieumwandlung mittels Kohlendioxid
IPC: B01D53/62
Filed: 2017-04-04
Granted: 2018-12-27
Abstract: Verfahren zur Energieumwandlung mittels Kohlendioxid als Arbeitsmedium für die Wärmekraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren auf einem Anlagensystem ausgeführt wird, welches die folgenden fünf Anlagen enthält:
 1.1 Eine Wärmeaustauscheranlage mit folgenden Merkmalen:
 1.1.1 Mindestens ein Behälter mit einem Volumen von mindestens 27 Kubikmeter und
 1.1.2 der teilweise oder vollständig an seiner Außenwand wärmeisoliert ist, und
 1.1.3 in dem mindestens eine Metall-Leitung (5) von oben nach unten gelegt ist, innerhalb welcher die Fluide über eine Einfuhr von Gas (1) von oben nach unten fließen, und
 1.1.4 in dessen unteren Wandbereich eine Ausfuhr von Gas (2) besteht, aus welcher z.B. das Rauchgas durch die Metall-Leitung ausfließt, und
 1.1.5 in dessen unteren Bereich ein Eingang vorhanden ist, durch welchen das Kaltwasser in den Behälter einfließt, und zwar von oben über eine Einfuhr von Kaltwasser (3) durch eine Wasserleitung, der mit dem Eingang verbunden ist, und
 1.1.6 an dessen oberen Wandbereich eine Ausfuhr von Heizwasser (4) existiert, aus welcher das in den Behälter eingeflossene Kaltwasser nach der Wärmeübertragung über die Oberfläche der Metall-Leitung (5) als Heizwasser überläuft;
 1.2 Eine Sedimentationsanlage mit folgenden Merkmalen:
 1.2.1 Mindestens ein Behälter mit einem Volumen von mindestens 27 Kubikmeter und
 1.2.2 der einen schrägen Boden zum Sammeln von Sedimenten aus CO 2 -haltigen Fluiden hat, und
 1.2.3 in dessen Wandbereich eine Einfuhr von Gas (6) besteht, und
 1.2.4 in dessen tiefsten Bodenbereich ein Doppelventil (7) zur Extraktion der Sedimente aus CO 2 -haltigen Fluiden existiert, und
 1.2.5 an dessen Wand ein Ausgang zur Abführung des kondensierten Wassers aus den CO 2 -haltigen Fluiden vorhanden ist, und
 1.2.6 in dessen oberen Innenraum möglicherweise ein Wärmeaustauscher (10) zur Abkühlung vom CO 2 -haltigen Gas installiert ist, und
 1.2.7 an dessen oberen Teil eine Ausfuhr von Gas (8) zur Gas-Abführung besteht und ein Sperrventil (9) bestehen, und 
 1.2.8 ein optionaler Ventilator und/oder ein optionaler Staubfilter bei der Ausfuhr von Gas (8) installiert werden können;
 1.3 Eine CO 2 -Verflüssigungsanlage mit folgenden Merkmalen:
 1.3.1 Mindestens eine Gasverdichtungsanlage mit einem optionalen schaltbaren Bypass, und
 1.3.2 mindestens ein Behälter zum Empfang von verdichtetem CO 2 -haltigen Fluid wie z.B. Rauchgas aus der Gasverdichtungsanlage, und
 1.3.3 eine Gruppe von Wärmeaustauschern zur Übertragung der Wärme wie etwa Verdichtungswärme aus der Gasverdichtungsanlage oder anderer verwendbarer Wärme, um die Kohlendioxide zu erwärmen, die z.B. aus dem CO 2 -haltigen Gas abgeschieden sind, und/oder das vorhandene restliche CO 2 -haltige Gas nach der CO 2 -Abscheidung zu erwärmen, und
 1.3.4 eine Gruppe von Wärmekraftmaschinen für die Entspannung der CO 2 -Fluide, und/oder für die Entspannung des vorhandenen restlichen CO 2 -haltigen Gases nach der CO 2 -Abscheidung, und
 1.3.5 ein Behälter zum Empfang der CO 2 -Fluide, die in Wärmekraftmaschinen entspannt wurden, und
 1.3.6 ein optionaler Behälter zum Empfang des vorhandenen entspannten restlichen CO 2 -haltigen Gases nach der CO 2 -Abscheidung, und
 1.3.7 eine Gruppe von CO 2 -Flüssigkeitbehältern zum Speichern der CO 2 -Fluide, wobei die CO 2 -Flüssigkeitbehälter bei Bedarf mit Wärmeaustauschern ausgestattet werden können, und
 1.3.8 eine optionale Gruppe von Behältern zum Empfangen des vorhandenen entspannten restlichen CO 2 -haltigen Gases nach der CO 2 -Abscheidung, wobei die Behälter mit eventuell benötigten Wärmeaustauschern ausgestattet werden können;
 1.4 Eine CO 2 -Fluidspeicheranlage mit einer oder zwei der folgenden beiden Teilanlagen:
 1.4.1 Eine CO 2 -Flüssigkeitspeicheranlage mit folgenden Merkmalen:
 1.4.1.1 Eine eine Gruppe von Behältern, die über Ventile miteinander verbunden werden können, und 
 1.4.1.2 jeder Behälter der Gruppe hat:
 1.4.1.3 Eine Einfuhr für CO 2 -Flüssigkeit (11) mit einem optionalen Sperrventil (13) und eine optionalen Pumpe (12), sowie einen mit der Pumpe (12) korrelierten Bypass, und
 1.4.1.4 eine Ausfuhr für CO 2 -Flüssigkeit (14) mit einem optionalen Sperrventil (15), und
 1.4.1.5 zumindest einen Sicherheitsexit, und
 1.4.1.6 eventuell einen, mehrere oder auch keinen Wärmeaustauscher (16) im Innenraum, und
 1.4.1.7 teilweise oder vollständig an der Außenwand thermisch zu isolieren, und
 1.4.1.8 mindestens dem Druck von 20 bar standzuhalten;
 1.4.2 Eine CO 2 -Gasspeicheranlage mit folgenden Merkmalen:
 1.4.2.1 Eine Gruppe von Behältern, die über Ventile miteinander verbunden sein können, und
 1.4.2.2 jeder Behälter der Gruppe hat:
 1.4.2.3 Eine Einfuhr von CO 2 -Gas (17) mit einem Sperrventil (19) und einem optionalen Ventilator (18), sowie einen mit dem Ventilator (18) korrelierten Bypass, und
 1.4.2.4 eine Ausfuhr vom CO 2 -Gas (20) mit einem optionalen Sperrventil (21), und
 1.4.2.5 zumindest einen Sicherheitsexit, und
 1.4.2.6 einen oder mehrere oder auch keinen Wärmeaustauscher (22) im Innenraum, und
 1.4.2.7 teilweise oder vollständige oder auch keine Wärmeisolierung an der Außenwand, und
 1.4.2.8 mindestens dem Druck von 1,2 bar standzuhalten;
 1.5 Eine eine CO 2 -Wärmekraftmaschinenanlage mit folgenden Merkmalen:
 1.5.1 Eine Gruppe von Wärmekraftmaschinen mit elektrischen Generatoren, und
 1.5.2 eine Wärmequelleanlage, welche Wärme zu allen Wärmeaustauschern der CO 2 -Wärmekraftmaschinenanlage liefern kann, und
 1.5.3 eine Kältequelleanlage, welche Kälte zu allen Wärmeaustauschern der CO 2 -Wärmekraftmaschinenanlage liefern kann, und
 1.5.4 mindestens zwei Betriebsbehälter jeweils zum Liefern bzw. zum Empfangen der CO 2 -Fluide zu bzw. von den Wärmekraftmaschinen, wobei die Betriebsbehälter mit Wärmeaustauschern ausgestattet sind, die jeweils wiederum mit den Wärme- und/oder Kältequellenanlagen über Schalter verbunden sind, und
 1.5.5 ein oder mehrere oder kein Wärmeaustauscher, der direkt nach dem liefernden Betriebsbehälter installiert und mit den Wärme- und/oder Kältequellenanlagen über Schalter verbunden wird, und
 1.5.6 ein oder mehrere oder kein Wärmeaustauscher, der direkt vor dem empfangenden Betriebsbehälter installiert und mit den Wärme- und/oder Kältequellenanlagen über Schalter verbunden wird, und
 1.5.7 eine Gruppe von CO 2 -Behältern zum Liefern und/oder zum Empfangen von CO 2 -Fluiden, wobei die CO 2 -Behälter mit oder ohne Wärmeaustauschern ausgestattet werden können, die ihrerseits jeweils mit den Wärme- und/oder Kältequellenanlagen über Schalter verbunden sind;
 wobei gilt,
 1.6 dass eine große Menge, d.h. ab 5000 Tonnen Masse Kohlendioxid, als Arbeitsmedium eingesetzt ist, und
 1.7 dass zum CO 2 -Heizen die klimatische Wärme und/oder Abwärme und/oder Geotherme, Solarwärme oder andere Naturwärme und/oder Wärme aus der Verbrennung von CO 2 -neutralen Brennstoffen genutzt werden, und
 1.8 dass zum CO 2 -Kühlen die klimatische Kälte und/oder andere Naturkälte aus Flusswasser, tiefer Erde, tiefem Seewasser und/oder anderen natürlichen Kühlmitteln und/oder die eventuell erzeugte Expansionskälte in den Wärmekraftmaschinen genutzt werden,
 1.9 dass die im Punkt 1.7 bzw. 1.8 beschriebene Nutzung der klimatischen Wärme bzw. der klimatischen Kälte in mehreren von drei folgenden Weisen erfolgt: Vor Ort, mithilfe eines CO 2 -Transportsystems oder mithilfe einer CO 2 -Speicheranlage; 1.10 dass der Prozess von CO 2 -Heizen in manchen CO 2 -Behältern batchweise erfolgt, 1.11 dass der Prozess von CO 2 -Kühlen in manchen CO 2 -Behältern batchweise erfolgt, 1.12 dass der Prozess von CO 2 -Füllen in manche CO 2 -Behältern batchweise erfolgt, 
 1.13 dass der Prozess von CO 2 -Liefern aus manchen CO 2 -Behältern batchweise erfolgt, 1.14 dass mit mehreren von vier folgenden Verfahrensschritten ein CO 2 -Kreislauf in der CO 2 -Wärmekraftmaschinenanlage gebildet wird, in dem die CO 2 -Masse möglicherweise auch zunehmen kann:
 1.14.1 CO 2 -Sammeln, wobei die Kälte, insbesondere die Naturkälte, zur Abkühlung der CO 2 -haltigen Fluide genutzt wird,
 1.14.2 CO 2 -Verflüssigen, wobei der Prozess von Kühlen zum Füllen sowie der Prozess von Kühlen zum Verflüssigen parallel und/oder nacheinander in manchen CO 2 -Behältern laufen,
 1.14.3 CO 2 -Heizen, wobei der Prozess von Heizen zum Füllen, der Prozess von Kühlen zum Füllen und der Prozess von Heizen zum Drucksteigen parallel und/oder nacheinander in manchen CO 2 -Behältern laufen,
 1.14.4 CO 2 -Energieumwandeln, wobei der Prozess von Heizen zum Entspannen während der CO 2 -Zuströmung zu den Wärmekraftmaschinen läuft, und die CO 2 -Druckschwankungen dabei eventuell geglättet werden.