[go: up one dir, main page]

EP3337878A1 - Verfahren zum erzeugen einer brennstoffzusammensetzung und zum betreiben einer brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zum erzeugen einer brennstoffzusammensetzung und zum betreiben einer brennkraftmaschine

Info

Publication number
EP3337878A1
EP3337878A1 EP16747445.1A EP16747445A EP3337878A1 EP 3337878 A1 EP3337878 A1 EP 3337878A1 EP 16747445 A EP16747445 A EP 16747445A EP 3337878 A1 EP3337878 A1 EP 3337878A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gas
dimethyl ether
methanol
special
synthesis gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16747445.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Marc Hehle
Philipp KLAAS
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rolls Royce Solutions GmbH
Original Assignee
MTU Friedrichshafen GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MTU Friedrichshafen GmbH filed Critical MTU Friedrichshafen GmbH
Publication of EP3337878A1 publication Critical patent/EP3337878A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/0663—Details on the fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
    • F02D19/0668—Treating or cleaning means; Fuel filters
    • F02D19/0671—Means to generate or modify a fuel, e.g. reformers, electrolytic cells or membranes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C41/00—Preparation of ethers; Preparation of compounds having groups, groups or groups
    • C07C41/01—Preparation of ethers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K3/00—Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide
    • C10K3/06—Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide by mixing with gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G OR C10K; LIQUIFIED PETROLEUM GAS; USE OF ADDITIVES TO FUELS OR FIRES; FIRE-LIGHTERS
    • C10L1/00—Liquid carbonaceous fuels
    • C10L1/10—Liquid carbonaceous fuels containing additives
    • C10L1/14—Organic compounds
    • C10L1/18—Organic compounds containing oxygen
    • C10L1/185—Ethers; Acetals; Ketals; Aldehydes; Ketones
    • C10L1/1852—Ethers; Acetals; Ketals; Orthoesters
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G OR C10K; LIQUIFIED PETROLEUM GAS; USE OF ADDITIVES TO FUELS OR FIRES; FIRE-LIGHTERS
    • C10L3/00—Gaseous fuels; Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by subclass C10G, C10K; Liquefied petroleum gas
    • C10L3/003—Additives for gaseous fuels
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G OR C10K; LIQUIFIED PETROLEUM GAS; USE OF ADDITIVES TO FUELS OR FIRES; FIRE-LIGHTERS
    • C10L3/00—Gaseous fuels; Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by subclass C10G, C10K; Liquefied petroleum gas
    • C10L3/06—Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by C10G, C10K3/02 or C10K3/04
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B7/00—Engines characterised by the fuel-air charge being ignited by compression ignition of an additional fuel
    • F02B7/06—Engines characterised by the fuel-air charge being ignited by compression ignition of an additional fuel the fuel in the charge being gaseous
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/0639—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed characterised by the type of fuels
    • F02D19/0642—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed characterised by the type of fuels at least one fuel being gaseous, the other fuels being gaseous or liquid at standard conditions
    • F02D19/0647—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed characterised by the type of fuels at least one fuel being gaseous, the other fuels being gaseous or liquid at standard conditions the gaseous fuel being liquefied petroleum gas [LPG], liquefied natural gas [LNG], compressed natural gas [CNG] or dimethyl ether [DME]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/08—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed simultaneously using pluralities of fuels
    • F02D19/082—Premixed fuels, i.e. emulsions or blends
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/08—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed simultaneously using pluralities of fuels
    • F02D19/082—Premixed fuels, i.e. emulsions or blends
    • F02D19/085—Control based on the fuel type or composition
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C01B2203/0475—Composition of the impurity the impurity being carbon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/06—Integration with other chemical processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G OR C10K; LIQUIFIED PETROLEUM GAS; USE OF ADDITIVES TO FUELS OR FIRES; FIRE-LIGHTERS
    • C10L2270/00—Specifically adapted fuels
    • C10L2270/02—Specifically adapted fuels for internal combustion engines
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G OR C10K; LIQUIFIED PETROLEUM GAS; USE OF ADDITIVES TO FUELS OR FIRES; FIRE-LIGHTERS
    • C10L2290/00—Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/02—Combustion or pyrolysis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G OR C10K; LIQUIFIED PETROLEUM GAS; USE OF ADDITIVES TO FUELS OR FIRES; FIRE-LIGHTERS
    • C10L2290/00—Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/04—Gasification
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G OR C10K; LIQUIFIED PETROLEUM GAS; USE OF ADDITIVES TO FUELS OR FIRES; FIRE-LIGHTERS
    • C10L2290/00—Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/24—Mixing, stirring of fuel components
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G OR C10K; LIQUIFIED PETROLEUM GAS; USE OF ADDITIVES TO FUELS OR FIRES; FIRE-LIGHTERS
    • C10L2290/00—Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/54—Specific separation steps for separating fractions, components or impurities during preparation or upgrading of a fuel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a low-cost fuel composition. Moreover, the invention also relates to a method for operating an internal combustion engine. In addition, a use of methanol-reduced dimethyl ether is described according to the invention.
  • Synthesis gas can be produced from special gas by purification and subsequent reforming.
  • Special gases which also include low-pressure gases, are generally waste gases which are produced, for example, in gas production or in biological or chemical processes and are usually burned on the torch or blown off without further targeted and thus costly purification into the environment.
  • a use of special gas as fuel gas is due to the sensitivity of the internal combustion engine and the associated technical adaptation of the engine to the various special gases only very limited possible.
  • DME dimethyl ether
  • special gas is initially provided which, as mentioned above, contains substances which can be converted in a combustion process.
  • Suitable special gases include exhaust gases and associated gases from the chemical industry and the raw material production (eg from refining), wood gas, convert gas, pyrolysis gas, mine and mine gas, coke gas, landfill gas, biogas, sewage gas, natural gas, flare gas, shale gas, town gas, propane, Butane, associated gases that are produced during steel and iron production (such as: cupola furnace gas, blast furnace gas, etc.), as well as mixtures of the specified gases.
  • Special gases can therefore be of different origin and composition and accordingly have different calorific values.
  • Special gases suitable for the invention may in particular have calorific values of less than 1 kWh / m 3 N to> 30 kWh / m 3 N.
  • the special gas is split into two partial streams. A first part of the special gas is reformed by a reforming process or by combining various processes to synthesis gas. The reforming is carried out as usual under high temperatures and possibly with the supply of air.
  • the resulting synthesis gas contains, inter alia, hydrogen (H 2 ), carbon monoxide (CO), carbon dioxide (C0 2 ), nitrogen (N 2 ), water and optionally residues of longer-chain hydrocarbons from the special gases, which could not be reformed.
  • dimethyl ether is produced from the resulting synthesis gas.
  • dimethyl ether can be recovered by distillation from the synthesis gas.
  • the dimethyl ether can also be synthesized.
  • methanol is produced in the process of the production of dimethyl ether (eg using a copper / zinc oxide / alumina catalyst).
  • the synthesis of dimethyl ether can thus be carried out, for example, by catalytic conversion of methanol while maintaining appropriate boundary conditions (pressure, temperature) and subsequent dehydration.
  • a DME-containing reaction mixture is produced which may contain DME further reaction products, such as methanol and residues of synthesis gas.
  • Methanol is then separated from the dimethyl ether-containing reaction mixture to produce a methanol-reduced dimethyl ether mixture. It has been found that the methanol alters the ignitability and combustion characteristics of DME and thus the combustion of special gases.
  • a DME-containing reaction mixture which contains methanol and is supplied to the combustion, depending on the Methanol content reduced and fluctuating combustion properties, whereby a combustion of special gas is prevented with a constant high efficiency.
  • the separation of methanol from the reaction mixture to produce substantially methanol-free DME is therefore advantageous.
  • the residual methanol content in the methanol-reduced dimethyl ether mixture should preferably not exceed 50% by volume and is more preferably below 10% by volume.
  • the methanol-reduced dimethyl ether mixture can be stored before completion of the fuel composition, for example in a tank or storage container.
  • any further reaction products can be separated from the reaction mixture in order to obtain the purest possible DME.
  • the methanol-reduced dimethyl ether mixture is combined with a second portion of the special gas to obtain the fuel composition.
  • the fuel composition is then used immediately to generate energy.
  • the bringing together can take place directly in a combustion chamber of an internal combustion engine or in a separate container, for example a storage tank, or a region upstream of a combustion chamber.
  • the DME preferably serves in the firing process as a starting jet, which initiates and maintains the combustion of non-reformed special gas due to its good spontaneous ignition. Due to the constant ignition and combustion properties of the produced from the synthesis gas, methanol-reduced dimethyl ether mixture, differently composed special gases can be reliably ignited, which offers a high degree of flexibility in the special gas selection.
  • the inventive method therefore allows a simple and cost-effective utilization of special gas of any kind. Special gas, which is usually discarded as waste gas, can thus be used sustainably without elaborate purification of the total special gas flow must be made.
  • An advantageous development of the method according to the invention provides that CO 2 is precipitated from the synthesis gas produced by reforming, in particular directly after the reforming. As a result, the ignitability of the dimethyl ether-containing reaction mixture is improved. Further advantageously, the bringing together of the second part of the special gas with the methanol-reduced dimethyl ether mixture takes place in a combustion chamber of an internal combustion engine. Thus, the dimethyl ether can be used as a priming in the combustion of the special gas and this example be added at each compression of the fuel composition. Further advantageously, to promote ignitability of the fuel composition, synthesis gas may be added to the fuel composition. The synthesis gas can come from external sources or from synthesis gas obtained by reforming. Preferably, the synthesis gas is taken after the reforming and before the DME production, since thus a complete utilization of the synthesis gas and thus the sustainability of the method according to the invention are promoted.
  • the fuel composition already has high ignitability or low knock resistance, it may be advantageous to add exhaust gas obtained by combustion of the fuel composition to the fuel composition.
  • the combustion properties of the fuel composition can be controlled and standardized so that combustion of a wide variety of special gases is necessary without changing the hardware and software components involved in the combustion of the special gases.
  • a method for operating an internal combustion engine comprises the steps of i) providing a special gas, ii) reforming a first part of the special gas to produce synthesis gas, iii) producing dimethyl ether from the synthesis gas to produce a dimethyl ether-containing reaction mixture, iv) separating methanol from the dimethyl ether-containing reaction mixture and Producing a methanol-reduced dimethyl ether mixture, v) supplying a second part of the special gas and the methanol-reduced dimethyl ether mixture to a combustion chamber of the internal combustion engine and vi) igniting the second part of the special gas by igniting the methanol-reduced dimethyl ether mixture.
  • process steps i) to iv) are identical to the corresponding process steps of the inventive method for producing a fuel composition.
  • the actual combustion of the fuel composition takes place, for which purpose special gas and methanol-reduced DME mixture in process step v) fed into a combustion chamber and then ignited under pressure to generate and burned.
  • the dimethyl ether contained in the methanol-reduced dimethyl ether mixture serves as a self-igniting component, preferably as an ignition jet, the ignition of the second part of the special gas. Due to the ignition of the DME, the special gas is ignited afterwards.
  • the inventive method allows the efficient provision of energy from different, combustible substances containing, special gases, without any preceding , consuming purification or the specific adaptation of the internal combustion engine to the particular gases to be used needs.
  • special gases with calorific values of less than 1 kWh / m 3 to> 30 kWh / m 3 can be implemented according to the invention. Since special gases can be obtained inexpensively or free of charge, the operation of a Brerinkrafrmaschine invention is flexible, cost-effective and at the same time, due to the use of waste gas, sustainable.
  • the advantageous step of separating C0 2 from the synthesis gas produced by reforming which is carried out in particular directly after the reforming, can improve the ignitability of the dimethyl ether-containing reaction mixture.
  • a further development of the method according to the invention provides for a step of feeding synthesis gas into the combustion chamber.
  • the synthesis gas is mixed before being fed into the combustion chamber with the second part of the special gas.
  • the combustion chamber comprises an antechamber and a main chamber.
  • the methanol-reduced dimethyl ether mixture is ignited in the pre-chamber and the resulting flames are conducted into the main chamber, where a very rapid combustion of the second part of the special gas can take place.
  • the methanol-reduced dimethyl ether mixture is stored in a tank until it is used.
  • a tank e.g. be responded to in the process for operating an internal combustion engine faster and flexible to corresponding performance demands. If more power is required, a larger amount of special gas is used and fed with a correspondingly higher amount of DME and ignited. In addition, it is easier to deal with transient requirements and startup processes.
  • dimethyl ether as a priming jet for igniting special gas containing combustible substances is also described in a combustion chamber of an internal combustion engine, wherein a content of methanol in dimethyl ether is less than 50% by volume and preferably less than 10% by volume. is.
  • the methanol-reduced, so only low levels of methanol-containing DME has constant ignition and combustion properties, so that different composition, containing combustible substances, special gases can be ignited with a constant burning efficiency efficiently.
  • FIG. 1 is a flowchart for illustrating the method for operating an internal combustion engine according to an advantageous embodiment of the invention.
  • Fig. 1 shows the essential features of a system 100, which is suitable for operating an internal combustion engine according to an advantageous embodiment of the method.
  • These devices include a Brerinkraftmaschine 1, a special gas source 2, a reformer 3, a C0 2 - separator 4, a DME-generating device 5 and a methanol separator 6.
  • a Brerinkraftmaschine 1 a special gas source 2
  • a reformer 3 a C0 2 - separator 4
  • a DME-generating device 5 a methanol separator 6.
  • Suitable special gases include exhaust gases and associated gases from the chemical industry and raw material production (eg from refining), wood gas, convertible gas, pyrolysis gas, mine and mine gas, coke gas, landfill gas, biogas, sewage gas, natural gas, flare gas, shale gas, city gas, propane, butane, associated gases and iron production arise (such as: Kupolofengas, blast furnace gas, etc.), and mixtures of the specified gases.
  • the special gas is passed through a flow divider 7, which separates the special gas into a first part and a second part.
  • the first part of the special gas is fed to a gas scrubber unit 8 and, depending on the reforming process used, the scrubbed special gas is optionally compressed together with air from an air supply device 9 in a compressor 10 and then fed to the reformer 3.
  • the special gas is reformed and obtained synthesis gas.
  • the reformer 3 can be supplied by current generated in the internal combustion engine 1 via the power line 27.
  • the resulting synthesis gas contains, inter alia, hydrogen (H 2 ), carbon monoxide (CO), carbon dioxide (C0 2 ), water and residues of special gas constituents, in particular longer-chain hydrocarbons. From the synthesis gas 4 C0 2 is deposited in the C0 2 separator and removed from the synthesis gas.
  • the remaining synthesis gas is supplied to the DME production device 5, in which DME is produced from the synthesis gas.
  • the reaction mixture containing dimethyl ether produced in the production contains, in addition to residual, unreacted synthesis gas, DME, methanol and C0 2 .
  • the dimethyl ether-containing reaction mixture can be passed through a condenser 11 in which any further reaction products can be separated from the DME.
  • methanol is separated from the reaction mixture in the methanol separator 6.
  • the methanol-reduced dimethyl ether mixture can be post-treated in an aftertreatment unit 12 and, for example, cooled to room temperature and brought to about 8 bar in order to liquefy the DME.
  • the methanol-reduced dimethyl ether mixture which may also be pure DME, depending on the preparation, can be temporarily stored in a tank 13 or immediately supplied to one or more combustion chambers of the internal combustion engine 1.
  • the second part of the special gas can also be fed via a special gas line 20 to a gas scrubber unit 14 and then optionally compressed in a compressor 15.
  • a mixing device 16 Via a mixing device 16, the possibly washed and compressed special gas is also fed into one or more combustion chambers of the internal combustion engine 1. In the combustion chamber, the combustion of special gas takes place under pressure.
  • the DME serves as a priming jet for the special gas to be burned, more precisely, the second part of the special gas.
  • the self-igniting DME under pressure is reduced in methanol Dimethyl ether mixture inflames which then ignites the special gas and burns.
  • Exhaust gas from the brake engine 1 can be added to the second part of the special gas to be supplied to the internal combustion engine 1 via an exhaust gas recirculation 17, which reduces the ignitability of the special gas.
  • a mixing device 18 is provided, in which the exhaust gas is mixed with the second part of the special gas before it is fed into the combustion chamber.
  • synthesis gas remaining in the condenser 11 and possibly stored in a synthesis gas reservoir 28 via a synthesis gas line 19 during the production of the DME-containing reaction mixture can be fed to the second part of the special gas and, for example, likewise introduced into the mixing device 16.
  • the ignition willingness of the second part of the special gas can be increased.
  • the ignitability of the fuel composition depending on the energy content, knock tendency and ignitability of the used special gas can be adjusted and controlled.
  • valves 21 are provided which allow or prevent mass transfer and which are controlled and regulated by a control and regulating device 22. To improve the energy efficiency of the system 100, heat exchange between hot and cold areas of the system 100 may be advantageously performed.
  • the heat exchange can take place via heat pipes 23 and heat exchanger 24. Where necessary, pressure measuring points 25, temperature measuring points 26, pressure relief valves 29 and level indicator 30 may be present in the system 100.
  • special gas and methanol-reduced DME in the internal combustion engine 1 can be used in a highly efficient manner with constant power and ignition special gas arbitrary composition for energy supply in the internal combustion engine 1, without requiring a specific adaptation of the internal combustion engine 1 to the particular gas to be used.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Emergency Medicine (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Liquid Carbonaceous Fuels (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer Brennstoffzusammensetzung. Das Verfahren umfasst die Schritte: - Bereitstellen von brennbare Substanzen enthaltendem Sondergas, - Reformieren eines ersten Teils des Sondergases unter Erzeugung von Synthesegas, - Erzeugen von Dimethylether aus dem Synthesegas unter Herstellung eines Dimethylether enthaltenden Reaktionsgemisches, - Abscheiden von Methanol aus dem Reaktionsgemisch und Erzeugen eines methanolreduzierten Dimethylethergemisches, - Zusammenbringen eines zweiten Teils des Sondergases mit dem methanolreduzierten Dimethylethergemisch unter Erhalt der Brennstoffzusammensetzung.

Description

BESCHREIBUNG
Verfahren zum Erzeugen einer Brennstoffzusammensetzung und zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer kostengünstigen Brennstoffzusammensetzung. Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine. Zudem wird erfindungsgemäß auch eine Verwendung von methanolreduziertem Dimethylether beschrieben.
Die Leistungsfähigkeit von Brennkraftmaschinen hängt im Wesentlichen vom Energiegehalt und der Zusammensetzung des verwendeten Brennstoffgemisches ab. Zur Anwendung kommen daher beispielsweise durch Reformieren erzeugte Synthesegase, die einen hohen Anteil an zündwilligem Wasserstoff enthalten. Die Erzeugung von Synthesegas ist ein aufwendiger und kostspieliger Prozess. Synthesegas kann aus Sondergas durch Aufreinigung und anschließende Reformierung hergestellt werden. Sondergase, welche auch Schwachgase beinhalten, sind in der Regel Abfallgase, die beispielsweise bei der Gasförderung oder in biologischen oder chemischen Prozessen anfallen und üblicherweise an der Fackel verbrannt oder ohne weitere gezielte und damit kostspielige Aufreinigung in die Umwelt abgeblasen werden. Eine Verwendung von Sondergas als Brenngas ist aufgrund der Empfindlichkeit der Brennkraftmaschinen und der damit verbundenen technischen Anpassung des Motors an die verschiedenen Sondergase bislang nur sehr begrenzt möglich.
Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung einer Brennstoffzusammensetzung anzugeben, das kostengünstig ein hochleistungsfähiges und in Bezug auf seine Verbrennungseigenschaften möglichst konstantes, zündfähiges Brennstoffgemisch unter Verwertung von Sondergas als Brenngas produziert. Darüber hinaus ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine anzugeben, das die Verwendung von unterschiedlichen Sondergasen ohne technische Anpassung der Brennkraftmaschine und damit ein kostengünstiges, effizientes Betreiben der Brennkraftmaschine ermöglicht. Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Verwendung von methanolreduziertem Dimethylether (DME) anzugeben. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche.
Demnach wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Erzeugen einer Brennstoffzusammensetzung gelöst, das die Verwendung unter gleichzeitig partieller Aufbereitung von brennbare Substanzen enthaltendem Sondergas umfasst. Erfindungsgemäß wird zunächst Sondergas bereitgestellt, das, wie vorstehend erwähnt, Substanzen enthält, die in einem Verbrennungsprozess umgesetzt werden können. Geeignete Sondergase umfassen dabei Abgase und Begleitgase aus der chemischen Industrie und der Rohstofferzeugung (z.B. aus der Raffinierung), Holzgas, Konvertgas, Pyrolysegas, Gruben- und Minengas, Koksgas, Deponiegas, Biogas, Klärgas, Erdgas, Fackelgas, Schiefergas, Stadtgas, Propan, Butan, Begleitgase, die bei der Stahl- und Eisenerzeugung entstehen (wie z.B.: Kupolofengas, Gichtgas, etc.), sowie Mischungen aus den angegebenen Gasen. Sondergase können damit unterschiedlicher Herkunft und Zusammensetzung sein und weisen dementsprechend auch unterschiedliche Heizwerte auf. Für die Erfindung geeignete Sondergase können insbesondere Heizwerte von weniger als 1 kWh/m3 N bis >30 kWh/m3 N haben. Das Sondergas wird in zwei Teilströme aufgetrennt. Ein erster Teil des Sondergases wird mit Hilfe eines Reformierverfahrens oder unter Kombination verschiedener Verfahren zu Synthesegas reformiert. Die Reformierung erfolgt wie üblich unter hohen Temperaturen und ggf. unter Zuführung von Luft. Das erhaltene Synthesegas enthält u.a. Wasserstoff (H2), Kohlenmonoxid (CO), Kohlenstoffdioxid (C02), Stickstoff (N2), Wasser und ggf. Reste von längerkettigen Kohlenwasserstoffen aus den Sondergasen, die nicht reformiert werden konnten. Aus dem erhaltenen Synthesegas wird Dimethylether (DME) erzeugt. Beispielsweise kann Dimethylether durch Destillation aus dem Synthesegas gewonnen werden. Alternativ dazu kann der Dimethylether auch synthetisiert werden. In dem Prozess der Erzeugung von Dimethylether (z.B. unter Verwendung eines Kupfer/Zinkoxid/ Aluminiumoxid- Katalysators) entsteht u.a. Methanol. Die Synthese von Dimethylether kann folglich beispielhaft durch katalytische Umsetzung von Methanol unter Einhaltung entsprechender Randbedingungen (Druck, Temperatur) und anschließende Dehydratisierung ausgeführt werden. Bei der Erzeugung von Dimethylether wird ein DME enthaltendes Reaktionsgemisch erzeugt, das DME weitere Reaktionsprodukte, wie z.B. Methanol und Reste an Synthesegas enthalten kann. Aus dem dimethyletherenthaltenden Reaktionsgemisch wird anschließend Methanol unter Erzeugen eines methanolreduzierten Dimethylethergemisches abgeschieden. Es hat sich herausgestellt, dass das Methanol die Zündfähigkeit und Verbrennungseigenschaften von DME und damit die Verbrennung von Sondergasen verändert. Ein DME-enthaltendes Reaktionsgemisch, das Methanol enthält und der Verbrennung zugeführt wird, weist in Abhängigkeit des Methanolgehalts reduzierte und schwankende Brenneigenschaften auf, wodurch eine Verbrennung von Sondergas mit konstant hohem Wirkungsgrad verhindert wird. Die Abscheidung von Methanol aus dem Reaktionsgemisch unter Erzeugung von im Wesentlichen methanolfreiem DME ist daher vorteilhaft. Der Restmethanolgehalt in dem methanolreduzierten Dimethylethergemisch soll vorzugsweise 50 Vol.-% nicht übersteigen und liegt weiter vorzugsweise unterhalb von 10 Vol.-%. Das methanolreduzierte Dimethylethergemisch kann vor Fertigstellung der Brennstoffzusammensetzung gespeichert werden, beispielsweise in einem Tank oder Vorratsbehältnis. Vorzugsweise können etwaige weitere Reaktionsprodukte vom Reaktionsgemisch abgetrennt werden, um somit möglichst reinen DME zu erhalten. Anschließend wird das methanolreduzierte Dimethylethergemisch mit einem zweiten Teil des Sondergases unter Erhalt der Brennstoffzusammensetzung zusammengebracht. Vorzugsweise wird die Brennstoffzusammensetzung sodann sofort zur Erzeugung von Energie verwendet. Das Zusammenbringen kann direkt in einer Brennkammer einer Brennkraftmaschine oder aber in einem separaten Behälter, beispielsweise einem Vorratstank, oder einem einer Brennkammer vorgeschalteten Bereich, erfolgen. In der erfindungsgemäß hergestellten Brennstoffzusammensetzung dient der DME aufgrund seiner guten Selbstentzündlichkeit vorzugsweise im Brennvorgang als Zündstrahl, der die Verbrennung von nicht reformiertem Sondergas initiiert und unterhält. Aufgrund der konstanten Zünd- und Brenneigenschaften des aus dem Synthesegas hergestellten, methanolreduzierten Dimethylethergemisches, können unterschiedlich zusammengesetzte Sondergase zuverlässig gezündet werden, was eine hohe Flexibilität in der Sondergasauswahl bietet. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht daher eine einfache und kostengünstige Verwertung von Sondergas jeglicher Art. Sondergas, das üblicherweise als Abfallgas verworfen wird, kann somit nachhaltig weiterverwendet werden, ohne dass aufwendige Aufreinigungen des Gesamtsondergasstroms vorgenommen werden müssen.
Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass aus dem durch Reformieren hergestellten Synthesegas, insbesondere direkt nach dem Reformieren, C02 abgeschieden wird. Hierdurch wird die Zündfähigkeit des Dimethylether enthaltenden Reaktionsgemisches verbessert. Weiter vorteilhaft erfolgt das Zusammenbringen des zweiten Teils des Sondergases mit dem methanolreduzierten Dimethylethergemisch in einer Brennkammer einer Brennkraftmaschine. Somit kann der Dimethylether als Zündstrahl bei der Verbrennung des Sondergases eingesetzt und hierzu beispielhaft bei jeder Verdichtung der Brennstoffzusammensetzung zugefügt werden. Weiter vorteilhaft kann, um die Zünd Willigkeit der Brennstoffzusammensetzung zu fördern, der Brennstoffzusammensetzung Synthesegas zugefügt werden. Das Synthesegas kann dabei aus externen Quellen oder aus Synthesegas, das durch Reformieren erhalten wurde, stammen. Vorzugsweise wird das Synthesegas nach der Reformierung und vor der DME-Erzeugung entnommen, da somit eine vollständige Verwertung des Synthesegases und damit die Nachhaltigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens gefördert werden.
Sofern die Brennstoffzusammensetzung bereits eine hohe Zündwilligkeit oder eine geringe Klopffestigkeit aufweist, kann es vorteilhaft sein Abgas, das durch Verbrennung der Brennstoffzusammensetzung erhalten wird, der Brennstoffzusammensetzung zuzufügen.
Durch das vorteilhafte selektive bzw. variable Zufügen von Synthesegas und Abgas zu der Brennstoffzusammensetzung können die Brenneigenschaften der Brennstoffzusammensetzung kontrolliert und vereinheitlicht werden, so dass eine Verbrennung verschiedenster Sondergase ohne Änderung der an der Verbrennung der Sondergase beteiligten Hard- und Softwarekomponenten notwendig ist.
Ebenfalls erfindungsgemäß wird auch ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine beschrieben. Das Verfahren umfasst die Schritte i) Bereitstellen von Sondergas, ii) Reformieren eines ersten Teils des Sondergases unter Erzeugung von Synthesegas, iii) Erzeugen von Dimethylether aus dem Synthesegas unter Herstellung eines Dimethylether enthaltenden Reaktionsgemisches, iv) Abscheiden von Methanol aus dem Dimethylether enthaltenden Reaktionsgemisch und Erzeugen eines methanolreduzierten Dimethylethergemisches, v) Zufuhren eines zweiten Teils des Sondergases und des methanolreduzierten Dimethylethergemisches einer Brennkammer der Brennkraftmaschine und vi) Entzünden des zweiten Teils des Sondergases durch Entflammen des methanolreduzierten Dimethylethergemisches. Die Verfahrensschritte i) bis iv) sind dabei identisch zu den entsprechenden Verfahrensschritten des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung einer Brennstoffzusammensetzung. Im Verfahrensschritt iv) erfolgt die eigentliche Verbrennung der Brennstoffzusammensetzung, wobei hierzu Sondergas und methanolreduziertes DME-Gemisch im Verfahrensschritt v) in eine Brennkammer eingespeist und anschließend unter Erzeugung von Druck entzündet und verbrannt werden. Der im methanolreduzierten Dimethylethergemisch enthaltene Dimethylether dient als selbstentzündliche Komponente, vorzugsweise als Zündstrahl, der Entflammung des zweiten Teils des Sondergases. Durch die Entflammung des DME wird anschließend auch das Sondergas entzündet. Aufgrund der konstanten hohen Zündfähigkeit des DME, die durch die Abscheidung von Methanol und damit durch die Verwendung von methanolreduziertem DME-Gemisch erhalten wird, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die effiziente Bereitstellung von Energie aus unterschiedlichen, brennbare Substanzen enthaltenden, Sondergasen, ohne dass es einer vorangehenden, aufwendigen Aufreinigung oder der spezifischen Anpassung der Brennkraftmaschine an die jeweils zu verwendenden Sondergase bedarf. So können Sondergase mit Heizwerten von weniger als 1 kWh/m 3 bis >30 kWh/m 3 erfindungsgemäß umgesetzt werden. Da Sondergase kostengünstig bzw. kostenlos bezogen werden können, ist auch das erfindungsgemäße Betreiben einer Brerinkrafrmaschine flexibel, kosteneffizient und gleichzeitig, aufgrund der Verwendung von Abfallgas, nachhaltig.
Durch den vorteilhaften Schritt des Abscheidens von C02 aus dem durch Reformieren erzeugten Synthesegas, der insbesondere direkt nach dem Reformieren durchgeführt wird, kann die Zündfähigkeit des Dimethylether enthaltenden Reaktionsgemisches verbessert werden. Zur weiteren Verbesserung der Zündwilligkeit des Sondergases sieht eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens einen Schritt des Einspeisens von Synthesegas in die Brennkammer vor.
Vorteilhaft wird das Synthesegas vor dem Einspeisen in die Brennkammer mit dem zweiten Teil des Sondergases vermischt.
Zur Reduzierung der Zündwilligkeit des Sondergases kann vorteilhaft ein Einspeisen von Abgas der Brennkraftmaschine in die Brennkammer erfolgen. Durch geeignete, variable Einspeisung von Synthesegas und Abgas in die Brennkammer können die Brenneigenschaften des Sondergases kontrolliert und vereinheitlicht werden, was einer konstanten Verbrennung unterschiedlicher Sondergase zuträglich ist. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Brennkammer eine Vorkammer und eine Hauptkammer umfasst. Vorzugsweise wird das methanolreduzierte Dimethylethergemisch in der Vorkammer gezündet und die dabei entstehenden Flammen in die Hauptkammer geleitet, wo eine sehr schnelle Verbrennung des zweiten Teils des Sondergases erfolgen kann.
Vorteilhaft wird das methanolreduzierte Dimethylethergemisch bis zu seiner Verwendung in einem Tank gespeichert. So kann z.B. in dem Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine schneller und flexibel auf entsprechende Leistungsnachfragen reagiert werden. Wird mehr Leistung gefordert, wird eine größere Sondergasmenge verwendet und mit einer entsprechend höheren Menge an DME eingespeist und entflammt. Zusätzlich kann einfacher mit transienten Anforderungen sowie Startvorgängen umgegangen werden.
Weiter erfindungsgemäß wird auch die Verwendung von Dimethylether als Zündstrahl zum Entzünden von Sondergas, das brennbare Substanzen enthält, in einer Brennkammer einer Brennkraftmaschine beschrieben, wobei ein Gehalt an Methanol im Dimethylether weniger als 50 Vol.-% und vorzugsweise weniger als 10 Vol.-% beträgt. Der methanolreduzierte, also lediglich geringe Gehalte an Methanol aufweisende DME verfügt über konstante Zünd- und Brenneigenschaften, so dass unterschiedlich zusammengesetzte, brennbare Substanzen enthaltende, Sondergase mit konstanter Brennleistung effizient gezündet werden können. Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigt:
Fig. 1 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung des Verfahrens zum Betreiben einer Brennkraftmaschine gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung.
In Fig. 1 sind nur die wesentlichen Aspekte der vorteilhaften Ausgestaltung dargestellt. Alle übrigen Aspekte sind der Übersichtlichkeit halber weggelassen.
Fig. 1 zeigt die wesentlichen Einrichtungen eines Systems 100, das zum Betreiben einer Brennkraftmaschine gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens geeignet ist. Diese Einrichtungen umfassen eine Brerinkraftmaschine 1, eine Sondergasquelle 2, einen Reformer 3, einen C02- Abscheider 4, eine DME-Erzeugungsvorrichtung 5 und einen Methanolabscheider 6. Zunächst wird aus der Sondergasquelle 2 brennbare Substanzen enthaltendes Sondergas bereitgestellt. Geeignete Sondergase umfassen dabei Abgase und Begleitgase aus der chemischen Industrie und der Rohstofferzeugung (z.B. aus der Raffinierung), Holzgas, Konvertgas, Pyrolysegas, Gruben- und Minengas, Koksgas, Deponiegas, Biogas, Klärgas, Erdgas, Fackelgas, Schiefergas, Stadtgas, Propan, Butan, Begleitgase, die bei der Stahl- und Eisenerzeugung entstehen (wie z.B.: Kupolofengas, Gichtgas, etc.), sowie Mischungen aus den angegebenen Gasen. Das Sondergas wird durch einen Stromteiler 7 geleitet, der das Sondergas in einen ersten Teil und einen zweiten Teil auftrennt. Der erste Teil des Sondergases wird einer Gaswäscheeinheit 8 zugeführt und das gewaschene Sondergas je nach verwendetem Reformierungsverfahren ggf. zusammen mit Luft aus einer Luftbereitstellungseinrichtung 9 in einem Verdichter 10 verdichtet und anschließend dem Reformer 3 zugeführt. Im Reformer 3 wird das Sondergas reformiert und Synthesegas erhalten. Der Reformer 3 kann hierzu durch in der Brennkraftmaschine 1 erzeugten Strom über die Stromleitung 27 versorgt werden. Das erhaltene Synthesegas enthält u.a. Wasserstoff (H2), Kohlenstoffmonoxid (CO), Kohlendioxid (C02), Wasser und Reste von Sondergasbestandteilen, wie insbesondere längerkettige Kohlenwasserstoffe. Aus dem Synthesegas wird im C02-Abscheider 4 C02 abgeschieden und aus dem Synthesegas entfernt. Das restliche Synthesegas wird der DME-Erzeugungsvorrichtung 5 zugeführt, in der aus dem Synthesegas DME erzeugt wird. Die bei der Erzeugung entstehende Dimethylether enthaltende Reaktionsmischung enthält neben restlichem, unumgesetzten Synthesegas, DME, Methanol und C02. Die Dimethylether enthaltende Reaktionsmischung kann durch einen Kondensator 11 geleitet werden, in dem etwaige weitere Reaktionsprodukte vom DME abgetrennt werden können. Anschließend wird im Methanolabscheider 6 Methanol aus der Reaktionsmischung abgeschieden. Optional kann das methanolreduzierte Dimethylethergemisch in einer Nachbehandlungseinheit 12 nachbehandelt und beispielhaft auf Raumtemperatur abgekühlt und auf ca. 8 bar gebracht werden, um den DME zu verflüssigen. Das methanolreduzierte Dimethylethergemisch, das je nach Aufbereitung auch reiner DME sein kann, kann in einem Tank 13 zwischengespeichert oder sofort einer oder mehreren Brennkammern der Brennkraftmaschine 1 zugeführt werden. Der zweite Teil des Sondergases kann über eine Sondergasleitung 20 ebenfalls einer Gaswäscheeinheit 14 zugeführt und anschließend ggf. in einem Verdichter 15 komprimiert werden. Über eine Mischvorrichtung 16 wird das ggf. gewaschene und komprimierte Sondergas ebenfalls in eine oder mehrere Brennkammern der Brennkraftmaschine 1 eingespeist. In der Brennkammer erfolgt die Verbrennung von Sondergas unter Erzeugung von Druck. Das DME dient hierbei als Zündstrahl für das zu verbrennende Sondergas, genauer gesagt, den zweiten Teil des Sondergases. Mit anderen Worten wird der unter Druck selbstentzündliche DME im methanolreduzierten Dimethylethergemisch entflammt wodurch sich anschließend auch das Sondergas entzündet und verbrennt. Über eine Abgasrückführung 17 kann Abgas aus der Bremikraftmaschine 1 z.B. dem der Brennkraftmaschine 1 zuzuführenden zweiten Teil des Sondergases beigemengt werden, was die Zündwilligkeit des Sondergases reduziert. Hierzu ist eine Mischvorrichtung 18 vorgesehen, in der das Abgas vor dem Einspeisen in die Brennkammer mit dem zweiten Teil des Sondergases vermengt wird. Ebenfalls kann über eine Synthesegasleitung 19 bei der Erzeugung des DME enthaltenden Reaktionsgemisches zurückbleibendes Synthesegas, das im Kondensator 11 abgeschieden und ggf. in einem Synthesegasspeicher 28 gespeichert wird, dem zweiten Teil des Sondergases zugeführt und beispielsweise ebenfalls in die Mischvorrichtung 16 eingeleitet werden. Hierdurch kann die Zünd Willigkeit des zweiten Teils des Sondergases erhöht werden. So kann die Zündwilligkeit der Brennstoffzusammensetzung je nach Energiegehalt, Klopfneigung und Zündfähigkeit des verwendeten Sondergases angepasst und kontrolliert werden. In den jeweiligen Leitungen des Systems 100 zum Betreiben einer Brennkraftmaschine sind Ventile 21 vorgesehen, die einen Stofftransport ermöglichen oder unterbinden und die durch eine Steuer- und Regeleinrichtung 22 gesteuert und geregelt werden. Um die Energieeffizienz des Systems 100 zu verbessern kann vorteilhaft ein Wärmeaustausch zwischen warmen und kalten Bereichen des Systems 100 ausgeführt werden. Der Wärmeaustausch kann über Wärmeleitungen 23 und Wärmetauscher 24 erfolgen. Wo erforderlich können Druckmessstellen 25, Temperaturmessstellen 26, Überdruckventile 29 und Füllstandanzeiger 30 im System 100 vorhanden sein. Durch Einspeisung von Sondergas und methanolreduziertem DME in die Brennkraftmaschine 1 kann auf hoch effiziente Weise mit konstanter Brennleistung und Zündkraft Sondergas beliebiger Zusammensetzung zur Energiebereitstellung in der Brennkraftmaschine 1 eingesetzt werden, ohne dass es einer spezifischen Anpassung der Brennkraftmaschine 1 an das jeweilige zu verwendende Sondergas bedarf. Neben der vorstehenden schriftlichen Beschreibung der Erfindung wird zu deren ergänzender Offenbarung hiermit explizit auf die zeichnerische Darstellung der Erfindung in Fig. 1 Bezug genommen.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Erzeugen einer Brennstoffzusammensetzung umfassend die Schritte:
Bereitstellen von brennbare Substanzen enthaltendem Sondergas,
Reformieren eines ersten Teils des Sondergases unter Erzeugung von Synthesegas, - Erzeugen von Dimethylether aus dem Synthesegas unter Herstellung eines Dimethylether enthaltenden Reaktionsgemisches,
Abscheiden von Methanol aus dem Reaktionsgemisch und Erzeugen eines
methanolreduzierten Dimethylethergemisches und
Zusammenbringen eines zweiten Teils des Sondergases mit dem methanolreduzierten Dimethylethergemisch unter Erhalt der Brennstoffzusammensetzung.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Schritt des Abscheidens von C02 aus dem durch Reformieren erzeugten Synthesegas, insbesondere direkt nach dem
Reformieren.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusammenbringen des zweiten Teils des Sondergases mit dem methanolreduzierten Dimethylethergemisch in einer Brennkammer einer Brennkraftmaschine (1) ausgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Schritt des Zufügens von Synthesegas und/oder Abgas, das durch Verbrennung der
Brennstoffzusammensetzung erhalten wird, zu der Brennstoffzusammensetzung.
5. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1 ) umfassend die Schritte:
- Bereitstellen von brennbare Substanzen enthaltendem Sondergas,
Reformieren eines ersten Teils des Sondergases unter Erzeugung von Synthesegas, Erzeugen von Dimethylether aus dem Synthesegas unter Herstellung eines Dimethylether enthaltenden Reaktionsgemisches,
Abscheiden von Methanol aus dem Reaktionsgemisch und Erzeugen eines
methanolreduzierten Dimethylethergemisches,
Zuführen eines zweiten Teils des Sondergases und des methanolreduzierten
Dimethylethergemisches einer Brennkammer der Brennkraftmaschine (1), und Entzünden des zweiten Teils des Sondergases durch Entflammen des methanolreduzierten Dimethylethergemisches.
6. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen Schritt des Abscheidens von C02 aus dem durch Reformieren erzeugten Synthesegas, insbesondere direkt nach dem
Reformieren.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch einen Schritt des Einspeisens von Synthesegas in die Brennkammer.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Synthesegas vor dem Einspeisen in die Brennkammer mit dem zweiten Teil des Sondergases vermischt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, gekennzeichnet durch einen Schritt des Einspeisens von Abgas der Brennkraftmaschine (1 ) in die Brennkammer.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die
Brennkammer eine Vorkammer und eine Hauptkammer umfasst.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Schritt des Speicherns des methanolreduzierten Dimethylethergemisches in einem Tank (13).
12. Verwendung von Dimethylether als Zündstrahl zum Entzünden von brennbare Substanzen enthaltendem Sondergas in einer Brennkammer einer Brennkraftmaschine (1), wobei ein Gehalt an Methanol im Dimethylether weniger als 50 Vol.-% und vorzugsweise weniger als 10 Vol.-% beträgt.
EP16747445.1A 2015-08-20 2016-07-27 Verfahren zum erzeugen einer brennstoffzusammensetzung und zum betreiben einer brennkraftmaschine Withdrawn EP3337878A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015215939.6A DE102015215939B4 (de) 2015-08-20 2015-08-20 Verfahren zum Erzeugen einer Brennstoffzusammensetzung und zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
PCT/EP2016/001298 WO2017028943A1 (de) 2015-08-20 2016-07-27 Verfahren zum erzeugen einer brennstoffzusammensetzung und zum betreiben einer brennkraftmaschine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3337878A1 true EP3337878A1 (de) 2018-06-27

Family

ID=56567558

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP16747445.1A Withdrawn EP3337878A1 (de) 2015-08-20 2016-07-27 Verfahren zum erzeugen einer brennstoffzusammensetzung und zum betreiben einer brennkraftmaschine

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10890120B2 (de)
EP (1) EP3337878A1 (de)
CN (1) CN108350377A (de)
DE (1) DE102015215939B4 (de)
HK (1) HK1258909A1 (de)
WO (1) WO2017028943A1 (de)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA3203689A1 (en) 2021-01-15 2022-07-21 Ingi Mar JONSSON Methanol synthesis reactor
US12491484B2 (en) 2021-01-15 2025-12-09 CRI, hf Reactor for synthesis of methanol or other products
DE102021102553B4 (de) * 2021-02-04 2025-02-20 Ford Global Technologies, Llc Gastankanordnung für eine Verbrennungsmaschine

Family Cites Families (39)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1385199A (en) * 1971-08-05 1975-02-26 Howard E R Ltd Aerosol composition
US4408572A (en) * 1981-07-27 1983-10-11 Conoco Inc. Ether cold starter in alcohol fuel treatment and distribution apparatus and method
US4876989A (en) * 1988-05-10 1989-10-31 Technology Development Associates, Inc. Enhanced performance of alcohol fueled engine during cold conditions
EP0801225A1 (de) * 1996-04-09 1997-10-15 Jenbacher Energiesysteme Ag Zündfluid
JP3899182B2 (ja) 1998-04-06 2007-03-28 日揮株式会社 都市ガス、都市ガスの製造方法及びその製造装置
CA2377922C (en) * 1999-07-01 2005-11-22 Haldor Topsoe A/S Continuous dehydration of alcohol to ether and water used as fuel for diesel engines
US6205957B1 (en) * 1999-09-16 2001-03-27 Eaton Corporation Natural gas engine with in situ generation of an autoignition product
JP2001115866A (ja) * 1999-10-20 2001-04-24 Isuzu Motors Ltd ジメチルエーテル用ディーゼルエンジンの始動制御装置
WO2003018958A1 (en) * 2001-08-31 2003-03-06 Statoil Asa Method and plant for enhanced oil recovery and simultaneous synthesis of hydrocarbons from natural gas
JP2004079262A (ja) * 2002-08-13 2004-03-11 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 水素供給システム及び移動式水素製造装置
US6739125B1 (en) * 2002-11-13 2004-05-25 Collier Technologies, Inc. Internal combustion engine with SCR and integrated ammonia production
US7168265B2 (en) * 2003-03-27 2007-01-30 Bp Corporation North America Inc. Integrated processing of natural gas into liquid products
JP4038770B2 (ja) * 2003-08-27 2008-01-30 トヨタ自動車株式会社 改質器の状態判定装置および方法
US7007661B2 (en) * 2004-01-27 2006-03-07 Woodward Governor Company Method and apparatus for controlling micro pilot fuel injection to minimize NOx and UHC emissions
GB2413824A (en) * 2004-05-07 2005-11-09 Statoil Asa Operating diesel-cycle i.c. engines on gaseous fuels with ignition-improvers
JP5403198B2 (ja) * 2005-06-03 2014-01-29 株式会社Ｇｓユアサ 水素製造装置、それを用いた燃料電池発電装置、電気自動車、潜水船及び水素供給システム
CN101033427B (zh) * 2007-04-04 2010-06-23 苏宏文 利用沼气制二甲醚燃料及其方法
US9359567B2 (en) * 2007-07-10 2016-06-07 Stratean, Inc. Gasification method using feedstock comprising gaseous fuel
US20100000153A1 (en) * 2008-07-07 2010-01-07 Kyrogen Usa, Llc Remote micro-scale gtl products for uses in oil- and gas-field and pipeline applications
DE102008032253B4 (de) * 2008-07-09 2013-05-29 Man Truck & Bus Ag Selbstzündende Verbrennungskraftmaschine mit Ether-Fumigation der Verbrennungsluft für Fahrzeuge und Verfahren zur Ether-Fumigation der Verbrennungsluft in einer selbstzündenden Verbrennungsmaschine für Fahrzeuge
AU2010236438B2 (en) * 2009-04-16 2015-01-22 Ethanol Boosting Systems, Llc Dimethyl ether (DME) enhanced gasoline engine
CN102080598B (zh) * 2010-12-20 2012-06-27 北京工业大学 一种采用二甲醚和高辛烷值燃料内燃机的控制方法
US8568493B2 (en) * 2011-07-25 2013-10-29 Cool Planet Energy Systems, Inc. Method for producing negative carbon fuel
NO2855641T3 (de) * 2012-05-25 2018-06-30
DE102012017718B4 (de) * 2012-09-07 2021-06-17 Edgar Harzfeld Verfahren und Vorrichtung zur Verwendung von Methanol in einem Verbrennungsmotor mit Selbstzündung
AT513052B1 (de) * 2012-10-24 2014-01-15 Ge Jenbacher Gmbh & Co Og Verbrennungsmotor-Reformer-Anlage
US9133779B2 (en) * 2013-04-23 2015-09-15 Baker Hughes Incorporated Apparatus and methods for providing blended natural gas to at least one engine
JP2014238071A (ja) * 2013-06-10 2014-12-18 いすゞ自動車株式会社 内燃機関の混合燃料供給システム、車両、及び内燃機関の混合燃料供給方法
US9834728B2 (en) * 2013-06-21 2017-12-05 Karen Fleckner Production of fuel
US9944522B2 (en) * 2013-08-29 2018-04-17 V-GRID Energy Systems Hydrogen separation from synthesis gas near STP
US9643906B2 (en) * 2014-11-28 2017-05-09 Pioneer Energy Inc. Systems and methods for manufacture of dimethyl ether (DME) from natural gas and flare gas feedstock
WO2016085370A1 (en) * 2014-11-28 2016-06-02 Volvo Truck Corporation A fuel storage system
JP6435912B2 (ja) * 2015-02-23 2018-12-12 株式会社デンソー 燃料タンクシステム
CN108291489A (zh) * 2015-11-13 2018-07-17 沃尔沃卡车集团 用于控制具有高压气体喷射的内燃机的方法和设备
EP3420210B1 (de) * 2016-02-26 2019-12-11 Volvo Truck Corporation Brennstoffsystem für einen verbrennungsmotor
WO2017184538A1 (en) * 2016-04-18 2017-10-26 The Regents Of The University Of Michigan Dimethyl ether blended fuel alternative for diesel engines
US9938217B2 (en) * 2016-07-01 2018-04-10 Res Usa, Llc Fluidized bed membrane reactor
FR3056338B1 (fr) * 2016-09-22 2018-09-21 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Procedes de co-electrolyse de l'eau et du co2 (soec) ou de production d'electricite a haute temperature (sofc) favorisant ou non les reactions catalytiques au sein de l'electrode h2
EP3596328B1 (de) * 2017-03-16 2021-01-13 Volvo Truck Corporation Brennstoffversorgungssystem für eine brennkraftmaschine

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
VIBHATAVATA PHUANGPHET ET AL: "Chemical recycling of carbon dioxide emissions from a cement plant into dimethyl ether, a case study of an integrated process in France using a Reverse Water Gas Shift (RWGS) step", INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY, ELSEVIER SCIENCE PUBLISHERS B.V., BARKING, GB, vol. 38, no. 15, 11 April 2013 (2013-04-11), pages 6397 - 6405, XP028592883, ISSN: 0360-3199, DOI: 10.1016/J.IJHYDENE.2013.03.053 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108350377A (zh) 2018-07-31
DE102015215939A1 (de) 2017-02-23
DE102015215939B4 (de) 2021-02-04
US20180230915A1 (en) 2018-08-16
HK1258909A1 (zh) 2019-11-22
US10890120B2 (en) 2021-01-12
WO2017028943A1 (de) 2017-02-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69229839T2 (de) Methode zur Herstellung von Methanol unter Verwendung der Wärme eines Kernkraftwerkes
AT511338B1 (de) Brennkraftmaschine, insbesondere stationärer gasmotor, umfassend einen brennraum
DE69417251T2 (de) Synergistisches verfahren zur herstellung von methanol
DE102019214812A1 (de) Verfahren und Anlage zur Erzeugung von Synthesegas
WO1999060647A1 (de) Brennstoffzellensystem und verfahren zum erzeugen elektrischer energie mittels eines brennstoffzellensystems
EP3521267A1 (de) Verfahren zur gewinnung von dimethylether und kohlendioxid
DE102017200435A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Kohlenwasserstoffen
WO2017028943A1 (de) Verfahren zum erzeugen einer brennstoffzusammensetzung und zum betreiben einer brennkraftmaschine
EP4324899A1 (de) Verfahren zur herstellung von kraftstoff aus kohlenwasserstoffhaltigen ausgangsstoffen
WO2023208410A1 (de) Verfahren und anlage zur herstellung eines verfahrensprodukts
EP2898943A1 (de) Verfahren und Anlage zur Gewinnung von Dimethylether aus Synthesegas
DE102010042678B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung von mechanischer und elektrischer Energie aus einem Brennstoff
EP3037503B1 (de) Verfahren zur herstellung und nutzung eines kohlenwasserstoffgemisches
DE102015004213A1 (de) Verfahren und eine Anlage zur Erzeugung von Synthesegas
DE1567710A1 (de) Verfahren fuer die Herstellung von Synthesegasen zur Ammoniak- und Methanolsynthese
DE102014016704A1 (de) Verfahren und Anlage zur Herstellung eines oder mehrerer Reaktionsprodukte
DE2603204A1 (de) Verfahren zur herstellung von methanol
DE1645861A1 (de) Verfahren zur Reformierung von Kohlenwasserstoffen unter hohem Druck
EP0215930A1 (de) Erzeugung von wärmeenergie durch verbrennung von synthesegas.
DE102007055135A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems
DE102021104000A1 (de) Verfahren zum Betreiben von Verbrennungseinrichtungen in Hüttenwerken, insbesondere integrierten Hüttenwerken, mit reduzierten CO2-Emissionen
DE102018209827B4 (de) Verfahren zum Betreiben einer Brennkrafteinrichtung
DE102011015824A1 (de) Luftfahrzeug-Brennstoffzellensystem, Luftfahrzeug und Verwendung eines synthetischen Brennstoffs
WO2006045433A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur umwandlung von energie unter verwendung von biomasse
EP1688474B1 (de) Verfahren zur Aufarbeitung von Kraftstoff

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20180320

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20200309

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: GRANT OF PATENT IS INTENDED

RIC1 Information provided on ipc code assigned before grant

Ipc: C10L 3/00 20060101AFI20210708BHEP

Ipc: F02D 19/06 20060101ALI20210708BHEP

Ipc: C10K 3/06 20060101ALI20210708BHEP

Ipc: C10L 1/185 20060101ALI20210708BHEP

Ipc: C10L 3/06 20060101ALI20210708BHEP

Ipc: F02D 19/08 20060101ALI20210708BHEP

INTG Intention to grant announced

Effective date: 20210809

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20211221