WO2008074658A2 - Production of h2o2 from sulphuric acid which is produced during the combustion of fossil fuels from sulphuric acid residues contained therein, and use of the h2o2 as energy source - Google Patents
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- WO2008074658A2 WO2008074658A2 PCT/EP2007/063502 EP2007063502W WO2008074658A2 WO 2008074658 A2 WO2008074658 A2 WO 2008074658A2 EP 2007063502 W EP2007063502 W EP 2007063502W WO 2008074658 A2 WO2008074658 A2 WO 2008074658A2
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Definitions
- Carbon dioxide (usually called carbon dioxide) is a chemical compound of carbon and oxygen. Carbon dioxide is a colorless and odorless gas. It is a natural constituent of the air at a low concentration and is produced in living beings during cellular respiration, but also in the combustion of carbonaceous substances under sufficient oxygen. Since the beginning of industrialization, the CO 2 share in the atmosphere has increased significantly. The main reason for this is man-made - the so-called anthropogenic - C0 2 emissions. The carbon dioxide in the atmosphere absorbs part of the heat radiation. This property makes carbon dioxide a so-called greenhouse gas and is one of the contributors to the greenhouse effect.
- water glass a mixture of sand with acid or alkali, wherein the water glass is mixed with mineral oils in order to supply the hydrocarbon fraction necessary for the invention (microemulsion process).
- Sand is a naturally occurring, unconsolidated sedimentary rock and occurs in greater or lesser concentrations throughout the earth's surface. Much of the sand is quartz (silicon dioxide, SiO 2 ).
- the invention makes use of the fact that silicon (eg as a powder at a suitable temperature) after ignition can be reacted directly with pure (cold) nitrogen (eg nitrogen from the ambient air) to form silicon nitride, because the reaction is highly exothermic.
- silicon eg as a powder at a suitable temperature
- nitrogen eg nitrogen from the ambient air
- the resulting heat can be used in reactors.
- silicon is surface-active and could be catalytically treated (for example with magnesium and / or aluminum as a catalyst) with hydrogen to form monosilane.
- This monosilane can be removed from the reaction space and subjected to another catalytic pressure reaction at another location.
- Si + SiH 4 ⁇ (with cat as Pt oa) ⁇ Si (SiH 44 ) + SiH n (SiH 4 ) m + Si n H m
- the silicones as well as the silanes are excellent energy sources that can easily be transported to a consumer.
- hydrogen peroxide is more suitable as an energy source.
- the hydrogen peroxide may be generated in a process that is coupled to or integrated into a fossil power plant process. The same applies to the production of silicon or silanes, which can also be integrated into such a process or coupled to such a process.
- Fig. 1 a scheme of a first invention
- a first example relates to the application of the invention in a power plant operation in order to reduce or completely eliminate the CO 2 emission resulting from the generation of energy there.
- sand which is mixed with mineral oil, or oil shale.
- a reaction chamber for example in the form of an afterburner or a combustion chamber.
- CO 2 is injected into this chamber.
- this CO 2 can be the CO 2 off-gas which is obtained in large quantities in the production of energy from fossil fuels and has hitherto escaped into the atmosphere in many cases.
- the chamber (ambient) air is supplied. Instead of the ambient air, or in addition to the ambient air, steam or hypercritical H 2 O at over 407 ° C can be supplied to the process.
- the combustion chamber is provided.
- a kind of catalyst is used. Particularly suitable is aluminum. Under suitable environmental conditions, a reduction takes place in the chamber, which can be represented greatly simplified as follows:
- the used mineral oil of the sands assumes the role of the primary energy supplier and is decomposed in the process of the invention itself pyrolytic at temperatures above 1000 degrees Celsius largely in hydrogen (H 2 ) and a graphite-like mass.
- hydrogen is removed during the course of the reactions of the hydrocarbon chain of the mineral oil.
- hydrogen can be diverted to natural gas piping systems or stored in hydrogen tanks.
- the present invention can also be used as a supplement or alternative to the so-called oxyfuel process TM.
- an energy cascade heat recovery can be carried out according to the following approach.
- additional heat is generated with addition of aluminum, preferably of liquid aluminum, and with combustion of oil sand (instead of oil or coal) with oxygen (O 2 ) and, if required, also nitrogen (N 2 ) (Wacker accident).
- oxygen O 2
- N 2 nitrogen
- the nitrogen coupling to silicon compounds is achieved from ambient air by (known from the propane nitration) combustion of the oxygen content of the air with propane gas.
- Bauxite contains about 60 percent aluminum oxide (AI2O3), about 30 percent iron oxide (Fe 2 O 3 ), silicon oxide (SiO 2 ) and water. That is, the bauxite is typically always contaminated with the iron oxide (Fe 2 O 3 ) and the silicon oxide (SiO 2 ).
- Al 2 O 3 can not be used on chemical because of the extremely high lattice energy
- the production of aluminum is possible, but by the fused salt electrolysis (cryolite-alumina method) of aluminum oxide Al 2 O 3.
- the Al 2 O 3 is obtained, for example, by the Bayer process.
- the alumina is melted with cryolite (salt: Na 3 [AIF 6 ]) and electrolyzed.
- the working temperature is only 940 to 980 0 C.
- cryolite-alumina process It is considered to be a major disadvantage of the cryolite-alumina process, that it is very energy-consuming because of the high binding energy of aluminum.
- a problem for the environment is the partial formation and emission of fluorine.
- the bauxite can be added to the process in order to achieve cooling of the process. With the bauxite you can get the excess heat energy in the system under control. This is analogous to the process where iron scrap is fed to a molten iron in a blast furnace for cooling, when the molten iron is too hot.
- cryolite can be used if the procedure threatens to get out of control (see Wacker accident), so as to reduce the temperature in the system in the sense of emergency cooling.
- silicon nitride is a wear-resistant material that can or will be used on highly stressed parts in mechanical engineering, turbine construction, chemical apparatus, engine construction.
- Quartz sand can be exothermically converted into silicon and aluminum oxide with liquid aluminum according to the textbook Holleman- Wiberg:
- Silicon reacts with carbon slightly exothermic to silicon carbide.
- silicon carbide can be obtained endothermically directly from sand and carbon at around 2000 ° C.
- Alumina Al 2 O 3 again recover aluminum, electrolyzed liquid Al 2 O 3 (melting point 2045 0 C) without Kryolithzugabe to aluminum and oxygen.
- the reaction is highly endothermic and is used to cool the exothermic reactions.
- magnesium silicide Magnesium reacts with silicon to form magnesium silicide:
- Al silicide AI 4 Si 3 is formed as an intermediate. Higher silanes may be accessible only through the polymerization of SiCl 2 with SiCl 4 and subsequent reaction with LiAlH 4 , as documented in the previous work.
- H 2 O 2 can now be provided as an energy carrier in a power plant process based on fossil fuels.
- Sulfur compounds from the power plant process are combined with water and / or water vapor to produce sulfuric acid (H 2 SO 4 ), or a sulfuric acid-containing solution.
- the introduction of water and / or water vapor is indicated in Fig. 2 by the conduit 31.
- the sulfuric acid is converted by power supply to an electrode (anode) to peroxosulfuric acid.
- the power supply is indicated in Fig. 2 by the line 32.
- a hydrolysis process which takes place, for example, in a reaction space 33, the peroxosulfuric acid is decomposed into sulfuric acid and H 2 O 2 .
- sulfuric acid may be withdrawn through line 34 and H 2 O 2 through line 35.
- the peroxosulfuric acid hydrolyses relatively rapidly to H 2 O 2 and sulfuric acid in water, as shown in simplified form in the following reaction:
- the H 2 O 2 can for example be stored in a tank 37 or stored temporarily, before it is discharged through a conduit system 14 or picked up by a tank truck 15 or tanker. As indicated in FIG. 1, the conversion to H 2 O 2 can take place in the immediate vicinity of a power plant. In Fig. 2 it is indicated that the flue gas 38 of a power plant 10 containing sulfur compounds, the process of the invention is supplied. The remaining flue gas components can be fed to a cooling tower 39.
- peroxysulfuric acid is used for H 2 SO 5 , for H 2 S 2 O 8 (also
- the sulfuric acid is then separated so as to provide a solution of H 2 O 2 with water.
- the solution is chosen according to the invention so that the concentration of H 2 O 2 is below the critical concentration limit. Then, this solution is transported to a consumer (gas station, end user).
- a consumer gas station, end user
- the consumers are provided with the reference numerals 11, 12 and 13. By Cleavage of hydrogen and / or oxygen from the solution can be generated at the consumer 11, 12, 13 by using the hydrogen and / or oxygen as the energy supplier and / or fuel energy.
- oxygen is preferably used which is taken either from the (ambient) air, from CO 2 offgas (flue gas) of the power plant process, or from a silicon dioxide reduction process, as described above.
- the H 2 O 2 is particularly well suited as an energy supplier or fuel.
- the H 2 O 2 can easily be promoted as a solution to a consumer through a conduit system 14, in particular an already existing water supply system. This is absolutely safe, since it is present in a concentration below 70%.
- the passage of the solution through the conduit system 14 renders it sterile, which may be particularly important in hot areas and in areas where otherwise not germ-free water is present. So you take advantage of the fact that the H 2 O 2 has a disinfecting effect.
- drinking water and, on the other hand, H 2 O 2 as an energy supplier can be transported together over longer distances through an already existing line system 14.
- tubes 16 which have a thin coating 17 inside (eg with plastic) in order to better guide the slightly acidic solution.
- a thin Teflon or nylon coating e.g. Teflon or nylon coating.
- plastic tube 16 can be used.
- the transport of this solution to a consumer can also be done by a transport vehicle 15, wherein this transport is preferably carried out without pressure or at low pressure.
- the H 2 O 2 solution can also be provided at a gas station for further use.
- the H 2 O 2 may be reacted from the solution with silicon (for example, in a reactor 21 or furnace) to produce SiO 2 and water, this reaction releasing energy ,
- silicon for example, in a reactor 21 or furnace
- the removal of hydrogen and / or oxygen from the solution can also be carried out catalytically (for example by means of a catalytic decomposition of hydrogen peroxide).
- the line system 14 is designed to be self-healing.
- hairline cracks, defects or pipe breaks of the conduit system 14 can lead to an accumulation of the solution in the wall of the conduit system 14 or outside thereof.
- the solution can be used by a polymerization process (for example with polyurethane (PU) or by a hydrogen peroxide-based propylene oxide process) for automatic sealing, healing or repair.
- PU polyurethane
- hydrogen peroxide-based propylene oxide process for example, aging pipes can still be used.
- due to the disinfecting effect local nests killed by impurities and bacteria.
- a small portion of the H 2 O 2 from the H 2 O 2 solution is supplied to the sewer system to at least partially treat the wastewater.
- the disinfecting effect is also used here.
- H 2 O 2 promotes the decomposition of natural wastes and other substances.
- the H 2 O 2 can be mixed with consumers 11, 12, 13 also with hydrocarbon-containing substances, for example biological substances such as sugar, in order to increase the calorific value.
- hydrocarbon-containing substances for example biological substances such as sugar
- Concentration can be provided, which is done by removing the water from the solution.
- novel remote energy delivery systems 20 may be provided (see, eg, FIG. 1) which at least in part, the power lines replace.
- a remote energy delivery system 20 includes piping systems 14 that provide an aqueous solution of H 2 O 2 from an energy supplier (eg, a power plant 10) to a consumer 11, 12, 13, wherein in the solution the concentration of H 2 O 2 is below that critical concentration limit.
- This remote energy supply system 20 may also be coupled to a power plant operation 10 in which a hydroprocessing process based on a hydrocarbonaceous silica compound proceeds.
- the remote energy delivery system 20 includes a reactor 21 or furnace located at the point of use 11, 12, 13 and reacting H 2 O 2 from the solution with silicon to produce SiO 2 and water, which reaction is large Sets energy free.
- the silicon preferably powdered silicon is used here
- the remote energy delivery system 20 may also include a catalyst located at the point of use 11, 12, 13 and catalytically eliminating hydrogen and / or oxygen from the solution.
- the remote energy supply system 20 may also be designed so that when the occurrence of hairline cracks, defects or pipe breaks of the conduit system 14 it comes to an accumulation of the solution in the wall or outside it, the solution there by a polymerization process (for example with PU) to a automatic sealing, healing or repair leads.
- a reactor 21 or furnace e.g. at a consumer 11, 12, 13 may be arranged.
- oxidation of silicon preferably silicon powder
- This reaction produces water, heat and silica (sand).
- the reactor 21 or oven may be configured to provide the heat for heating a home, e.g. Can be done by means of a heat exchanger. The heat can also be used to generate electricity.
- the silica (sand) can be removed from the reactor 21 or oven and disposed of easily. However, the silica (sand) may also be transferred to a location (e.g., at or at a power plant) where reduction to silicon occurs. This results in a cycle.
- the invention can also be used in a power plant process in which a hydrocarbon-containing silicon dioxide compound (eg, oil sands, oil shale, silica polluted bauxite) takes place in a combustion zone. Then, the silica is converted from the hydrocarbon-containing silica compound with liquid or powdery aluminum, or with halogen compounds, into silicon (Si 2 ) and / or silanes. Then, the transport of silicon and / or silanes to a Consumer. There, the silicon and / or silanes are used as an energy source by oxidation with oxygen and / or by nitration with nitrogen and / or carbonization with carbon. In this case, instead of the hydrogen peroxide, silicon or silanes are used as energy suppliers.
- a hydrocarbon-containing silicon dioxide compound eg, oil sands, oil shale, silica polluted bauxite
- vehicles with a novel hybrid drive can also be realized.
- hydrogen is used from a silane oil (higher-chain silicon-hydrogen compound) in a fuel cell that powers the vehicle.
- Electricity can drive an electric motor.
- waste heat from a reaction of silicon with oxygen from the H 2 O 2 is used in a reactor cell as another energy supplier of the vehicle.
- This H 2 O 2 can be taken up together with the silane oil at a gas station, for example.
- the vehicle preferably has two separate tanks.
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Abstract
Description
Bereitstellung von H2O2 aus Schwefelsäure, die beim Verbrennen von fossilen Brennstoffen aus darin enthaltenen Schwefelrückständen entsteht, und Verwendung des H2O2 als EnergieträgerProvision of H 2 O 2 from sulfuric acid, which results from the combustion of fossil fuels from sulfur residues contained therein, and the use of H 2 O 2 as an energy source
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der Anmeldung Europäischen Patentanmeldung EP 06 126 325.7, die am 18.12.2006 beim EPA eingereicht wurde und die Priorität der US-Anmeldung 11/746,608, die am 9. Mai 2007 eingereicht wurde.This application claims the benefit of priority from European patent application EP 06 126 325.7 filed with the EPO on 18.12.2006 and the priority of US application 11 / 746,608 filed May 9, 2007.
Kohlenstoffdioxid (meist Kohlendioxid genannt) ist eine chemische Verbindung aus Kohlenstoff und Sauerstoff. Kohlendioxid ist ein färb- und geruchloses Gas. Es ist mit einer geringen Konzentration ein natürlicher Bestandteil der Luft und entsteht in Lebewesen bei der Zellatmung, aber auch bei der Verbrennung von kohlenstoffhaltigen Substanzen unter ausreichendem Sauerstoff. Seit Beginn der Industrialisierung steigt der CO2-Anteil in der Atmosphäre deutlich an. Hauptursache hierfür sind die vom Menschen verursachten - die sogenannten anthropogenen - C02-Emissionen. Das Kohlendioxid in der Atmosphäre absorbiert einen Teil der Wärmestrahlung. Diese Eigenschaft macht Kohlendioxid zu einem so genannten Treibhausgas und ist einer der Mitverursacher des Treibhauseffekts.Carbon dioxide (usually called carbon dioxide) is a chemical compound of carbon and oxygen. Carbon dioxide is a colorless and odorless gas. It is a natural constituent of the air at a low concentration and is produced in living beings during cellular respiration, but also in the combustion of carbonaceous substances under sufficient oxygen. Since the beginning of industrialization, the CO 2 share in the atmosphere has increased significantly. The main reason for this is man-made - the so-called anthropogenic - C0 2 emissions. The carbon dioxide in the atmosphere absorbs part of the heat radiation. This property makes carbon dioxide a so-called greenhouse gas and is one of the contributors to the greenhouse effect.
Aus diesen und auch aus anderen Gründen wird zur Zeit in verschiedenste Richtungen geforscht und entwickelt, um einen Weg zu finden, um die anthropogenen Cθ2-Emissionen zu reduzieren. Besonders im Zusammenhang mit der Energieerzeugung, die häufig durch das Verbrennen fossiler Energieträger, wie Kohle oder Gas, erfolgt, aber auch bei anderen Verbrennungsprozessen, zum Beispiel bei der Müllverbrennung, besteht ein grosser Bedarf zur CO2 Reduktion. Es werden pro Jahr hunderte von Millionen Tonnen CO2 durch solche Prozesse in die Atmosphäre abgegeben.For these and other reasons, research is currently underway and developed in various directions to find a way to reduce anthropogenic CO 2 emissions. Particularly in the context of energy production, which is often due to the burning of fossil fuels, such as coal or gas, but also in other combustion processes, for example in waste incineration, there is a great need for CO 2 reduction. Hundreds of millions of tons of CO 2 are released into the atmosphere through such processes every year.
Die zur Erzeugung von Wärme benötigten Verbrennungsstoffe erzeugen, wie eingangs erläutert, CO2. Bisher ist niemand auf die Idee gekommen, den in ölhaltigen Sanden (SiO2), ölhaltigen Schiefern (SiO2 + [CO3 ]2), in Bauxit oder teerhaltigen Sanden oder Schiefern, und anderen Gemischen vorhandenen Sand zu nutzen, um einerseits den CO2 Ausstoß zu reduzieren und um andererseits aus den Produkten eines solchen neuartigen Verfahrens neue Rohstoffe zu gewinnen.The combustion materials required for generating heat generate, as explained above, CO 2 . So far, no one has come up with the idea of using the sand present in oily sands (SiO 2 ), oily slates (SiO 2 + [CO 3 ] 2 ), in bauxite or tar-containing sands or slates, and other mixtures in order to obtain the CO 2 to reduce emissions and on the other hand from the products of such a novel process to win new raw materials.
Anstatt natürlich vorkommende Gemische aus Sand und Öl in diesem neuartigen Verfahren einzusetzen, können auch kohlenwasserstoffhaltige industrielle oder natürliche Abfälle, eventuell nach Vermengung mit Sand, eingesetzt werden. Es ist auch denkbar, statt des Ölanteils natürlichen Asphalt (auch Erdpech genannt) einzusetzen. Besonders bevorzugt ist ein Gemisch aus Asphalt mit reinem Sand oder mit Bauschutt, der Sandanteile enthält.Instead of using naturally occurring mixtures of sand and oil in this novel process, it is also possible to use hydrocarbon-containing industrial or natural wastes, possibly after mixing with sand. It is also conceivable to use natural asphalt (also called earth pitch) instead of the oil content. Particularly preferred is a mixture of asphalt with pure sand or rubble containing sand.
Es kann aber auch sogenanntes Wasserglas, eine Mischung aus Sand mit Säure oder Lauge, eingesetzt werden, wobei das Wasserglas mit mineralischen Ölen versetzt wird, um den für die Erfindung notwendigen Kohlenwasserstoffanteil zu liefern (Mikroemulsionsverfahren).However, it is also possible to use so-called water glass, a mixture of sand with acid or alkali, wherein the water glass is mixed with mineral oils in order to supply the hydrocarbon fraction necessary for the invention (microemulsion process).
Die Vorräte an ölhaltigen Sanden (SiO2) und Schiefern (SiO2 + [CO3 ]2) übersteigen bekanntlich die Weltölvorräte um ein Mehrfaches. Die zur Anwendung kommenden technischen Verfahren, Öl und Minerale zu trennen, sind gegenwärtig uneffektiv und zu teuer. Natürlicher Asphalt kommt an mehreren Stellen der Erde vor, wird aber im kommerziellen Maßstab zur Zeit hauptsächlich in Trinidad abgebaut.The reserves of oily sands (SiO 2 ) and slates (SiO 2 + [CO 3 ] 2 ) are known to exceed world oil reserves by a multiple. The technical methods used to separate oil and minerals are currently ineffective and too expensive. Natural asphalt is found in several parts of the world but is currently mined on a commercial scale mainly in Trinidad.
Sand ist ein natürlich vorkommendes, un verfestigtes Sedimentgestein und kommt in mehr oder weniger großer Konzentration überall auf der Erdoberfläche vor. Ein Großteil der Sandvorkommen besteht aus Quarz (Siliziumdioxid; SiO2).Sand is a naturally occurring, unconsolidated sedimentary rock and occurs in greater or lesser concentrations throughout the earth's surface. Much of the sand is quartz (silicon dioxide, SiO 2 ).
Ein weiteres Problem heutiger Kraftwerksprozesse, die auf der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen basieren, ist die entstehende Schwefelsäure, die aus Schwefelverunreinigungen der Kohlenwasserstoffe entsteht. Es gibt zwar Verfahren, um die Schwefelsäure in den Rauchgasen in den Griff zu bekommen, diese Entschwefelungsprozesse sind jedoch aufwendig und teuer. Weiterhin wird heute vermehrt auf Wasserstoff und auf Brennstoffzellen gesetzt. Wie hinlänglich bekannt ist, ist die Handhabung des Wasserstoffs jedoch nicht unproblematisch und der Transport ist bis heute nicht zufriedenstellend gelöst. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, solche möglichen Rohstoffe zu benennen und ihre technische Darstellung zu beschreiben. Die beim Verfahren zum Einsatz kommenden chemischen Überlegungen sind dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die in den Sanden und Schiefern und anderen Gemischen vorhandenen Kohlenwasserstoffe an einer Reaktion teilnehmen, sowie auch das SiO2 reaktionstechnisch chemisch verändert wird.Another problem of today's power plant processes, which are based on the combustion of hydrocarbons, is the resulting sulfuric acid, which arises from sulfur impurities of hydrocarbons. While there are methods to control the sulfuric acid in the flue gases, these desulfurization processes are cumbersome and expensive. Furthermore, more and more is being used today for hydrogen and fuel cells. As is well known, however, the handling of the hydrogen is not without problems and the transport is still not satisfactorily resolved. The object of the present invention is to identify such possible raw materials and to describe their technical representation. The chemical considerations used in the process are characterized in that both the hydrocarbons present in the sands and slates and other mixtures take part in a reaction, and also the SiO 2 is chemically modified by reaction technology.
Andererseits ist es eine Aufgabe alternative Lösungsansätze für das Erzeugen von Energie und für den gefahrenlosen Transport von Energie anzubieten.On the other hand, it is an object to offer alternative solutions for the generation of energy and for the safe transport of energy.
Die Erfindung nutzt unter anderem die Tatsache, dass Silizium (z.B. als Pulver bei geeigneter Temperatur) nach Zündung direkt mit reinem (kaltem) Stickstoff (z.B. Stickstoff aus der Umgebungsluft) zu Siliziumnitrid umgesetzt werden kann, weil die Reaktion stark exotherm ist. (Si3N4 ist ein festes Edelgas [Plichta].) Die hierbei anfallende Wärme kann in Reaktoren zum Einsatz kommen.Among other things, the invention makes use of the fact that silicon (eg as a powder at a suitable temperature) after ignition can be reacted directly with pure (cold) nitrogen (eg nitrogen from the ambient air) to form silicon nitride, because the reaction is highly exothermic. (Si 3 N 4 is a solid inert gas [Plichta].) The resulting heat can be used in reactors.
Das je nach Verfahren in Kraftwerksprozessen aus Ölsand, Ölschiefer, Bauxit entstehende Silizium ist oberflächenaktiv und könnte katalytisch (z.B. mit Magnesium und/oder Aluminium als Katalysator) mit Wasserstoff behandelt werden, wobei Monosilan entsteht. Dieses Monosilan kann dem Reaktionsraum entnommen werden und an anderer Stelle ein weiteres Mal einer katalytischen Druckreaktion unterzogen werden. Hier lassen sich nach der GleichungDepending on the process used in oil sands, oil shale, bauxite power plant processes, silicon is surface-active and could be catalytically treated (for example with magnesium and / or aluminum as a catalyst) with hydrogen to form monosilane. This monosilane can be removed from the reaction space and subjected to another catalytic pressure reaction at another location. Here you can go by the equation
Si + SiH4 →(mit Kat wie Pt o.a.) →Si(SiH44)+ SiHn(SiH4)m + SinHm Si + SiH 4 → (with cat as Pt oa) → Si (SiH 44 ) + SiH n (SiH 4 ) m + Si n H m
längerkettige Silane darstellen, die sowohl in der Technik der Brennstoffzelle oder bei Motoren zur Anwendung kommen können.represent longer-chain silanes, both in the technology of the fuel cell or in motors can be used.
Das Silizium aber auch die Silane sind hervorragende Energielieferanten, die problemlos zu einem Verbraucher befördert werden können. Besser geeignet ist jedoch Wasserstoffperoxid als Energielieferant. Das Wasserstoffperoxid kann in einem Prozess erzeugt werden, der an einen fossilen Kraftwerksprozess angekoppelt oder in einen solchen Prozess integriert ist. Das gleiche gilt auch für die Herstellung von Silizium oder Silanen, die auch in einen solchen Porzess integriert oder an einen solchen Prozess gekoppelt werden kann.The silicones as well as the silanes are excellent energy sources that can easily be transported to a consumer. However, hydrogen peroxide is more suitable as an energy source. The hydrogen peroxide may be generated in a process that is coupled to or integrated into a fossil power plant process. The same applies to the production of silicon or silanes, which can also be integrated into such a process or coupled to such a process.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben.Further details and advantages of the invention will be described below with reference to exemplary embodiments.
In den Zeichnungen sind verschiedene Aspekte der Erfindung schematisch dargestellt, wobei die Zeichnungen zeigen :In the drawings, various aspects of the invention are shown schematically, wherein the drawings show:
Fig. 1 : ein Schema eines ersten erfindungsgemäßenFig. 1: a scheme of a first invention
Fernenergielieferungssystems;Remote energy delivery system;
Fig. 2: ein Schema eines erfindungsgemäßen Verfahrens; Fig. 3: ein Schema eines erfindungsgemäßen Rohres mit2 shows a diagram of a method according to the invention; 3 shows a diagram of a pipe according to the invention
Innenbeschichtung. Detaillierte BeschreibungInternal coating. Detailed description
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen beschrieben. Ein erstes Beispiel bezieht sich auf die Anwendung der Erfindung in einem Kraftwerksbetrieb, um dort den bei der Energiegewinnung anfallenden CO2- Ausstoss zu reduzieren oder ganz zu eliminieren.In the following the invention will be described by way of examples. A first example relates to the application of the invention in a power plant operation in order to reduce or completely eliminate the CO 2 emission resulting from the generation of energy there.
Gemäß Erfindung geht es um eine Reihe von gezielt ablaufenden chemischen Reaktionen, bei denen aus den Ausgangsstoffen (auch Edukte oder Reaktanten genannt) neue chemische Verbindungen (Produkte genannt) entstehen. Die erfindungsgemäßen Reaktionen des eingangs als Hauptprozesses bezeichneten Verfahrens sind so ausgelegt, dass CO2 in deutlichen Mengen verbraucht und/oder gebunden wird.According to the invention, a series of deliberate chemical reactions is involved in which new chemical compounds (called products) are formed from the starting materials (also called reactants or reactants). The reactions according to the invention of the process described at the outset as the main process are designed so that CO 2 is consumed and / or bound in significant amounts.
Als Ausgangstoff eingesetzt wird in einem ersten Ausführungsbeispiel zum Beispiel Sand, der mit Mineralöl versetzt ist, oder Ölschiefer. DieseAs a starting material is used in a first embodiment, for example, sand, which is mixed with mineral oil, or oil shale. These
Ausgangsstoffe werden einer Reaktionskammer, zum Beispiel in Form eines Nachbrenners oder einer Brennkammer, zugeführt. In diese Kammer wird CO2 eingeblasen. Dieses CO2 kann in dem ersten Ausführungsbeispiel das CO2-Abgas sein, das bei der Energiegewinnung aus fossilen Brennstoffen in großen Mengen anfällt und bisher in vielen Fällen in die Atmosphäre entweicht. Zusätzlich wird der Kammer (Umgebung-)Luft zugeführt. Anstatt der Umgebungsluft, oder zusätzlich zur Umgebungsluft kann dem Verfahren Dampf oder hyperkritisches H2O bei über 407° C zugeführt werden.Starting materials are fed to a reaction chamber, for example in the form of an afterburner or a combustion chamber. CO 2 is injected into this chamber. In the first exemplary embodiment, this CO 2 can be the CO 2 off-gas which is obtained in large quantities in the production of energy from fossil fuels and has hitherto escaped into the atmosphere in many cases. In addition, the chamber (ambient) air is supplied. Instead of the ambient air, or in addition to the ambient air, steam or hypercritical H 2 O at over 407 ° C can be supplied to the process.
Weiterhin ist das Einblasen von Stickstoff an anderer Stelle im Verfahren, respektive der Brennkammer vorzusehen. Außerdem kommt eine Art Katalysator zum Einsatz. Besonders geeignet ist Aluminium. Unter geeigneten Umgebungsbedingungen findet in der Kammer eine Reduktion statt, die wie folgt stark vereinfacht dargestellt werden kann :Furthermore, the injection of nitrogen elsewhere in the process, respectively, the combustion chamber is provided. In addition, a kind of catalyst is used. Particularly suitable is aluminum. Under suitable environmental conditions, a reduction takes place in the chamber, which can be represented greatly simplified as follows:
SiO2 red > SiSiO 2 red > Si
Dass heißt, es wird der im Sand oder Schiefer vorhandene Quarzanteil umgewandelt in kristallines Silizium.This means that the quartz component present in the sand or shale is converted into crystalline silicon.
Das zum Einsatz kommende Mineralöl der Sande übernimmt die Rolle des Primärenergielieferantens und wird im erfindungsgemäßen Verfahren selber pyrolytisch bei Temperaturen über 1000 Grad Celsius weitgehend in Wasserstoff (H2) und eine graphitähnliche Masse zerlegt. Es wird also bei den ablaufenden Reaktionen der Kohlenwasserstoffkette des Mineralöls der Wasserstoff entzogen. Der Wasserstoff kann zum Beispiel in Rohrleitungssysteme der Erdgasindustrie abgeleitet oder in Wasserstofftanks gespeichert werden.The used mineral oil of the sands assumes the role of the primary energy supplier and is decomposed in the process of the invention itself pyrolytic at temperatures above 1000 degrees Celsius largely in hydrogen (H 2 ) and a graphite-like mass. Thus, the hydrogen is removed during the course of the reactions of the hydrocarbon chain of the mineral oil. For example, hydrogen can be diverted to natural gas piping systems or stored in hydrogen tanks.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel wird die Erfindung im Zusammenhang mit einem Pyrolyseverfahren der Firma Pyromex AG, Schweiz, angewendet.In a second embodiment, the invention in connection with a pyrolysis of the company Pyromex AG, Switzerland, applied.
Die vorliegende Erfindung kann aber auch als Ergänzung oder Alternative zu dem sogenannten Oxyfuel-Verfahren™ eingesetzt werden. So kann zum Beispiel mittels der vorliegenden Erfindung eine Energie-Kaskaden-Wärmegewinnung nach folgendem Ansatz durchgeführt werden. In Abwandlung des Oxyfuel- Verfahrens wird unter Zugabe von Aluminium, vorzugsweise von flüssigem Aluminium, und unter Verbrennung von Ölsand (statt Öl oder Kohle) mit Sauerstoff (O2) und je nach Bedarf auch Stickstoff (N2) zusätzliche Hitze erzeugt (Wackerunfall). Im Bedarfsfall der Stickstoffkopplung an Siliziumverbindungen wird vorzugsweise die reine Stickstoffatmosphäre aus Umgebungsluft durch (aus der Propannitrierung bekannten) Verbrennung des Sauerstoffanteils der Luft mit Propangas erreicht.However, the present invention can also be used as a supplement or alternative to the so-called oxyfuel process ™. Thus, for example, by means of the present invention, an energy cascade heat recovery can be carried out according to the following approach. In a modification of the oxyfuel process, additional heat is generated with addition of aluminum, preferably of liquid aluminum, and with combustion of oil sand (instead of oil or coal) with oxygen (O 2 ) and, if required, also nitrogen (N 2 ) (Wacker accident). , If necessary, the nitrogen coupling to silicon compounds Preferably, the pure nitrogen atmosphere is achieved from ambient air by (known from the propane nitration) combustion of the oxygen content of the air with propane gas.
Gemäss Erfindung kann Aluminium (AI) zum Einsatz kommen. Eine wirtschaftliche Gewinnung von Aluminium ist zur Zeit nur aus Bauxit möglich. Bauxit enthält ca. 60 Prozent Aluminiumoxid (AI2O3), ca. 30 Prozent Eisenoxid (Fe2O3), Siliziumoxid (SiO2) und Wasser. D.h., das Bauxit ist typischerweise stets mit dem Eisenoxid (Fe2O3) und dem Siliziumoxid (SiO2) verunreinigt.According to the invention, aluminum (AI) can be used. Economic extraction of aluminum is currently possible only from bauxite. Bauxite contains about 60 percent aluminum oxide (AI2O3), about 30 percent iron oxide (Fe 2 O 3 ), silicon oxide (SiO 2 ) and water. That is, the bauxite is typically always contaminated with the iron oxide (Fe 2 O 3 ) and the silicon oxide (SiO 2 ).
AI2O3 lässt sich wegen der extrem hohen Gitterenergie nicht auf chemischemAl 2 O 3 can not be used on chemical because of the extremely high lattice energy
Wege reduzieren. Technisch gelingt die Herstellung von Aluminium aber durch die Schmelzflusselektrolyse (Kryolith-Tonerde-Verfahren) von Aluminiumoxid AI2O3. Das AI2O3 wird zum Beispiel durch das Bayer-Verfahren gewonnen. Beim Kryolith-Tonerde-Verfahren wird das Aluminiumoxid mit Kryolith (Salz: Na3[AIF6]) geschmolzen und elektrolysiert. Um nicht bei hohen Schmelztemperaturen des Aluminiumoxids von 20000C arbeiten zu müssen, wird das Aluminiumoxid in einer Schmelze von Kryolith gelöst. Im Verfahren liegt damit die Arbeitstemperatur nur bei 940 bis 9800C.Reduce ways. Technically, the production of aluminum is possible, but by the fused salt electrolysis (cryolite-alumina method) of aluminum oxide Al 2 O 3. The Al 2 O 3 is obtained, for example, by the Bayer process. In the cryolite-alumina process, the alumina is melted with cryolite (salt: Na 3 [AIF 6 ]) and electrolyzed. In order not to work at high melting temperatures of the alumina of 2000 0 C, the alumina is dissolved in a melt of cryolite. In the process, therefore, the working temperature is only 940 to 980 0 C.
Bei der Schmelzflusselektrolyse entsteht an der Kathode flüssiges Aluminium und an der Anode Sauerstoff. Als Anoden kommen Kohleblöcke (Graphit) zum Einsatz. Dieses Anoden brennen durch den entstehenden Sauerstoff ab und müssen dauern erneuert werden.In fused-salt electrolysis, liquid aluminum is produced at the cathode and oxygen at the anode. Carbon blacks (graphite) are used as anodes. These anodes burn off due to the oxygen produced and must be renewed continuously.
Es wird als ein wesentlicher Nachteil des Kryolith-Tonerde-Verfahrens angesehen, dass er wegen der hohen Bindungsenergie des Aluminiums sehr energieaufwändig ist. Problematisch für die Umwelt ist die teilweise stattfindende Bildung und Emission von Fluor.It is considered to be a major disadvantage of the cryolite-alumina process, that it is very energy-consuming because of the high binding energy of aluminum. A problem for the environment is the partial formation and emission of fluorine.
Beim erfindungsgemässen Verfahren kann das Bauxit dem Verfahren zugefügt werden, um eine Kühlung des Prozesses zu erreichen. Durch das Bauxit kann man die überschüssige Wärmeenergie im System in den Griff bekommen. Dies geschieht analog zu dem Verfahren, wo einer Eisenschmelze in einem Hochofen Eisenschrott zur Kühlung zugeführt wird, wenn die Eisenschmelze zu heiß wird.In the method according to the invention, the bauxite can be added to the process in order to achieve cooling of the process. With the bauxite you can get the excess heat energy in the system under control. This is analogous to the process where iron scrap is fed to a molten iron in a blast furnace for cooling, when the molten iron is too hot.
Hilfsweise kann Kryolith eingesetzt werden, falls das Verfahren ausser Kontrollen zu geraten droht (siehe Wacker Unfall), um so im Sinne einer Notkühlung die Temperatur im System zu reduzieren.Alternatively, cryolite can be used if the procedure threatens to get out of control (see Wacker accident), so as to reduce the temperature in the system in the sense of emergency cooling.
Ebenso wie Siliziumcarbid ist Siliziumnitrid ein verschleißfester Werkstoff der bei hochbeanspruchten Teilen im Maschinenbau, Turbinenbau, chemischen Apparaturen, Motorenbau eingesetzt werden kann oder wird.Just like silicon carbide, silicon nitride is a wear-resistant material that can or will be used on highly stressed parts in mechanical engineering, turbine construction, chemical apparatus, engine construction.
Weitere Details zu den beschriebenen chemischen Abläufen und Energieprozessen sind den folgenden Seiten zu entnehmen.Further details on the described chemical processes and energy processes can be found on the following pages.
Quarzsand lässt sich mit flüssigem Aluminium gemäß dem Lehrbuch Holleman- Wiberg exotherm zu Silizium und Aluminiumoxid umsetzen :Quartz sand can be exothermically converted into silicon and aluminum oxide with liquid aluminum according to the textbook Holleman- Wiberg:
3 SiO2 + 4 Al (I) →- 3 Si + 2 AI2O3 ΔH = - 618.8 kJ/Mol3 SiO 2 + 4 Al (I) → - 3 Si + 2 Al 2 O 3 ΔH = - 618.8 kJ / mol
(exotherm)(Exothermic)
Silizium verbrennt mit Stickstoff zu Siliziumnitrid bei 13500C. Die Reaktion ist wiederum exothermSilicon burns with nitrogen to silicon nitride at 1350 0 C. The reaction is again exothermic
T = 13500CT = 1350 0 C
3 Si + 2 N2 (g) -» Si3N4 Δ H = - 744 kJ/Mol3 Si + 2 N 2 (g) -> Si 3 N 4 Δ H = - 744 kJ / mol
(exotherm)(Exothermic)
Silizium reagiert mit Kohlenstoff leicht exotherm zu Siliziumcarbid .Silicon reacts with carbon slightly exothermic to silicon carbide.
Si + C ^ SiC Δ H = - 65.3 kJ/MolSi + C ^ SiC Δ H = - 65.3 kJ / mol
(exotherm)(Exothermic)
Andererseits lässt sich Siliziumcarbid direkt aus Sand und Kohlenstoff bei rund 20000C endotherm gewinnen :On the other hand, silicon carbide can be obtained endothermically directly from sand and carbon at around 2000 ° C.
T = 20000CT = 2000 0 C
SiO2 + 3 C (g) -» SiC + 2 CO Δ H = + 625,3 kJ/Mol (endotherm)SiO 2 + 3 C (g) - »SiC + 2 CO Δ H = + 625.3 kJ / mol (endothermic)
Um aus dem Nebenprodukt Bauxit resp. Aluminiumoxid AI2O3 wieder Aluminium zurückzugewinnen, elektrolysiert man flüssiges AI2O3 (Schmelzpunkt 20450C) ohne Kryolithzugabe zu Aluminium und Sauerstoff. Die Reaktion ist stark endotherm und wird zur Kühlung der exothermen Reaktionen herangezogen.To from the by-product bauxite resp. Alumina Al 2 O 3 again recover aluminum, electrolyzed liquid Al 2 O 3 (melting point 2045 0 C) without Kryolithzugabe to aluminum and oxygen. The reaction is highly endothermic and is used to cool the exothermic reactions.
2 AI2O3 (I) -» 4 AI (I) + 3 O2 (g) Δ H = + 1676,8 kJ/Mol2 Al 2 O 3 (I) -> 4 Al (I) + 3 O 2 (g) Δ H = + 1676.8 kJ / mol
(endotherm)(Endothermic)
Herstellung der Silane :Production of silanes:
Magnesium reagiert mit Silizium zu Magnesiumsilicid :Magnesium reacts with silicon to form magnesium silicide:
2 Mg + Si -» Mg2Si2 Mg + Si - »Mg 2 Si
Magnesiumsilicid reagiert mit Salzsäure zu Monosilan SiH4 und Magnesiumchlorid :Magnesium silicide reacts with hydrochloric acid to form monosilane SiH4 and magnesium chloride:
Mg2Si + 4 HCl (g) -» SiH4 + 2 MgCI2 Dieser Syntheseweg müsste eigentlich auch mit Aluminium funktionieren : Als Zwischenprodukt entsteht demzufolge Aluminiumsilicid AI4Si3. Höhere Silane sind möglicherweise nur über die Polymerisation von SiCI2 mit SiCI4 und durch anschließende Umsetzung mit LiAIH4 zugänglich, wie die vorangegangene Arbeit dokumentiert.Mg 2 Si + 4 HCl (g) - »SiH 4 + 2 MgCl 2 This synthetic route would actually also have to work with aluminum: As an intermediate, aluminum silicide AI 4 Si 3 is formed as an intermediate. Higher silanes may be accessible only through the polymerization of SiCl 2 with SiCl 4 and subsequent reaction with LiAlH 4 , as documented in the previous work.
Im Folgenden werden weitere wesentliche Aspekte der Erfindung beschrieben.In the following, further essential aspects of the invention will be described.
Wie eingangs beschrieben, sind die fossilen Brennstoffe, die in Kraftwerken 10 (siehe z.B. Fig. 1) verbrannt werden mit Schwefelrückständen belastet. Gemäss Erfindung kann nun H2O2 als Energieträger in einem auf fossilen Brennstoffen basierenden Kraftwerksprozess bereit gestellt werden. Dabei werden Schwefelverbindungen aus dem Kraftwerksprozess mit Wasser und/oder Wasserdampf zusammengebracht, um so Schwefelsäure (H2SO4), oder eine schwefelsäurehaltige Lösung, zu erzeugen. Das Einbringen von Wasser und/oder Wasserdampf ist in Fig. 2 durch die Leitung 31 angedeutet. Die Schwefelsäure wird durch Stromzufuhr an einer Elektrode (Anode) zu Peroxoschwefelsäure umgesetzt. Die Stromzufuhr ist in Fig. 2 durch die Leitung 32 angedeutet. Durch einen Hydrolyseprozess, der zum Beispiel in einem Reaktionsraum 33 stattfindet, wird die Peroxoschwefelsäure in Schwefelsäure und H2O2 zerlegt. DieAs described above, the fossil fuels burned in power plants 10 (see, for example, FIG. 1) are loaded with sulfur residues. According to the invention, H 2 O 2 can now be provided as an energy carrier in a power plant process based on fossil fuels. Sulfur compounds from the power plant process are combined with water and / or water vapor to produce sulfuric acid (H 2 SO 4 ), or a sulfuric acid-containing solution. The introduction of water and / or water vapor is indicated in Fig. 2 by the conduit 31. The sulfuric acid is converted by power supply to an electrode (anode) to peroxosulfuric acid. The power supply is indicated in Fig. 2 by the line 32. By a hydrolysis process, which takes place, for example, in a reaction space 33, the peroxosulfuric acid is decomposed into sulfuric acid and H 2 O 2 . The
Schwefelsäure kann zum Beispiel durch eine Leitung 34 und das H2O2 durch eine Leitung 35 entnommen werden. Die Peroxoschwefelsäure hydrolysiert in Wasser relativ schnell zu H2O2 und Schwefelsäure, wie in der folgenden Reaktion vereinfacht dargestellt:For example, sulfuric acid may be withdrawn through line 34 and H 2 O 2 through line 35. The peroxosulfuric acid hydrolyses relatively rapidly to H 2 O 2 and sulfuric acid in water, as shown in simplified form in the following reaction:
H2SO5 + H2O -» H2SO4 + H2O2 H 2 SO 5 + H 2 O -> H 2 SO 4 + H 2 O 2
Das H2O2 kann z.B. in einem Tank 37 gelagert oder zwischengelagert werden, bevor es durch ein Leitungssystem 14 abgeführt oder durch einen Tanklaster 15 oder Tanker abgeholt wird. Wie in Fig. 1 angedeutet, kann die Umsetzung zu H2O2 Jn unmittelbarer Nähe eines Kraftwerks statt finden. In Fig. 2 ist angedeutet, dass das Rauchgas 38 eines Kraftwerks 10, das Schwefelverbindungen enthält, dem erfindungsgemäßen Prozess zugeführt wird. Die verbleibenden Rauchgasbestandteile können einem Kühlturm 39 zugeführt werden.The H 2 O 2 can for example be stored in a tank 37 or stored temporarily, before it is discharged through a conduit system 14 or picked up by a tank truck 15 or tanker. As indicated in FIG. 1, the conversion to H 2 O 2 can take place in the immediate vicinity of a power plant. In Fig. 2 it is indicated that the flue gas 38 of a power plant 10 containing sulfur compounds, the process of the invention is supplied. The remaining flue gas components can be fed to a cooling tower 39.
In der vorliegenden Anmeldung und in den Ansprüchen wird der Begriff Peroxoschwefelsäure verwendet für H2SO5, für H2S2O8 (auchIn the present application and in the claims, the term peroxysulfuric acid is used for H 2 SO 5 , for H 2 S 2 O 8 (also
Peroxodischwefelsäure genannt) und auch für ein Gemisch aus H2SO5 und H2S2O8.Called peroxodisulfuric acid) and also for a mixture of H 2 SO 5 and H 2 S 2 O 8 .
Gemäß Erfindung wird die Schwefelsäure dann abgetrennt, um so eine Lösung aus H2O2 mit Wasser bereit zu stellen.According to the invention, the sulfuric acid is then separated so as to provide a solution of H 2 O 2 with water.
Da reines (= wasserfreies) H2O2 instabil ist und spontan explodieren kann, z.B. wenn es mit Metallen in Berührung kommt, gelangt es gemäß Erfindung in maximal siebzigprozentiger Lösung in Wasser (in wässriger Lösung) in den Umlauf. Dieser Grenzwert von 70% wird hier als kritische Konzentrationsgrenze bezeichnet.Since pure (= anhydrous) H 2 O 2 is unstable and can explode spontaneously, for example when it comes into contact with metals, it passes according to the invention in a maximum of seventy percent solution in water (in aqueous solution) in the circulation. This limit of 70% is referred to here as the critical concentration limit.
Die Lösung wird gemäß Erfindung so gewählt, dass die Konzentration von H2O2 unterhalb der kritischen Konzentrationsgrenze liegt. Dann erfolgt der Transport dieser Lösung zu einem Verbraucher (Tankstelle, Endverbraucher). In Fig. 1 sind die Verbraucher mit den Bezugszeichen 11, 12 und 13 versehen. Durch Abspalten von Wasserstoff und/oder Sauerstoff aus der Lösung kann beim Verbraucher 11, 12, 13 durch Verwenden des Wasserstoffs und/oder Sauerstoffs als Energielieferant und/oder Treibstoff Energie erzeugt werden.The solution is chosen according to the invention so that the concentration of H 2 O 2 is below the critical concentration limit. Then, this solution is transported to a consumer (gas station, end user). In Fig. 1, the consumers are provided with the reference numerals 11, 12 and 13. By Cleavage of hydrogen and / or oxygen from the solution can be generated at the consumer 11, 12, 13 by using the hydrogen and / or oxygen as the energy supplier and / or fuel energy.
Beim Umsetzen zu Peroxoschwefelsäure wird vorzugsweise Sauerstoff eingesetzt, der entweder aus der (Umgebungs-)Luft, aus CO2-Abgas (Rauchgas) des Kraftwerksprozesses, oder aus einem Siliziumdioxid-Reduktionsprozess entnommen wird, wie weiter oben beschrieben.When converting to peroxosulphuric acid, oxygen is preferably used which is taken either from the (ambient) air, from CO 2 offgas (flue gas) of the power plant process, or from a silicon dioxide reduction process, as described above.
Das H2O2 eignet sich besonders gut als Energielieferant oder Kraftstoff. Das H2O2 kann problemlos als Lösung zu einem Verbraucher durch ein Leitungssystem 14, insbesondere ein bereits vorhandenes Wasserleitungssystem, gefördert werden. Dies ist absolut ungefährlich, da es in einer Konzentration unter 70% vorliegt. Die Durchleitung der Lösung durch das Leitungssystem 14 macht dieses keimfrei, was besonders in warmen Gegenden und in Bereichen mit ansonsten nicht keimfreiem Wasser wichtig sein kann. Man macht sich also zu Nutzen, dass das H2O2 desinfizierend wirkt.The H 2 O 2 is particularly well suited as an energy supplier or fuel. The H 2 O 2 can easily be promoted as a solution to a consumer through a conduit system 14, in particular an already existing water supply system. This is absolutely safe, since it is present in a concentration below 70%. The passage of the solution through the conduit system 14 renders it sterile, which may be particularly important in hot areas and in areas where otherwise not germ-free water is present. So you take advantage of the fact that the H 2 O 2 has a disinfecting effect.
Durch ein bereits vorhandenes Leitungssystem 14 können gemäß Erfindung einerseits Trinkwasser und andererseits H2O2 als Energielieferant über längere Distanzen gemeinsam transportiert werden. Besonders geeignet sind Rohre 16, die innen eine dünne Beschichtung 17 (z.B. mit Kunststoff) aufweisen, um die leicht saure Lösung besser führen zu können. Besonders geeignet ist eine dünne Teflon- oder Nylon-Beschichtung. Öder es können Kunststoff röhre 16 eingesetzt werden. Der Transport dieser Lösung zu einem Verbraucher kann aber auch durch ein Transportfahrzeug 15 erfolgen, wobei dieser Transport vorzugsweise drucklos oder bei niedrigem Druck erfolgt.According to the invention, drinking water and, on the other hand, H 2 O 2 as an energy supplier can be transported together over longer distances through an already existing line system 14. Particularly suitable are tubes 16 which have a thin coating 17 inside (eg with plastic) in order to better guide the slightly acidic solution. Particularly suitable is a thin Teflon or nylon coating. Or plastic tube 16 can be used. The transport of this solution to a consumer can also be done by a transport vehicle 15, wherein this transport is preferably carried out without pressure or at low pressure.
Die H2O2 Lösung kann auch an einer Tankstelle zur weiteren Verwendung bereitgestellt werden.The H 2 O 2 solution can also be provided at a gas station for further use.
Am Ort des Verbrauchs 11, 12, 13 kann das H2O2 aus der Lösung mit Silizium zur Reaktion gebracht werden (zum Beispiel in einem Reaktor 21 oder Ofen), um somit SiO2 und Wasser zu erzeugen, wobei diese Reaktion Energie frei setzt. In Fig. 1 ist bei jedem Verbraucher 11, 12, 13 ein entsprechende Reaktor 21 oder Ofen gezeigt.At the point of consumption 11, 12, 13, the H 2 O 2 may be reacted from the solution with silicon (for example, in a reactor 21 or furnace) to produce SiO 2 and water, this reaction releasing energy , In Fig. 1 at each consumer 11, 12, 13 a corresponding reactor 21 or furnace is shown.
Am Ort des Verbrauchs kann aber auch das Abspalten von Wasserstoff und/oder Sauerstoff aus der Lösung katalytisch erfolgen (z.B. mittels einer katalytischen Zersetzung von Wasserstoffperoxid).At the point of consumption, however, the removal of hydrogen and / or oxygen from the solution can also be carried out catalytically (for example by means of a catalytic decomposition of hydrogen peroxide).
Besonders bevorzugt ist ein Ansatz, bei dem das Leitungssystem 14 selbstheilend ausgelegt ist. Bei geeigneter Auslegung können Haarrisse, Defekte oder Rohrbrüche des Leitungssystems 14 zu einer Anreicherung der Lösung in der Wandung des Leitungssystems 14 oder außerhalb desselben führen. Dort kann die Lösung durch einen Polymerisierungsprozess (zum Beispiel mit Polyurethan (PU) oder durch ein Wasserstoffperoxid-basiertes Propylenoxid- Verfahren) zu einer automatischen Abdichtung, Heilung oder Reparatur eingesetzt werden. So können zum Beispiel alternde Rohre weiterhin verwendet werden. Außerdem werden aufgrund der desinfizierenden Wirkung lokale Nester von Verunreinigungen und Bakterien abgetötet.Particularly preferred is an approach in which the line system 14 is designed to be self-healing. With a suitable design hairline cracks, defects or pipe breaks of the conduit system 14 can lead to an accumulation of the solution in the wall of the conduit system 14 or outside thereof. There, the solution can be used by a polymerization process (for example with polyurethane (PU) or by a hydrogen peroxide-based propylene oxide process) for automatic sealing, healing or repair. For example, aging pipes can still be used. In addition, due to the disinfecting effect local nests killed by impurities and bacteria.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein kleiner Anteil des H2O2 aus der H2O2 Lösung dem Abwassersystem zugeführt, um das Abwasser zumindest teilweise aufzubereiten. Einerseits kommt auch hier die desinfizierende Wirkung zu Einsatz. Andererseits fördert das H2O2 die Zersetzung natürlicher Abfälle und anderer Substanzen.In a further embodiment, a small portion of the H 2 O 2 from the H 2 O 2 solution is supplied to the sewer system to at least partially treat the wastewater. On the one hand, the disinfecting effect is also used here. On the other hand, H 2 O 2 promotes the decomposition of natural wastes and other substances.
Das H2O2 kann beim Verbraucher 11, 12, 13 auch mit kohlenwasserstoffhaltigen Substanzen, zum Beispiel biologischen Substanzen wie Zucker, vermischt werden, um den Brennwert zu erhöhen. Es können aber auch Exkremente mit H2O2 versetzt werden, um sie dann einem Verbrennungsprozess zuzuführen. Auch hierdurch kann Energie gewonnen werden.The H 2 O 2 can be mixed with consumers 11, 12, 13 also with hydrocarbon-containing substances, for example biological substances such as sugar, in order to increase the calorific value. However, it is also possible to add excrements with H 2 O 2 , in order to then supply them to a combustion process. This also allows energy to be gained.
Beim Verbraucher 11, 12, 13 kann H2O2 mit einer Konzentration kleiner als 15% bereit gestellt werden, um dort zum Beispiel als Desinfektions- und/oder Reinigungs- und/oder Wasch- und oder Spülmittel zu dienen. Durch Zugabe in eine Wasch- oder Spülmaschine können die bisherigen Reinigungsmittel reduziert oder ganz weggelassen werden.When consumers 11, 12, 13 H 2 O 2 can be provided with a concentration less than 15% to serve there, for example, as a disinfectant and / or cleaning and / or washing and or rinsing agent. By adding it to a washing machine or dishwasher, the previous cleaning agents can be reduced or omitted altogether.
Beim Verbraucher 11, 12, 13 kann das H2O2 aber auch mit einer erhöhtenWhen consumers 11, 12, 13, the H 2 O 2 but also with an increased
Konzentration bereit gestellt werden, was durch Entziehen des Wassers aus der Lösung geschieht.Concentration can be provided, which is done by removing the water from the solution.
Gemäß Erfindung können neuartige Fernenergielieferungssysteme 20 bereit gestellt werden (siehe z.B. Fig. 1), die mindestens zum Teil die Stromleitungen ersetzen werden. Ein solches Fernenergielieferungssystem 20 umfasst Leitungssysteme 14, die eine wässerige Lösung von H2O2 von einem Energielieferanten (zum Beispiel einem Kraftwerk 10) zu einem Verbraucher 11, 12, 13 liefern, wobei in der Lösung die Konzentration von H2O2 unterhalb der kritischen Konzentrationsgrenze liegt.In accordance with the invention, novel remote energy delivery systems 20 may be provided (see, eg, FIG. 1) which at least in part, the power lines replace. Such a remote energy delivery system 20 includes piping systems 14 that provide an aqueous solution of H 2 O 2 from an energy supplier (eg, a power plant 10) to a consumer 11, 12, 13, wherein in the solution the concentration of H 2 O 2 is below that critical concentration limit.
Besonders vorteilhaft ist eine Ankopplung dieses Fernenergielieferungssystems 20 an einen Kraftwerksbetrieb 10, in dem ein auf fossilen Brennstoffen basierender Kraftwerksprozess abläuft und wo aus dem Schwefel das H2O2 gewonnen wird. Das Fernenergielieferungssystem 20 kann auch an einen Kraftwerksbetrieb 10 gekoppelt werden, in dem ein auf einer kohlenwasserstoffhaltigen Siliziumdioxidverbindung basierender Kraftwerksprozess abläuft.Particularly advantageous is a coupling of this remote energy supply system 20 to a power plant operation 10, in which runs a based on fossil fuels power plant process and where from the sulfur, the H 2 O 2 is obtained. The remote energy delivery system 20 may also be coupled to a power plant operation 10 in which a hydroprocessing process based on a hydrocarbonaceous silica compound proceeds.
Vorzugsweise umfasst das Fernenergielieferungssystem 20 einen Reaktor 21 oder Ofen, der am Ort des Verbrauches 11, 12, 13 angeordnet ist und H2O2 aus der Lösung mit Silizium zur Reaktion bringt, um somit SiO2 und Wasser zu erzeugen, wobei diese Reaktion große Mengen Energie frei setzt. Das Silizium (vorzugsweise kommt hier pulverförmiges Silizium zum Einsatz) dient quasi als Katalysator, um das H2O2 Zu Wasser umzusetzen und um dabei Energie in Form von Wärme freizusetzen. Diese Wärme kann lokal zum Heizen eingesetzt werden, oder die Wärmeenergie kann verwendet werden um Strom zu erzeugen.Preferably, the remote energy delivery system 20 includes a reactor 21 or furnace located at the point of use 11, 12, 13 and reacting H 2 O 2 from the solution with silicon to produce SiO 2 and water, which reaction is large Sets energy free. The silicon (preferably powdered silicon is used here) serves as a kind of catalyst to convert the H 2 O 2 to water and thereby release energy in the form of heat. This heat can be used locally for heating, or the heat energy can be used to generate electricity.
Das Fernenergielieferungssystem 20 kann auch einen Katalysator umfassen, der am Ort des Verbrauches 11, 12, 13 angeordnet ist und das Abspalten von Wasserstoff und/oder Sauerstoff aus der Lösung katalytisch vollzieht. Das Fernenergielieferungssystem 20 kann auch so ausgelegt sein, dass beim Auftreten von Haarrissen, Defekten oder Rohrbrüchen des Leitungssystems 14 es zu einer Anreicherung der Lösung in der Wandung oder außerhalb desselben kommt, wobei die Lösung dort durch einen Polymerisierungsprozess (zum Beispiel mit PU) zu einer automatischen Abdichtung, Heilung oder Reparatur führt.The remote energy delivery system 20 may also include a catalyst located at the point of use 11, 12, 13 and catalytically eliminating hydrogen and / or oxygen from the solution. The remote energy supply system 20 may also be designed so that when the occurrence of hairline cracks, defects or pipe breaks of the conduit system 14 it comes to an accumulation of the solution in the wall or outside it, the solution there by a polymerization process (for example with PU) to a automatic sealing, healing or repair leads.
In Fig. 1 ist ein Reaktor 21 oder Ofen gezeigt, der z.B. bei einem Verbraucher 11, 12, 13 angeordnet sein kann. In dem Reaktor 21 oder Ofen kann eine Oxidation von Silizium, vorzugsweise Siliziumpulver, mit Wasserstoffperoxid statt finden. Bei dieser Reaktion entsteht Wasser, Wärme und Siliziumdioxid (Sand). Der Reaktor 21 oder Ofen kann so ausgestaltet sein, dass die Wärme zum Heizen eines Hauses bereitgestellt wird, was z.B. mittels eines Wärmetauschers geschehen kann. Die Wärme kann aber auch zum Erzeugen von Strom eingesetzt werden. Das Siliziumdioxid (Sand) kann aus dem Reaktor 21 oder Ofen entnommen und problemlos entsorgt werden. Das Siliziumdioxid (Sand) kann aber auch an einen Ort (z.B. in oder bei einem Kraftwerk) überführt werden, wo eine Reduktion zu Silizium statt findet. Dadurch ergibt sich ein Kreislauf.In Fig. 1 there is shown a reactor 21 or furnace, e.g. at a consumer 11, 12, 13 may be arranged. In the reactor 21 or furnace, oxidation of silicon, preferably silicon powder, can take place with hydrogen peroxide. This reaction produces water, heat and silica (sand). The reactor 21 or oven may be configured to provide the heat for heating a home, e.g. Can be done by means of a heat exchanger. The heat can also be used to generate electricity. The silica (sand) can be removed from the reactor 21 or oven and disposed of easily. However, the silica (sand) may also be transferred to a location (e.g., at or at a power plant) where reduction to silicon occurs. This results in a cycle.
Die Erfindung kann aber auch in einem Kraftwerksprozess eingesetzt werden, bei dem eine kohlenwasserstoffhaltige Siliziumdioxidverbindung (z.B. Ölsand, Ölschiefer, mit Siliziumdioxid verschmutztes Bauxit) in eine Brennzone erfolgt. Dann wird das Siliziumdioxid aus der kohlenwasserstoffhaltigen Siliziumdioxidverbindung mit flüssigem oder pulverförmigem Aluminium, oder mit Halogenverbindungen, in Silizium (Si2) und/oder in Silane umgewandelt. Dann erfolgt der Transport des Siliziums und/oder der Silane zu einem Verbraucher. Dort werden das Silizium und/oder die Silane als Energielieferant durch Oxidation mit Sauerstoff und/oder durch Nitrierung mit Stickstoff und/oder Karbonisierung mit Kohlenstoff eingesetzt. In diesem Fall wird also statt des Wasserstoffperoxids Silizium öder es werden Silane als Energielieferanten eingesetzt.However, the invention can also be used in a power plant process in which a hydrocarbon-containing silicon dioxide compound (eg, oil sands, oil shale, silica polluted bauxite) takes place in a combustion zone. Then, the silica is converted from the hydrocarbon-containing silica compound with liquid or powdery aluminum, or with halogen compounds, into silicon (Si 2 ) and / or silanes. Then, the transport of silicon and / or silanes to a Consumer. There, the silicon and / or silanes are used as an energy source by oxidation with oxygen and / or by nitration with nitrogen and / or carbonization with carbon. In this case, instead of the hydrogen peroxide, silicon or silanes are used as energy suppliers.
Gemäss Erfindung lassen sich auch Fahrzeuge mit einem neuartigen Hybridantrieb realisieren. Bei dieser Antriebsart wird Wasserstoff aus einem Silanöl (höherkettige Silizium-Wasserstoffverbindung) in einer Brennstoffzelle eingesetzt, die das Fahrzeug speist. Der durch die Brennstoffzelle erzeugteAccording to the invention, vehicles with a novel hybrid drive can also be realized. In this type of drive, hydrogen is used from a silane oil (higher-chain silicon-hydrogen compound) in a fuel cell that powers the vehicle. The generated by the fuel cell
Strom kann einen Elektromotor antreiben. Gleichzeitig oder alternativ dazu wird Abwärme aus einer Reaktion von Silizium mit Sauerstoff aus dem H2O2 in einer Reaktorzelle als weiterer Energielieferant des Fahrzeugs eingesetzt. Dieses H2O2 kann zum Beispiel zusammen mit dem Silanöl an einer Tankstelle aufgenommen werden. Zu diesem Zweck weist das Fahrzeug vorzugsweise zwei getrennte Tanks auf.Electricity can drive an electric motor. At the same time or alternatively, waste heat from a reaction of silicon with oxygen from the H 2 O 2 is used in a reactor cell as another energy supplier of the vehicle. This H 2 O 2 can be taken up together with the silane oil at a gas station, for example. For this purpose, the vehicle preferably has two separate tanks.
Die bisherigen großtechnischen Herstellungsmethoden für H2O2 sind sehr energieaufwendig und kostenintensiv. Der hierin präsentierte neue Ansatz kann als Basis für ein wesentlich ökonomischeres Verfahren zur Herstellung von H2O2 dienen. The previous large-scale production methods for H 2 O 2 are very energy-consuming and cost-intensive. The new approach presented herein may serve as the basis for a much more economical process for the production of H 2 O 2 .
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2007
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