[go: up one dir, main page]

WO2024227519A1 - Process and plant for producing a reaction product - Google Patents

Process and plant for producing a reaction product Download PDF

Info

Publication number
WO2024227519A1
WO2024227519A1 PCT/EP2024/025143 EP2024025143W WO2024227519A1 WO 2024227519 A1 WO2024227519 A1 WO 2024227519A1 EP 2024025143 W EP2024025143 W EP 2024025143W WO 2024227519 A1 WO2024227519 A1 WO 2024227519A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat
electrolysis
steam
heating system
water
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.)
Pending
Application number
PCT/EP2024/025143
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Andreas Peschel
Steffen Fahr
Harald Klein
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.)
Linde GmbH
Technische Universitaet Muenchen
Original Assignee
Linde GmbH
Technische Universitaet Muenchen
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 Linde GmbH, Technische Universitaet Muenchen filed Critical Linde GmbH
Publication of WO2024227519A1 publication Critical patent/WO2024227519A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01Products
    • C25B1/02Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01Products
    • C25B1/02Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • C25B1/042Hydrogen or oxygen by electrolysis of water by electrolysis of steam
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00Operating or servicing cells
    • C25B15/02Process control or regulation
    • C25B15/021Process control or regulation of heating or cooling
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00Operating or servicing cells
    • C25B15/08Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes
    • C25B15/081Supplying products to non-electrochemical reactors that are combined with the electrochemical cell, e.g. Sabatier reactor
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00Operating or servicing cells
    • C25B15/08Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes
    • C25B15/083Separating products
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00Operating or servicing cells
    • C25B15/08Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes
    • C25B15/085Removing impurities
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00Operating or servicing cells
    • C25B15/08Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes
    • C25B15/087Recycling of electrolyte to electrochemical cell

Definitions

  • the present invention relates to a process and a plant for producing a reaction product, in particular methanol.
  • methanol and its derivatives e.g. dimethyl ether, DME
  • synthesis gas which contains carbon monoxide and hydrogen
  • the reactants mentioned typically come from steam reforming or partial oxidation of carbon-containing (fossil) raw materials such as natural gas, liquid hydrocarbons or coal.
  • the first route can be described as the direct hydrogenation of carbon dioxide, where carbon dioxide is fed into the methanol synthesis cycle together with a hydrogen-containing co-feed.
  • the gross reaction that takes place in such a cycle can be described by the reaction equation (1) given below.
  • the second route involves carbon dioxide electrolysis or co-electrolysis, by means of which at least part of the carbon dioxide input is converted to carbon monoxide, which in turn is fed into a cycle similar to the conventional methanol synthesis cycle.
  • the overall reaction during the electrochemical conversion of carbon dioxide into carbon monoxide can be described by the reaction equation (2) given below.
  • the respective feed streams are combined and compressed to a pressure of typically 50-100 bar. Depending on the origin of the feed materials, the various feed streams can be compressed separately or after they have been combined.
  • a correspondingly formed total feed stream is combined with a recyclate stream, preheated and reacted in one or more catalyst beds.
  • the product stream formed is cooled, the liquid reaction products are at least partially condensed and removed from the circuit, and the gaseous reactants are at least partially transferred to the aforementioned recyclate stream.
  • the liquid reaction products are purified, typically in one or two distillation columns.
  • the present invention now has the object of improving corresponding processes, in particular for the production of methanol, and in particular of making them more flexible and/or more energy-efficient.
  • one or more heat pumps in combination with thermal energy storage to provide at least part of the heat required for the purification of methanol produced from carbon dioxide or other process products.
  • the heat pump(s) is/are used to increase the temperature level of the heat so that it corresponds to the temperature level required by a purification plant used.
  • the storage of thermal energy makes it possible to increase the operational flexibility of the plant despite a high degree of heat integration.
  • the present invention and its embodiments are described using the example of methanol synthesis.
  • the invention and its embodiments are equally suitable for use in connection with other processes, in particular in the form of so-called "power-to-liquids" processes, which require corresponding product preparation at temperatures above ambient temperature, for example the production of dimethyl ether and Fischer-Tropsch syntheses with on-site processing (distillation) of the correspondingly obtained crude products.
  • process reactants in particular hydrogen
  • electrolysis electrolysis
  • an aqueous alkaline solution typically potassium hydroxide
  • AEL alkaline electrolysis
  • the electrolysis with a uni- or bipolar electrode arrangement takes place at atmospheric pressure or on an industrial scale, even significantly higher.
  • Newer developments in water electrolysis include the use of proton-conducting ion exchange membranes (SPE, Solid Polymer Electrolysis; PEM, Proton Exchange Membranes), in which the water to be electrolyzed is provided on the anode side.
  • Electrolysis technologies using an anion exchange membrane AEM, Anion Exchange Membrane are also used.
  • the water electrolysis processes mentioned so far are low-temperature processes in which the water to be electrolyzed is in the liquid phase.
  • so-called steam electrolysis is also used, which can also be carried out with alkaline electrolytes (i.e. as AEL) with adapted membranes, for example polysulfone membranes, and using solid oxide electrolysis cells (SOEC).
  • AEL alkaline electrolytes
  • SOEC solid oxide electrolysis cells
  • the latter include in particular doped zirconium dioxide or oxides of other rare earths, which become conductive at higher temperatures.
  • Corresponding processes are also referred to below as high-temperature electrolysis.
  • electrolysis is intended to encompass all of these processes.
  • Low-temperature electrolysis PEM, AEL, AEM
  • All processes can be used within the scope of the present invention and corresponding embodiments, also in combination.
  • Industrial heat pumps make it possible to increase the temperature level of a heat flow. Their operating principle is to transfer heat from a heat source to a working medium at a low temperature level, increase the pressure of the working medium, and then release the heat to a heat sink at a higher temperature level. The pressure increase can be achieved, for example, by an electrically driven compressor.
  • the working fluid is often evaporated at the low temperature level and condensed at the high temperature level, but this is not absolutely necessary according to the general operating principle.
  • Heat pumps are currently most commonly used for hot water preparation, e.g. in the field of building heating. Given the acute need to decarbonize the process industry, heat pumps are also increasingly being considered for use in the chemical industry. Since steam is the most common heating medium in the chemical industry, heat pumps have been developed that generate steam. The steam generated by indirect heat transfer with the heat pump's working medium can be used directly or further processed, e.g. by steam compression.
  • a methanol-rich gaseous overhead product can be compressed and condensed against the evaporator of the same column.
  • Renewable energy sources such as wind and sun cannot be planned or are difficult to plan in terms of their availability, i.e. their availability fluctuates over time.
  • the energy can be stored, e.g. in the form of electrochemical, chemical or thermal energy.
  • Storing electrochemical energy, e.g. in batteries, is efficient but costly.
  • Storing chemical energy requires carrying out a chemical reaction and is often lossy and slow to provide.
  • thermal energy on the other hand, is comparatively cheap and flexible. Its disadvantage is that thermal energy cannot be easily converted into other forms of energy, such as electrical energy, with high efficiency.
  • a simple and inexpensive way of storing thermal energy is to store sensible heat or thermal energy in cement. The storage is charged by heating cement with steam and discharged by using the heat stored in the cement to boil water and generate steam. Storing latent heat or thermal energy, on the other hand, is more expensive, but has the advantage of maintaining a constant temperature level.
  • Embodiments of the present invention enable a particularly advantageous storage of thermal energy.
  • the upgrading of methanol from a methanol synthesis can have a significant
  • the primary energy source for methanol production using electrochemically generated hydrogen and/or carbon monoxide is electricity, the availability of which can fluctuate over time, especially when using renewable energy sources such as wind and solar.
  • Electrochemical processes such as electrolysis using proton exchange membranes (PEM) allow for extremely flexible operation.
  • PEM proton exchange membranes
  • large-scale chemical processes such as methanol synthesis have much slower dynamics.
  • a high degree of heat integration usually exacerbates this problem. For example, it makes commissioning a corresponding plant much more difficult. This problem is also solved by using the present invention.
  • hydrogen is provided using water electrolysis, the hydrogen or a portion thereof being subjected to an exothermic reaction with carbon dioxide to release heat and obtain a product mixture containing the process product, the product mixture or a portion thereof being subjected to distillation using one or more distillation columns, and the one or at least one of the several distillation columns being heated using heat.
  • a heating system which comprises one or more heat pumps and one or more heat storage units, and to which heat generated in the process is supplied.
  • the heat released in the exothermic reaction can be used in a first part to generate steam in a steam system and a second part can be dissipated downstream in one or more process gas heat exchangers.
  • the heat components are generated at different temperature levels and can be used in a targeted manner.
  • the heat generated in the process that is supplied to the heating system can in particular comprise at least a portion of the heat that is dissipated in the one or more process gas heat exchangers.
  • Corresponding heat generated at a lower temperature level can advantageously be raised to a higher temperature level, in particular by means of the heat pump(s), in order to be able to use and/or store it.
  • the water electrolysis can be carried out as low-temperature electrolysis or can comprise low-temperature electrolysis. As explained above, this enables particularly flexible operation and has no additional heat requirements.
  • low-temperature electrolysis can be any low-temperature electrolysis.
  • electrolysis water can be supplied to the low-temperature electrolysis, from which heat is extracted in an electrolysis water heat exchanger, wherein the heat generated in the process, which is supplied to the heating system, comprises at least a portion of the heat extracted from the electrolysis water in the electrolysis water heat exchanger.
  • the heat generated in the process, which is fed to the heating system can in particular comprise heat from the steam generated in the steam system in the case of low-temperature electrolysis.
  • This heat can in particular be generated without raising the temperature level by means of the heat pump(s) and can be fed directly into the heat storage unit or used appropriately.
  • the water electrolysis can be carried out as high-temperature electrolysis or can include high-temperature electrolysis. As mentioned, this requires additional heat in particular.
  • the high-temperature electrolysis can be carried out in particular as solid oxide electrolysis.
  • a hydrogen-rich stream can be taken from the high-temperature electrolysis and subjected to compression with the release of compression heat, whereby the heat generated in the process, which is fed to the heating system, can comprise at least part of the compression heat.
  • This heat can also be brought to a suitable temperature level by means of the heat pump(s).
  • the high-temperature electrolysis can be carried out in particular using heat which comprises heat of the steam generated in the steam system or a part thereof, wherein the heat generated in the process which is supplied to the heating system comprises only a part or none of the Heat of the steam generated in the steam system. In this way, this heat can be used in a particularly targeted manner.
  • the heating system can be operated using steam compression and/or electric heating, with reference to the explanations below for further details.
  • methanol in particular can be produced as the process product in the process.
  • Other processes and the process products produced thereby are explained above.
  • the proposed plant for producing a process product is designed to provide hydrogen using water electrolysis, to subject the hydrogen or a portion thereof to an exothermic reaction with carbon dioxide to release heat and obtain a product mixture containing the process product, to subject the product mixture or a portion thereof to distillation using one or more distillation columns, and to heat the one or at least one of the several distillation columns using heat.
  • the proposed plant comprises a heating system with one or more heat pumps and one or more heat storage units and is designed to provide at least part of the heat using the heating system and to supply heat generated in the process to the heating system.
  • Figure 1 illustrates a method according to an embodiment of the invention
  • Figure 2 illustrates a method according to an embodiment of the invention.
  • Different embodiments of the invention may include, have, consist of, or consist essentially of other useful combinations of the described elements, components, features, parts, steps, means, etc., even if such combinations are not specifically described herein.
  • thermo energy storage devices it is proposed to use heat pumps in combination with thermal energy storage devices to provide at least part of the heat required for the purification of one or more liquid components produced in a methanol reactor, but the present invention is not limited to methanol synthesis or certain electrolysis processes.
  • Figure 1 shows a process for producing methanol according to an embodiment of the present invention.
  • the process shown, designated 100 in total, can be understood as a so-called "power-to-methanol” process. It works on the basis of PEM electrolysis.
  • a water stream 1 is fed to a first purification stage 101, then combined with a recyclate stream 2, cooled in a heat exchanger referred to here for the sake of clarity as an electrolysis water heat exchanger 102, further purified in a second purification stage 103 and fed to the PEM electrolysis 104, i.e. a corresponding electrolysis stack of a known type.
  • a cathode stream 3 taken from the PEM electrolysis 104 is phase-separated in a phase separator 105 to obtain a hydrogen-rich gas stream 4, which is subjected to a hydrogen purification 106 and then compressed to a suitable pressure level using a compressor 107 to obtain a corresponding compressed gas stream 5.
  • An anode stream 6 taken from the PEM electrolysis stack is phase-separated in a phase separator 108 to obtain an oxygen-rich gas stream 7, wherein, as shown in the form of a dash-dotted line, a portion of this can be fed to a carbon dioxide purification unit 109 supplied with a carbon dioxide stream 9 and the remainder can be used for other purposes or blown off.
  • the aqueous liquid phases separated in the phase separators 105 and 108 can be combined to form the recyclate stream 2 and transported back to the point of union with the water stream 1 by means of a pump 110.
  • a carbon dioxide stream 10 purified in the carbon dioxide purification unit 109 is combined downstream of the compressor 107 with the hydrogen-rich stream 5 to form a collecting stream 11 to which a recyclate stream 12 is fed, thereby forming a reaction feed stream 13.
  • the reaction feed stream 13 is heated in a feed effluent heat exchanger 111 and a heater 112 and fed into a tempered methanol reactor 113.
  • a product stream 32 withdrawn from the methanol reactor 113 which may contain methanol, water, fusel oils and unreacted reactants, is passed through the feed effluent heat exchanger 111, then cooled in a heat exchanger 114 and in coolers of any type, referred to below essentially for the sake of clarity as process gas coolers 115 and 116, and then fed into a phase separator 117, in which methanol, water and the fusel oils as well as a portion of the unreacted reactants separate into the liquid phase and a further portion of the unreacted reactants remain in the gas phase.
  • a corresponding gas stream 14 is withdrawn from the top of the phase separator 117, which - minus a flushing or purge gas stream 15 to remove inert components and to prevent their accumulation - is compressed by means of a compressor 118 and used as the recyclate stream 12.
  • a liquid stream 16 with the mentioned components is withdrawn from the bottom of the phase separator 117 and is expanded into a further phase separator 120 by means of a valve 119. Due to the expansion (flashing), some of the components dissolved in the liquid phase pass into the gas phase.
  • a gas stream 17 is withdrawn from the top of the phase separator 120 and is combined with another gas stream 18 to form an off-gas stream 19.
  • a liquid stream 20 is withdrawn from the bottom of the phase separator 120 and fed by means of a valve 121 into a distillation column 122 which is connected to a top condenser 123 and a bottom evaporator 124 in a manner known per se from distillation or rectification technology.
  • a methanol stream 21 and a fusel oil stream 22 as well as a waste water stream 23 are withdrawn from the distillation column 122 via corresponding side withdrawals.
  • the dotted lines in Figure 1 represent the possible heat sources that can be used to operate the bottom evaporator 124 of the distillation column 122.
  • a heat pump 201 which is in exchange with a heat storage unit 202, and an electric heater 203 are provided.
  • a corresponding system is referred to here as a heating system and is indicated with the reference number 210.
  • a steam system is indicated with 204.
  • the steam system 204 is designed in particular to remove heat from the heat exchanger 114 via corresponding water or steam streams 24 and to feed it in any form, as shown by line 25, into the system comprising the heat pump 201 and the heat storage unit 202.
  • FIG. 1 shows a process for producing methanol according to a further embodiment of the present invention.
  • the process shown is designated as a whole by 200.
  • the process shown here can also be understood as a so-called "power-to-methanol" process. In contrast to the process 100, it works on the basis of high-temperature electrolysis 150.
  • the high-temperature electrolysis 150 already contains the so-called "balance of plant", i.e. water purification, a phase separator and water circuit (at least on the cathode side) and heat integration (e.g. with preheater, evaporator and superheater).
  • the high-temperature electrolysis 150 is thus shown here as a black box.
  • a hydrogen-rich stream formed in the high-temperature electrolysis 150 is partially compressed using a compressor 107a to form a partially compressed hydrogen-rich stream 4, which is then fed to a hydrogen purification plant as designated above with 106.
  • a hydrogen stream obtained there in a purified form is finally compressed in a compressor 107b, whereby a hydrogen stream can be obtained which can essentially correspond to the hydrogen stream 5 according to Figure 1 in terms of composition, pressure and/or temperature and is therefore also designated with 5 in Figure 2.
  • the hydrogen stream 5 and a carbon dioxide stream 10 from a carbon dioxide purification unit 109, which is supplied here with an externally provided oxygen stream 8, can also be combined here to form a collective stream 11, which can be further processed in the same, essentially the same or comparable manner as explained for Figure 1. Reference is made to the above explanations.
  • heat 26a dissipated in the compressor 107a in particular can be used in the system comprising heat pump 201 and heat storage unit 202.
  • a portion 25a of the heat from the steam system 204 can be used in the high-temperature electrolysis 150.
  • the heat storage unit 202 is filled, as illustrated by arrow 31, in particular with excess heat 25 from the reactor 113 and not with excess heat 26-28 or 26a from another source, since this heat 25 is readily available at a higher temperature level.
  • the steam 24 generated by means of the reactor heat 25 can also be thermally upgraded for this purpose by using electricity or by combustion of exhaust gases.
  • the heat storage unit 202 can also be charged with heat 29 from the electric heater 203, for example when electricity is available in high quantities.
  • steam compression can be used to couple the top condenser 123 and bottom evaporator 124 of the distillation column 122. Since no additional steam is generated in this case, the heat storage unit 202 will then advantageously be charged with steam 24 from the steam system 204.
  • steam-generating heat pumps 201 can generate steam at a pressure suitable for the high-temperature electrolysis 150. Since the high-temperature electrolysis 150 takes place at lower pressures than the PEM electrolysis 104, the multi-stage arrangement of the compressors 107a and 107b is used. The heat from the intercoolers (not shown separately) can be used for the sump evaporator 124 after being upgraded with the heat pump 201. When discharging the heat storage unit 202, provision can be made in particular to use the heat released for the heat consumer with the lowest temperature, ie for the sump evaporator 124.
  • the steam extracted from the heat storage unit 202 may be upgraded with the steam compressor (not illustrated) of the heat pump 201, if present.
  • the steam compressor may be operated closer to its optimal operating point by the additional supply of low quality steam from the heat storage unit 202.
  • Table 1 below shows the steady state heat flows for a specific plant configuration at full load.
  • the heat supplied to the sump evaporator 124 is a combination of heat from the heat source and from the heat pump 201 used electricity, whereby the ratio depends in particular on a coefficient of performance (COP) of the heat pump 201.
  • COP coefficient of performance
  • the cases with steam compression are particularly advantageous. It should be noted that in both cases of steam compression at least part of the heat comes from the reactor 113 and/or the electric heater 203, i.e. this heat can be stored and/or provided flexibly.
  • the discrepancy between vapor compression and cycle heat pumps is greater, since a heat pump 201 that uses the heat from the compressor 107a or the process gas, i.e. the process gas coolers 115, 116, is not sufficient to supply enough heat for the sump evaporator 124, and therefore an electric heater 203 may have to be used.
  • a particular advantage of the invention and its embodiments is that the temporary decoupling of the heat integration enables the decoupling of the column load from the total load for the process. This is particularly advantageous for the supply of green hydrogen.
  • the invention enables the operation of the distillation column 122 with a lower load while the rest of the process operates with a high load, and with a higher load while the rest of the process operates with a low load.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

What is proposed is a process (100, 200) for producing a process product, wherein hydrogen is provided using a water electrolysis (104, 150), wherein the hydrogen or a portion thereof is subjected to an exothermic reaction with carbon dioxide to liberate heat and obtain a product mixture containing the process product, wherein the product mixture or a portion thereof is subjected to a distillation using one or more distillation columns (122) and wherein the one or at least one of the two or more distillation columns (122) is heated using heat. It is envisaged here that at least a portion of the heat is provided using a heating system (210) comprising one or more heat pumps (201) and one or more heat storage units (202), which is supplied with the heat generated in the process. The present invention also provides a corresponding plant.

Description

Beschreibung Description

Verfahren und Anlage zur Herstellung eines Reaktionsprodukts Process and plant for producing a reaction product

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung eines Reaktionsprodukts, insbesondere von Methanol. The present invention relates to a process and a plant for producing a reaction product, in particular methanol.

Hintergrund background

Derzeit basiert die Herstellung von Methanol und seinen Derivaten (z.B. Dimethylether, DME) meist auf der Reaktion von Synthesegas, das Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthält, in einem sogenannten Methanolsynthesekreislauf. Die erwähnten Edukte stammen dabei in herkömmlichen Verfahren typischerweise aus der Dampfreformierung oder partiellen Oxidation von kohlenstoffhaltigen (fossilen) Rohstoffen wie Erdgas, flüssigen Kohlenwasserstoffen oder Kohle. Currently, the production of methanol and its derivatives (e.g. dimethyl ether, DME) is mostly based on the reaction of synthesis gas, which contains carbon monoxide and hydrogen, in a so-called methanol synthesis cycle. In conventional processes, the reactants mentioned typically come from steam reforming or partial oxidation of carbon-containing (fossil) raw materials such as natural gas, liquid hydrocarbons or coal.

Um das Ausmaß des globalen Klimawandels durch Kohlendioxidemissionen zu begrenzen, wurde die Nutzung von Kohlendioxid als Kohlenstoffquelle für die Methanolproduktion vorgeschlagen. Für die Methanolproduktion aus Kohlendioxid lassen sich dabei im Wesentlichen zwei Hauptwege unterscheiden: In order to limit the extent of global climate change caused by carbon dioxide emissions, the use of carbon dioxide as a carbon source for methanol production has been proposed. There are essentially two main routes for methanol production from carbon dioxide:

Der erste Weg kann als direkte Hydrierung von Kohlendioxid beschrieben werden, wobei Kohlendioxid zusammen mit einer wasserstoffhaltigen Coeinspeisung dem Methanolsynthesekreislauf zugeführt wird. Die Bruttoreaktion, die in einem solchen Kreislauf stattfindet, kann mit der nachfolgend angegeben Reaktionsgleichung (1 ) beschrieben werden. The first route can be described as the direct hydrogenation of carbon dioxide, where carbon dioxide is fed into the methanol synthesis cycle together with a hydrogen-containing co-feed. The gross reaction that takes place in such a cycle can be described by the reaction equation (1) given below.

CO2 + 3 H2 CH3OH + H2O (1 ) CO 2 + 3 H 2 CH 3 OH + H 2 O (1 )

Der zweite Weg umfasst eine Kohlendioxidelektrolyse oder eine Coelektrolyse, mittels derer zumindest ein Teil des Kohlendioxideinsatzes zu Kohlenmonoxid umgewandelt wird, welches dann seinerseits einem Kreislauf zugeführt wird, der dem herkömmlichen Methanolsynthesekreislauf ähnelt. Die Bruttoreaktion bei der elektrochemischen Umwandlung von Kohlendioxid in Kohlenmonoxid kann mit der nachfolgend angegebenen Reaktionsgleichung (2) beschrieben werden. The second route involves carbon dioxide electrolysis or co-electrolysis, by means of which at least part of the carbon dioxide input is converted to carbon monoxide, which in turn is fed into a cycle similar to the conventional methanol synthesis cycle. The overall reaction during the electrochemical conversion of carbon dioxide into carbon monoxide can be described by the reaction equation (2) given below.

CO + 2 H2 — > CH3OH (2) CO + 2 H 2 — > CH 3 OH (2)

Unabhängig davon, ob die direkte Hydrierung von Kohlendioxid gemäß Reaktionsgleichung (1 ) oder ein auf Kohlenmonoxid basierendes Verfahren gemäß Reaktionsgleichung (2) verwendet wird, kann die allgemeine Ausgestaltung eines entsprechenden Kreislaufs wie folgt beschrieben werden: Regardless of whether the direct hydrogenation of carbon dioxide according to reaction equation (1) or a carbon monoxide-based process according to reaction equation (2) is used, the general design of a corresponding cycle can be described as follows:

Die jeweiligen Einsatzströme werden zusammengeführt und auf einen Druck von typischerweise 50-100 bar verdichtet. Je nach Herkunft der Einsatzstoffe können die verschiedenen Einsatzströme dabei separat oder nach der Zusammenführung verdichtet werden. Ein entsprechend gebildeter Gesamteinsatzstrom wird mit einem Rezyklatstrom vereinigt, vorgewärmt, und in einem oder mehreren Katalysatorbetten zur Reaktion gebracht. Der gebildete Produktstrom wird abgekühlt, die flüssigen Reaktionsprodukte werden zumindest teilweise kondensiert und aus dem Kreislauf entfernt, und die gasförmigen Reaktanten werden zumindest teilweise in den erwähnten Rezyklatstrom überführt. Die flüssigen Reaktionsprodukte werden aufgereinigt, typischerweise in einer oder zwei Destillationskolonnen. The respective feed streams are combined and compressed to a pressure of typically 50-100 bar. Depending on the origin of the feed materials, the various feed streams can be compressed separately or after they have been combined. A correspondingly formed total feed stream is combined with a recyclate stream, preheated and reacted in one or more catalyst beds. The product stream formed is cooled, the liquid reaction products are at least partially condensed and removed from the circuit, and the gaseous reactants are at least partially transferred to the aforementioned recyclate stream. The liquid reaction products are purified, typically in one or two distillation columns.

Wenngleich die vorliegende Erfindung nachfolgend überwiegend unter Bezugnahme auf die Methanolsynthese beschrieben wird und diese einen besonders vorteilhaften Anwendungsbereich der Erfindung und ihrer Ausgestaltungen darstellen kann, eignen sich die vorliegende Erfindung ihre Ausgestaltungen nicht nur hierfür, sondern grundsätzlich auch für andere Verfahren, in denen sich die unten erläuterten Vorteile der Erfindung und ihrer Ausgestaltungen entfalten können. Beispiele für entsprechende Verfahren sind unten erwähnt und umfassen grundsätzlich alle Verfahren, in denen eine Destillation flüssiger Reaktionsprodukte bei einer Temperatur oberhalb der Umgebungstemperatur vorgenommen wird. Although the present invention is described below predominantly with reference to methanol synthesis and this can represent a particularly advantageous field of application of the invention and its embodiments, the present invention and its embodiments are not only suitable for this, but in principle also for other processes in which the advantages of the invention and its embodiments explained below can unfold. Examples of corresponding processes are mentioned below and basically include all processes in which a distillation of liquid reaction products is carried out at a temperature above the ambient temperature.

Die vorliegende Erfindung stellt sich nunmehr die Aufgabe, entsprechende Verfahren, insbesondere zur Herstellung von Methanol, zu verbessern und insbesondere flexibler und/oder energieeffizienter auszugestalten. Offenbarung der Erfindung The present invention now has the object of improving corresponding processes, in particular for the production of methanol, and in particular of making them more flexible and/or more energy-efficient. disclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung eines Verfahrensprodukts mit den jeweiligen Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und der nachfolgenden Beschreibung. Against this background, a method and a system for producing a process product with the respective features of the independent patent claims are proposed. Embodiments are the subject of the dependent patent claims and the following description.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, eine oder mehrere Wärmepumpen in Kombination mit einer Speicherung thermischer Energie zu verwenden, um zumindest einen Teil der Wärme bereitzustellen, die für die Reinigung von aus Kohlendioxid hergestelltem Methanol oder anderen Verfahrensprodukten erforderlich ist. Die Wärmepumpe(n) wird bzw. werden eingesetzt, um das Temperaturniveau der Wärme zu erhöhen, so dass es dem Temperaturniveau entspricht, das von einer verwendeten Reinigungsanlage benötigt wird. Die Speicherung der thermischer Energie ermöglicht es, die betriebliche Flexibilität der Anlage trotz eines hohen Grades der Wärmeintegration zu erhöhen. Within the scope of the present invention, it is proposed to use one or more heat pumps in combination with thermal energy storage to provide at least part of the heat required for the purification of methanol produced from carbon dioxide or other process products. The heat pump(s) is/are used to increase the temperature level of the heat so that it corresponds to the temperature level required by a purification plant used. The storage of thermal energy makes it possible to increase the operational flexibility of the plant despite a high degree of heat integration.

Wie erwähnt, wird die vorliegende Erfindung und ihre Ausgestaltungen am Beispiel der Methanolsynthese beschrieben. Die Erfindung und ihre Ausgestaltungen eignen sich jedoch in gleicher Weise für die Verwendung im Zusammenhang mit anderen Verfahren, insbesondere in Form sogenannter „Power-to-Liquids“-Prozesse, die eine entsprechende Produktaufbereitung bei Temperaturen oberhalb der Umgebungstemperatur erfordern, beispielsweise die Herstellung von Dimethylether und Fischer-Tropsch-Synthesen mit Vor-Ort-Verarbeitung (Destillation) der entsprechend erhaltenen Rohprodukte. As mentioned, the present invention and its embodiments are described using the example of methanol synthesis. However, the invention and its embodiments are equally suitable for use in connection with other processes, in particular in the form of so-called "power-to-liquids" processes, which require corresponding product preparation at temperatures above ambient temperature, for example the production of dimethyl ether and Fischer-Tropsch syntheses with on-site processing (distillation) of the correspondingly obtained crude products.

In entsprechenden Verfahren werden Verfahrensedukte, insbesondere Wasserstoff, vorteilhafterweise mittels elektrischer Energie, d.h. insbesondere mittels Elektrolyse, bereitgestellt, so dass nachfolgend kurz auf die Grundlagen entsprechender Elektrolyseverfahren eingegangen werden soll. In corresponding processes, process reactants, in particular hydrogen, are advantageously provided by means of electrical energy, i.e. in particular by means of electrolysis, so that the basics of corresponding electrolysis processes will be briefly discussed below.

Bei der klassischen Wasserelektrolyse wird eine wässrige alkalische Lösung, typischerweise von Kaliumhydroxid, als Elektrolyt verwendet (AEL, Alkalische Elektrolyse). Die Elektrolyse mit einer uni- oder bipolaren Elektrodenanordnung erfolgt dabei bei Atmosphärendruck oder im industriellen Maßstab auch deutlich darüber. Neuere Entwicklungen bei der Wasserelektrolyse umfassen die Verwendung von protonenleitenden lonenaustauschmembranen (SPE, Solid Polymer Electrolysis; PEM, Proton Exchange Membranes), bei der das zu elektrolysierende Wasser an der Anodenseite bereitgestellt wird. Auch Elektrolysetechnologien unter Verwendung eines Anionenaustauschermembran (AEM, Anion Exchange Membrane) werden eingesetzt. In classical water electrolysis, an aqueous alkaline solution, typically potassium hydroxide, is used as the electrolyte (AEL, alkaline electrolysis). The electrolysis with a uni- or bipolar electrode arrangement takes place at atmospheric pressure or on an industrial scale, even significantly higher. Newer developments in water electrolysis include the use of proton-conducting ion exchange membranes (SPE, Solid Polymer Electrolysis; PEM, Proton Exchange Membranes), in which the water to be electrolyzed is provided on the anode side. Electrolysis technologies using an anion exchange membrane (AEM, Anion Exchange Membrane) are also used.

Die bisher genannten Verfahren der Wasserelektrolyse zählen zu den Niedertemperaturverfahren, bei denen das zu elektrolysierende Wasser in der Flüssigphase vorliegt. Daneben wird auch die sogenannte Dampfelektrolyse eingesetzt, die ebenfalls mit alkalischen Elektrolyten (also als AEL) mit angepassten Membranen, beispielsweise Polysulfonmembranen, sowie unter Verwendung von Festoxidelektrolysezellen (SOEC, Solid Oxide Electrolysis Cells) durchgeführt werden können. Letztere umfassen insbesondere dotiertes Zirkondioxid oder Oxide anderer seltener Erden, die bei mehr hohen Temperaturen leitfähig werden. Entsprechende Verfahren werden nachfolgend auch als Hochtemperaturelektrolyse bezeichnet. The water electrolysis processes mentioned so far are low-temperature processes in which the water to be electrolyzed is in the liquid phase. In addition, so-called steam electrolysis is also used, which can also be carried out with alkaline electrolytes (i.e. as AEL) with adapted membranes, for example polysulfone membranes, and using solid oxide electrolysis cells (SOEC). The latter include in particular doped zirconium dioxide or oxides of other rare earths, which become conductive at higher temperatures. Corresponding processes are also referred to below as high-temperature electrolysis.

Der Begriff der Elektrolyse soll nachfolgend sämtliche dieser Verfahren umfassen. Insbesondere die Niedertemperaturelektrolyse (PEM, AEL, AEM) eignet sich für einen flexiblen Betrieb, der den Energieübergang zu erneuerbaren Energien unterstützt. Sämtliche Verfahren können im Rahmen der vorliegenden Erfindung und entsprechender Ausgestaltungen, auch in Kombination, eingesetzt werden. The term electrolysis is intended to encompass all of these processes. Low-temperature electrolysis (PEM, AEL, AEM) in particular is suitable for flexible operation that supports the energy transition to renewable energies. All processes can be used within the scope of the present invention and corresponding embodiments, also in combination.

Industrielle Wärmepumpen ermöglichen die Erhöhung des Temperaturniveaus eines Wärmestroms. Ihr Funktionsprinzip besteht darin, Wärme von einer Wärmequelle auf ein Arbeitsmedium auf einem niedrigen Temperaturniveau zu übertragen, den Druck des Arbeitsmediums zu erhöhen, und dann die Wärme auf einem höheren Temperaturniveau an eine Wärmesenke abzugeben. Die Druckerhöhung kann z.B. durch einen elektrisch angetriebenen Verdichter erfolgen. Oft wird die Arbeitsflüssigkeit auf dem niedrigen Temperaturniveau verdampft und auf dem hohen Temperaturniveau kondensiert, was aber nach dem allgemeinen Funktionsprinzip nicht unbedingt erforderlich ist. Am häufigsten werden Wärmepumpen derzeit für die Warmwasserbereitung eingesetzt, z.B. im Bereich der Gebäudeheizung. Angesichts der akuten Notwendigkeit, die Prozessindustrie zu dekarbonisieren, werden Wärmepumpen auch zunehmend für den Einsatz in der chemischen Industrie in Betracht gezogen. Da Dampf das häufigste Heizmedium in der chemischen Industrie darstellt, wurden Wärmepumpen entwickelt, die Dampf erzeugen. Der durch indirekte Wärmeübertragung mit dem Arbeitsmedium der Wärmepumpe erzeugte Dampf kann direkt genutzt oder weiter aufbereitet werden, z.B. durch eine Dampfverdichtung. Industrial heat pumps make it possible to increase the temperature level of a heat flow. Their operating principle is to transfer heat from a heat source to a working medium at a low temperature level, increase the pressure of the working medium, and then release the heat to a heat sink at a higher temperature level. The pressure increase can be achieved, for example, by an electrically driven compressor. The working fluid is often evaporated at the low temperature level and condensed at the high temperature level, but this is not absolutely necessary according to the general operating principle. Heat pumps are currently most commonly used for hot water preparation, e.g. in the field of building heating. Given the acute need to decarbonize the process industry, heat pumps are also increasingly being considered for use in the chemical industry. Since steam is the most common heating medium in the chemical industry, heat pumps have been developed that generate steam. The steam generated by indirect heat transfer with the heat pump's working medium can be used directly or further processed, e.g. by steam compression.

Speziell bei Destillationskolonnen kann ein methanolreiches, gasförmiges Kopfprodukt verdichtet und gegen den Verdampfer derselben Kolonne kondensiert werden. Obwohl es sich hierbei nicht um einen geschlossenen Wärmepumpenkreislauf handelt, wie er zuvor beschrieben wurde, folgt das Vorgehen dem gleichen allgemeinen Prinzip. Especially in distillation columns, a methanol-rich gaseous overhead product can be compressed and condensed against the evaporator of the same column. Although this is not a closed heat pump cycle as previously described, the procedure follows the same general principle.

Erneuerbare Energiequellen wie Wind und Sonne sind hinsichtlich ihrer Verfügbarkeit nicht oder nur schwer planbar, d.h. ihre Verfügbarkeit schwankt im Laufe der Zeit. Um sicherzustellen, dass die Energie bei Bedarf verfügbar ist, kann sie gespeichert werden, z.B. in Form von elektrochemischer, chemischer oder thermischer Energie. Die Speicherung von elektrochemischer Energie, z.B. in Batterien, ist effizient, aber kostenintensiv. Die Speicherung chemischer Energie erfordert die Durchführung einer chemischen Reaktion und ist oft verlustbehaftet und langsam in der Bereitstellung. Renewable energy sources such as wind and sun cannot be planned or are difficult to plan in terms of their availability, i.e. their availability fluctuates over time. To ensure that the energy is available when needed, it can be stored, e.g. in the form of electrochemical, chemical or thermal energy. Storing electrochemical energy, e.g. in batteries, is efficient but costly. Storing chemical energy requires carrying out a chemical reaction and is often lossy and slow to provide.

Die Speicherung thermischer Energie ist dagegen vergleichsweise günstig und flexibel. Ihr Nachteil besteht herkömmlicherweise darin, dass thermische Energie nicht ohne weiteres mit hohem Wirkungsgrad in andere Energieformen, z.B. elektrische Energie, umgewandelt werden kann. Eine einfache und kostengünstig herzustellende Form der Speicherung thermischer Energie ist die Speicherung sensibler Wärme bzw. thermischer Energie in Zement. Der Speicher wird hierbei geladen, indem Zement mit Dampf erhitzt wird, und entladen, indem die im Zement gespeicherte Wärme genutzt wird, um Wasser zum Sieden zu bringen und entsprechend Dampf zu erzeugen. Die Speicherung latenter Wärme bzw. thermischer Energie ist demgegenüber teurer, besitzt aber den Vorteil, dass ein konstantes Temperaturniveau vorliegt. Storing thermal energy, on the other hand, is comparatively cheap and flexible. Its disadvantage is that thermal energy cannot be easily converted into other forms of energy, such as electrical energy, with high efficiency. A simple and inexpensive way of storing thermal energy is to store sensible heat or thermal energy in cement. The storage is charged by heating cement with steam and discharged by using the heat stored in the cement to boil water and generate steam. Storing latent heat or thermal energy, on the other hand, is more expensive, but has the advantage of maintaining a constant temperature level.

Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ermöglichen eine besonders vorteilhafte Speicherung thermischer Energie. Embodiments of the present invention enable a particularly advantageous storage of thermal energy.

Die Aufbereitung von Methanol aus einer Methanolsynthese kann eine erheblicheThe upgrading of methanol from a methanol synthesis can have a significant

Menge an Wärme erfordern. Die direkte Hydrierung von Kohlendioxid ist aufgrund der geringeren Bildung von Nebenprodukten und der höheren Ausgereiftheit der Wasserelektrolyse im Vergleich zur Kohlendioxidelektrolyse besonders attraktiv. Dieser Weg führt jedoch zu einer weniger exothermen Reaktion als der konventionelle Weg und zu einem höheren Wasseranteil in der Flüssigkeit, die aus dem Synthesekreislauf ausgeschleust wird. Daher benötigt die Reinigungseinheit mehr Wärme für den Betrieb, hat aber weniger Wärme aus der Reaktion zur Verfügung. Wird in diesem Zusammenhang eine Hochtemperaturelektrolyse zur Bereitstellung des Edukts Wasserstoff verwendet, erhöht sich der Wärmebedarf weiter. Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung lösen dieses Problem durch den Einsatz von Wärmepumpen. The direct hydrogenation of carbon dioxide is not possible due to the The lower formation of by-products and the higher level of sophistication of water electrolysis compared to carbon dioxide electrolysis make this method particularly attractive. However, this method results in a less exothermic reaction than the conventional method and in a higher proportion of water in the liquid that is discharged from the synthesis circuit. The cleaning unit therefore requires more heat to operate, but has less heat available from the reaction. If high-temperature electrolysis is used in this context to provide the hydrogen reactant, the heat requirement increases further. Embodiments of the present invention solve this problem by using heat pumps.

Der Einsatz von Wärmepumpen zur Anhebung des Temperaturniveaus von Wärme, die aus Teilen des Prozesses zur Verfügung steht, ist effizienter als die rein elektrische Erzeugung von Wärme. Allerdings werden dadurch Teile der Anlage, die ansonsten relativ unabhängig voneinander arbeiten könnten, direkt miteinander gekoppelt. Im Falle einer Dampfverdichtung, wie sie oben erwähnt wurde, erfordert eine Erhöhung der Verdampferlast mehr Wärme, die nicht ohne weiteres von einem Dampfkondensator zur Verfügung gestellt werden kann, es sei denn, die Verdampferlast wird zunächst erhöht. Mit anderen Worten leidet eine derartige Ausgestaltung herkömmlicherweise unter einer schlechten Dynamik, es sei denn, sie wird mit zusätzlichen Einrichtungen gekoppelt, die nur für Laständerungen verwendet werden, wie beispielsweise Anfahrheizungen. Ausgestaltungen der Erfindung lösen auch dieses Problem durch die Kombination der jeweils vorgeschlagenen Ansätze. The use of heat pumps to increase the temperature level of heat available from parts of the process is more efficient than purely electrically generating heat. However, this directly couples parts of the plant that could otherwise operate relatively independently. In the case of vapor compression as mentioned above, increasing the evaporator load requires more heat, which cannot be readily provided by a vapor condenser unless the evaporator load is first increased. In other words, such a design traditionally suffers from poor dynamics unless it is coupled with additional devices that are only used for load changes, such as start-up heaters. Embodiments of the invention also solve this problem by combining the respective proposed approaches.

Die primäre Energiequelle der Methanolproduktion mit elektrochemisch erzeugtem Wasserstoff und/oder Kohlenmonoxid ist Elektrizität, deren Verfügbarkeit im Laufe der Zeit schwanken kann, insbesondere bei Verwendung von erneuerbaren Energiequellen wie Wind und Sonne. Elektrochemische Verfahren wie die Elektrolyse unter Einsatz von Protonenaustauschmembranen (PEM) ermöglichen einen äußerst flexiblen Betrieb. Groß angelegte chemische Prozesse wie die Methanolsynthese weisen jedoch eine viel langsamere Dynamik auf. Ein hoher Grad an Wärmeintegration verschlimmert dieses Problem in der Regel noch. Er erschwert beispielsweise die Inbetriebnahme einer entsprechenden Anlage deutlich. Auch dieses Problem wird durch den Einsatz der vorliegenden Erfindung gelöst. In dem vorgeschlagenen Verfahren zur Herstellung eines Verfahrensprodukts, bei dem es sich insbesondere um Methanol handeln kann, wird unter Verwendung einer Wasserelektrolyse Wasserstoff bereitgestellt, wobei der Wasserstoff oder ein Teil hiervon mit Kohlendioxid einer exothermen Reaktion unter Freisetzung von Wärme und Erhalt eines das Verfahrensprodukt enthaltenen Produktgemischs unterworfen wird, wobei das Produktgemisch oder ein Teil hiervon einer Destillation unter Verwendung einer oder mehrerer Destillationskolonnen unterworfen wird, und wobei die eine oder zumindest eine der mehreren Destillationskolonnen unter Verwendung von Wärme beheizt wird. Hierbei wird zumindest ein Teil der Wärme unter Verwendung eines Heizsystems bereitgestellt, das eine oder mehrere Wärmepumpen und einen oder mehrere Wärmespeichereinheiten umfasst, und dem in dem Verfahren anfallende Wärme zugeführt wird. Hinsichtlich der hier erzielbaren Vorteile wird auf die obigen Erläuterungen ausdrücklich verwiesen. The primary energy source for methanol production using electrochemically generated hydrogen and/or carbon monoxide is electricity, the availability of which can fluctuate over time, especially when using renewable energy sources such as wind and solar. Electrochemical processes such as electrolysis using proton exchange membranes (PEM) allow for extremely flexible operation. However, large-scale chemical processes such as methanol synthesis have much slower dynamics. A high degree of heat integration usually exacerbates this problem. For example, it makes commissioning a corresponding plant much more difficult. This problem is also solved by using the present invention. In the proposed process for producing a process product, which can in particular be methanol, hydrogen is provided using water electrolysis, the hydrogen or a portion thereof being subjected to an exothermic reaction with carbon dioxide to release heat and obtain a product mixture containing the process product, the product mixture or a portion thereof being subjected to distillation using one or more distillation columns, and the one or at least one of the several distillation columns being heated using heat. At least a portion of the heat is provided using a heating system which comprises one or more heat pumps and one or more heat storage units, and to which heat generated in the process is supplied. With regard to the advantages that can be achieved here, express reference is made to the above explanations.

Die in der exothermen Reaktion freigesetzte Wärme kann zu einem ersten Anteil zur Erzeugung von Dampf in einem Dampfsystem verwendet und zu einem zweiten Anteil stromab hiervon in einem oder mehreren Prozessgaswärmetauschern abgeführt werden. Die Wärmeanteile fallen dabei auf unterschiedlichen Temperaturniveaus an und können zielgerichtet genutzt werden. The heat released in the exothermic reaction can be used in a first part to generate steam in a steam system and a second part can be dissipated downstream in one or more process gas heat exchangers. The heat components are generated at different temperature levels and can be used in a targeted manner.

Die in dem Verfahren anfallende Wärme, die dem Heizsystem zugeführt wird, kann insbesondere zumindest einen Teil der Wärme umfassen, die in dem einen oder den mehreren Prozessgaswärmetauschern abgeführt wird. Entsprechende, auf einem niedrigeren Temperaturniveau anfallende Wärme kann insbesondere mittels der Wärmepumpe(n) vorteilhafterweise auf ein höheres Temperaturniveau angehoben werden, um diese verwenden und/oder speichern zu können. The heat generated in the process that is supplied to the heating system can in particular comprise at least a portion of the heat that is dissipated in the one or more process gas heat exchangers. Corresponding heat generated at a lower temperature level can advantageously be raised to a higher temperature level, in particular by means of the heat pump(s), in order to be able to use and/or store it.

In Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung kann die Wasserelektrolyse als Niedertemperaturelektrolyse durchgeführt werden oder eine Niedertemperaturelektrolyse umfassen. Diese ermöglicht, wie zuvor erläutert, einen besonders flexiblen Betrieb und weist keine zusätzlichen Wärmeanforderungen auf. In embodiments of the present invention, the water electrolysis can be carried out as low-temperature electrolysis or can comprise low-temperature electrolysis. As explained above, this enables particularly flexible operation and has no additional heat requirements.

Die Niedertemperaturelektrolyse kann in Ausgestaltungen der Erfindung eineIn embodiments of the invention, low-temperature electrolysis can

Protonenaustauschmembranelektrolyse, Anionenaustauschmembranelektrolyse und/oder alkalische Elektrolyse umfassen. Die vorliegende Erfindung und ihre Ausgestaltung sind damit mit einer breiten Palette an Elektrolyseoptionen realisierbar. proton exchange membrane electrolysis, anion exchange membrane electrolysis and/or alkaline electrolysis. The present invention and its design can therefore be implemented with a wide range of electrolysis options.

Der Niedertemperaturelektrolyse kann in Ausgestaltungen der Erfindung Elektrolysewasser zugeführt werden, dem Wärme in einem Elektrolysewasserwärmetauscher entzogen wird, wobei die in dem Verfahren anfallende Wärme, die dem Heizsystem zugeführt wird, zumindest einen Teil der in dem Elektrolysewasserwärmetauscher dem Elektrolysewasser entzogenen Wärme umfasst. Hierdurch ist eine vorteilhafte Nutzung entsprechender Wärme möglich, welche insbesondere mittels der Wärmepumpe(n) auf ein geeignetes Temperaturniveau angehoben werden kann. In embodiments of the invention, electrolysis water can be supplied to the low-temperature electrolysis, from which heat is extracted in an electrolysis water heat exchanger, wherein the heat generated in the process, which is supplied to the heating system, comprises at least a portion of the heat extracted from the electrolysis water in the electrolysis water heat exchanger. This enables advantageous use of corresponding heat, which can be raised to a suitable temperature level in particular by means of the heat pump(s).

Die in dem Verfahren anfallende Wärme, die dem Heizsystem zugeführt wird, kann im Falle einer Niedertemperaturelektrolyse insbesondere Wärme des in dem Dampfsystem erzeugten Dampfs umfassen. Diese Wärme kann insbesondere ohne Anhebung des Temperaturniveaus mittels der Wärmepumpe(n) erfolgen und direkt in die Wärmespeichereinheit eingespeist bzw. geeignet verwendet werden. The heat generated in the process, which is fed to the heating system, can in particular comprise heat from the steam generated in the steam system in the case of low-temperature electrolysis. This heat can in particular be generated without raising the temperature level by means of the heat pump(s) and can be fed directly into the heat storage unit or used appropriately.

Zusätzlich bzw. alternativ kann die Wasserelektrolyse als Hochtemperaturelektrolyse durchgeführt werden oder eine Hochtemperaturelektrolyse umfassen. Wie erwähnt, wird für diese insbesondere weitere Wärme benötigt. Die Hochtemperaturelektrolyse kann insbesondere als eine Festoxidelektrolyse durchgeführt werden. Additionally or alternatively, the water electrolysis can be carried out as high-temperature electrolysis or can include high-temperature electrolysis. As mentioned, this requires additional heat in particular. The high-temperature electrolysis can be carried out in particular as solid oxide electrolysis.

In Ausgestaltungen der Erfindung kann der Hochtemperaturelektrolyse ein wasserstoffreicher Strom entnommen werden, der unter Freisetzung von Verdichtungswärme einer Verdichtung unterworfen wird, wobei die in dem Verfahren anfallende Wärme, die dem Heizsystem zugeführt wird, zumindest einen Teil der Verdichtungswärme umfassen kann. Auch diese Wärme kann mittels der Wärmepumpe(n) auf ein geeignetes Temperaturniveau gebracht werden. In embodiments of the invention, a hydrogen-rich stream can be taken from the high-temperature electrolysis and subjected to compression with the release of compression heat, whereby the heat generated in the process, which is fed to the heating system, can comprise at least part of the compression heat. This heat can also be brought to a suitable temperature level by means of the heat pump(s).

In dem Verfahren kann die Hochtemperaturelektrolyse insbesondere unter Verwendung von Wärme durchgeführt werden, die Wärme des in dem Dampfsystem erzeugten Dampfs oder einen Teil hiervon umfasst, wobei die in dem Verfahren anfallende Wärme, die dem Heizsystem zugeführt wird, nur einen Teil oder keine Wärme des in dem Dampfsystem erzeugten Dampfs umfasst. Auf diese Weise kann diese Wärme besonders zielgerichtet eingesetzt werden. In the process, the high-temperature electrolysis can be carried out in particular using heat which comprises heat of the steam generated in the steam system or a part thereof, wherein the heat generated in the process which is supplied to the heating system comprises only a part or none of the Heat of the steam generated in the steam system. In this way, this heat can be used in a particularly targeted manner.

In Ausgestaltungen der Erfindung kann das Heizsystem unter Verwendung einer Dampfverdichtung und/oder einer elektrischen Heizung betrieben werden, wobei zu weiteren Details auf die untigen Erläuterungen verwiesen wird. In embodiments of the invention, the heating system can be operated using steam compression and/or electric heating, with reference to the explanations below for further details.

Wie erwähnt, kann in dem Verfahren insbesondere Methanol als das Verfahrensprodukt hergestellt werden. Andere Verfahren und die dabei erzeugten Verfahrensprodukte sind oben erläutert. As mentioned, methanol in particular can be produced as the process product in the process. Other processes and the process products produced thereby are explained above.

Die vorgeschlagene Anlage zur Herstellung eines Verfahrensprodukts ist dafür eingerichtet, unter Verwendung einer Wasserelektrolyse Wasserstoff bereitzustellen, den Wasserstoff oder einen Teil hiervon mit Kohlendioxid einer exothermen Reaktion unter Freisetzung von Wärme und Erhalt eines das Verfahrensprodukt enthaltenen Produktgemischs zu unterwerfen, das Produktgemisch oder einen Teil hiervon einer Destillation unter Verwendung einer oder mehrerer Destillationskolonnen zu unterwerfen, und die eine oder zumindest eine der mehreren Destillationskolonnen unter Verwendung von Wärme zu beheizen. The proposed plant for producing a process product is designed to provide hydrogen using water electrolysis, to subject the hydrogen or a portion thereof to an exothermic reaction with carbon dioxide to release heat and obtain a product mixture containing the process product, to subject the product mixture or a portion thereof to distillation using one or more distillation columns, and to heat the one or at least one of the several distillation columns using heat.

Die vorgeschlagene Anlage weist ein Heizsystem mit einer oder mehreren Wärmepumpen und einer oder mehreren Wärmespeichereinheiten auf und ist dafür eingerichtet, zumindest einen Teil der Wärme unter Verwendung des Heizsystems bereitzustellen und dem Heizsystem in dem Verfahren anfallende Wärme zuzuführen. The proposed plant comprises a heating system with one or more heat pumps and one or more heat storage units and is designed to provide at least part of the heat using the heating system and to supply heat generated in the process to the heating system.

Zu weiteren Merkmalen und Vorteilen einer entsprechenden Anlage und Ausgestaltungen hiervon sei auf die obigen Erläuterungen betreffend das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren und seine Ausgestaltungen ausdrücklich verwiesen, da diese hierfür in gleicher Weise gelten. For further features and advantages of a corresponding system and embodiments thereof, express reference is made to the above explanations concerning the method proposed according to the invention and its embodiments, since these apply to this in the same way.

Entsprechendes gilt auch für eine Anlage, die gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung dazu eingerichtet ist, ein Verfahren gemäß einer beliebigen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung durchzuführen. Kurze Beschreibung der Zeichnung The same applies to a system which, according to an embodiment of the invention, is designed to carry out a method according to any embodiment of the present invention. Short description of the drawing

Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend rein beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, wobei Embodiments of the invention are described below purely by way of example with reference to the accompanying drawings, in which

Figur 1 ein Verfahren gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung veranschaulicht, und Figure 1 illustrates a method according to an embodiment of the invention, and

Figur 2 ein Verfahren gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung veranschaulicht. Figure 2 illustrates a method according to an embodiment of the invention.

Ausführungsformen der Erfindung embodiments of the invention

Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen werden lediglich zu dem Zweck beschrieben, den Leser beim Verständnis der beanspruchten und zuvor erläuterten Merkmale zu unterstützen. Sie stellen lediglich repräsentative Beispiele dar und sollen hinsichtlich der Merkmale der Erfindung nicht abschließend und/oder beschränkend betrachtet werden. Es versteht sich, dass die zuvor und nachfolgend beschriebenen Vorteile, Ausführungsformen, Beispiele, Funktionen, Merkmale, Strukturen und/oder anderen Aspekte nicht als Beschränkungen des Umfangs der Erfindung, wie er in den Ansprüchen definiert ist, oder als Beschränkungen von Äquivalenten zu den Ansprüchen zu betrachten sind, und dass andere Ausführungsformen verwendet und Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der beanspruchten Erfindung abzuweichen. The embodiments described below are described solely for the purpose of assisting the reader in understanding the features claimed and discussed above. They are merely representative examples and are not intended to be exhaustive and/or limiting with respect to the features of the invention. It is to be understood that the advantages, embodiments, examples, functions, features, structures and/or other aspects described above and below are not to be considered as limitations on the scope of the invention as defined in the claims or as limitations on equivalents to the claims, and that other embodiments may be utilized and changes may be made without departing from the scope of the invention as claimed.

Unterschiedliche Ausführungsformen der Erfindung können weitere zweckmäßige Kombinationen der beschriebenen Elemente, Komponenten, Merkmale, Teile, Schritte, Mittel usw. umfassen, aufweisen, aus ihnen bestehen oder im Wesentlichen aus ihnen bestehen, auch wenn solche Kombinationen hier nicht spezifisch beschrieben sind.Different embodiments of the invention may include, have, consist of, or consist essentially of other useful combinations of the described elements, components, features, parts, steps, means, etc., even if such combinations are not specifically described herein.

Darüber hinaus kann die Offenbarung andere Erfindungen umfassen, die gegenwärtig nicht beansprucht sind, die aber in Zukunft beansprucht werden können, insbesondere wenn sie vom Umfang der unabhängigen Ansprüche umfasst sind. Furthermore, the disclosure may cover other inventions which are not currently claimed but which may be claimed in the future, particularly if they are included within the scope of the independent claims.

Erläuterungen, die sich auf Vorrichtungen, Apparate, Anordnungen, Systeme usw. gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen, können auch für Verfahren, Prozesse, Methoden usw. gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gelten und umgekehrt. Gleiche, gleich wirkende, in ihrer Funktion einander entsprechende, baulich identisch oder vergleichbar aufgebaute Elemente, Verfahrensschritte usw. können mit identischen Bezugszeichen angegeben sein. Explanations relating to devices, apparatus, arrangements, systems, etc. according to embodiments of the present invention may also apply to methods, processes, methods, etc. according to embodiments of the present invention and vice versa. Identical, equivalent, functionally identical Corresponding, structurally identical or comparable elements, process steps, etc. can be indicated with identical reference symbols.

Wie bereits erwähnt, wird gemäß Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, Wärmepumpen in Kombination mit thermischen Energiespeichern zu verwenden, um zumindest einen Teil der Wärme bereitzustellen, die für die Reinigung einer oder mehrerer flüssiger Komponenten benötigt wird, die in einem Methanolreaktor produziert werden, wobei die vorliegende Erfindung aber nicht auf die Methanolsynthese oder bestimmte Elektrolyseverfahren beschränkt ist. As already mentioned, according to embodiments of the present invention, it is proposed to use heat pumps in combination with thermal energy storage devices to provide at least part of the heat required for the purification of one or more liquid components produced in a methanol reactor, but the present invention is not limited to methanol synthesis or certain electrolysis processes.

Vor diesem Hintergrund zeigt die Figur 1 ein Verfahren zur Herstellung von Methanol gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden. Das dargestellte, insgesamt mit 100 bezeichnete Verfahren kann als sogenanntes „Power-to-Methanol“-Verfahren aufgefasst werden. Es arbeitet auf Basis der PEM-Elektrolyse. Against this background, Figure 1 shows a process for producing methanol according to an embodiment of the present invention. The process shown, designated 100 in total, can be understood as a so-called "power-to-methanol" process. It works on the basis of PEM electrolysis.

In dem Verfahren 100 wird ein Wasserstrom 1 einer ersten Reinigungsstufe 101 zugeführt, danach mit einem Rezyklatstrom 2 vereinigt, in einem hier der Eindeutigkeit halber als Elektrolysewasserwärmetauscher 102 bezeichneten Wärmetauscher abgekühlt, in einer zweiten Reinigungsstufe 103 weiter aufgereinigt und der PEM- Elektrolyse 104, d.h. einem entsprechenden Elektrolysestack bekannter Art zugeführt. In the process 100, a water stream 1 is fed to a first purification stage 101, then combined with a recyclate stream 2, cooled in a heat exchanger referred to here for the sake of clarity as an electrolysis water heat exchanger 102, further purified in a second purification stage 103 and fed to the PEM electrolysis 104, i.e. a corresponding electrolysis stack of a known type.

Ein der PEM-Elektrolyse 104 entnommener Kathodenstrom 3 wird in einem Phasentrenner 105 unter Erhalt eines wasserstoffreichen Gasstroms 4 phasengetrennt, welcher einer Wasserstoffaufreinigung 106 unterworfen und sodann unter Verwendung eines Verdichters 107 unter Erhalt eines entsprechenden, verdichteten Gasstroms 5 auf ein geeignetes Druckniveau verdichtet wird. A cathode stream 3 taken from the PEM electrolysis 104 is phase-separated in a phase separator 105 to obtain a hydrogen-rich gas stream 4, which is subjected to a hydrogen purification 106 and then compressed to a suitable pressure level using a compressor 107 to obtain a corresponding compressed gas stream 5.

Ein dem PEM-Elektrolysestack entnommener Anodenstrom 6 wird in einem Phasentrenner 108 unter Erhalt eines sauerstoffreichen Gasstroms 7 phasengetrennt, wobei, wie in Form einer strichpunktierten Linie dargestellt, ein Teil hiervon einer mit einem Kohlendioxidstrom 9 versorgten Kohlendioxidaufreinigungseinheit 109 zugeführt und der Rest anderweitig verwendet oder abgeblasen werden kann. Die in den Phasentrennern 105 und 108 abgeschiedenen wässrigen Flüssigphasen können zu dem Rezyklatstrom 2 vereinigt und mittels einer Pumpe 110 zu der Vereinigungsstelle mit dem Wasserstrom 1 zurückbefördert werden. An anode stream 6 taken from the PEM electrolysis stack is phase-separated in a phase separator 108 to obtain an oxygen-rich gas stream 7, wherein, as shown in the form of a dash-dotted line, a portion of this can be fed to a carbon dioxide purification unit 109 supplied with a carbon dioxide stream 9 and the remainder can be used for other purposes or blown off. The aqueous liquid phases separated in the phase separators 105 and 108 can be combined to form the recyclate stream 2 and transported back to the point of union with the water stream 1 by means of a pump 110.

Ein in der Kohlendioxidaufreinigungseinheit 109 aufgereinigter Kohlendioxidstrom 10 wird stromab des Verdichters 107 mit dem wasserstoffreichen Strom 5 zu einem Sammelstrom 11 vereinigt, dem ein Rezyklatstrom 12 zugespeist wird, wodurch ein Reaktionseinsatzstrom 13 gebildet wird. A carbon dioxide stream 10 purified in the carbon dioxide purification unit 109 is combined downstream of the compressor 107 with the hydrogen-rich stream 5 to form a collecting stream 11 to which a recyclate stream 12 is fed, thereby forming a reaction feed stream 13.

Der Reaktionseinsatzstrom 13 wird in einem Zulauf-Ablauf-Wärmetauscher (engl. Feed Effluent Heat Exchanger) 111 und einem Heizer 112 erwärmt und in einen temperierten Methanolreaktor 113 eingespeist. Ein aus dem Methanolreaktor 113 abgezogener Produktstrom 32, der Methanol, Wasser, Fuselöle und nicht umgesetzte Edukte enthalten kann, wird durch den Zulauf-Ablauf-Wärmetauscher 111 geführt, danach in einem Wärmetauscher 114 und in nachfolgend im Wesentlichen der Eindeutigkeit halber als Prozessgaskühler 115 und 116 bezeichneten Kühlern beliebiger Art abgekühlt und anschließend in einen Phasentrenner 117 eingespeist, in welchem sich Methanol, Wasser und die Fuselöle sowie ein Teil der nicht umgesetzten Edukte in die Flüssigphase abscheiden und ein weiterer Teil der nicht umgesetzten Edukte in der Gasphase verbleiben. The reaction feed stream 13 is heated in a feed effluent heat exchanger 111 and a heater 112 and fed into a tempered methanol reactor 113. A product stream 32 withdrawn from the methanol reactor 113, which may contain methanol, water, fusel oils and unreacted reactants, is passed through the feed effluent heat exchanger 111, then cooled in a heat exchanger 114 and in coolers of any type, referred to below essentially for the sake of clarity as process gas coolers 115 and 116, and then fed into a phase separator 117, in which methanol, water and the fusel oils as well as a portion of the unreacted reactants separate into the liquid phase and a further portion of the unreacted reactants remain in the gas phase.

Vom Kopf des Phasentrenners 117 wird ein entsprechender Gasstrom 14 abgezogen, der - abzüglich eines Spül- bzw. Purgegasstroms 15 zur Ausschleusung sich inert verhaltender Komponenten und zur Vermeidung von deren Anreicherung - mittels eines Verdichters 118 verdichtet und als der Rezyklatstrom 12 verwendet wird. Aus dem Sumpf des Phasentrenners 117 wird ein Flüssigkeitsstrom 16 mit den erwähnten Komponenten abgezogen, der mittels eines Ventils 119 in einen weiteren Phasentrenner 120 entspannt wird. Durch die Entspannung (Flashen) geht ein Teil der in der Flüssigphase gelösten Komponenten in die Gasphase über. A corresponding gas stream 14 is withdrawn from the top of the phase separator 117, which - minus a flushing or purge gas stream 15 to remove inert components and to prevent their accumulation - is compressed by means of a compressor 118 and used as the recyclate stream 12. A liquid stream 16 with the mentioned components is withdrawn from the bottom of the phase separator 117 and is expanded into a further phase separator 120 by means of a valve 119. Due to the expansion (flashing), some of the components dissolved in the liquid phase pass into the gas phase.

Vom Kopf des Phasentrenners 120 wird ein Gasstrom 17 abgezogen, der mit einem weiteren Gasstrom 18 zu einem Abgas- bzw. Offgasstrom 19 vereinigt wird. Aus dem Sumpf des Phasentrenners 120 wird ein Flüssigkeitsstrom 20 abgezogen und mittels eines Ventils 121 in eine Destillationskolonne 122 eingespeist, die mit einem Kopfkondensator 123 und einem Sumpfverdampfer 124 in einer aus der Destillations- bzw. Rektifikationstechnik an sich bekannten Weise betrieben wird. A gas stream 17 is withdrawn from the top of the phase separator 120 and is combined with another gas stream 18 to form an off-gas stream 19. A liquid stream 20 is withdrawn from the bottom of the phase separator 120 and fed by means of a valve 121 into a distillation column 122 which is connected to a top condenser 123 and a bottom evaporator 124 in a manner known per se from distillation or rectification technology.

Neben dem Gasstrom 18 werden der Destillationskolonne 122 über entsprechende Seitenentnahmen ein Methanolstrom 21 und ein Fuselölstrom 22 sowie aus dem Sumpf ein Abwasserstrom 23 entnommen. In addition to the gas stream 18, a methanol stream 21 and a fusel oil stream 22 as well as a waste water stream 23 are withdrawn from the distillation column 122 via corresponding side withdrawals.

Die in Figur 1 punktiert dargestellten Linien stellen dabei die möglichen Wärmequellen dar, die für den Betrieb des Sumpfverdampfers 124 der Destillationskolonne 122 genutzt werden können. Hierbei sind im dargestellten Beispiel eine Wärmepumpe 201 , die mit einer Wärmespeichereinheit 202 im Austausch steht, und ein elektrischer Heizer 203 bereitgestellt. Ein entsprechendes System wird hier insgesamt als Heizsystem bezeichnet und mit dem Bezugszeichen 210 angegeben. Ein Dampfsystem ist mit 204 angegeben. The dotted lines in Figure 1 represent the possible heat sources that can be used to operate the bottom evaporator 124 of the distillation column 122. In the example shown, a heat pump 201, which is in exchange with a heat storage unit 202, and an electric heater 203 are provided. A corresponding system is referred to here as a heating system and is indicated with the reference number 210. A steam system is indicated with 204.

Wenn keine zusätzlichen externen Dampfverbraucher vorhanden sind, wird vorzugsweise der gesamte Dampf, der aus der bei der exothermen Reaktion in dem Reaktor 113 freigesetzten Wärme entsteht, zum Beheizen der Destillationskolonne 122, d.h. von deren Sumpfverdampfer 124, verwendet. Das Dampfsystem 204 ist dabei insbesondere dafür eingerichtet, über entsprechende Wasser- bzw. Dampfströme 24 Wärme aus dem Wärmetauscher 114 abzuführen und in beliebiger Form, wie mit Linie 25 dargestellt, in das System aus Wärmepumpe 201 und Wärmespeichereinheit 202 einzuspeisen. If there are no additional external steam consumers, preferably all of the steam that is generated from the heat released during the exothermic reaction in the reactor 113 is used to heat the distillation column 122, i.e. its bottom evaporator 124. The steam system 204 is designed in particular to remove heat from the heat exchanger 114 via corresponding water or steam streams 24 and to feed it in any form, as shown by line 25, into the system comprising the heat pump 201 and the heat storage unit 202.

Wie bereits beschrieben, reicht bei der direkten Hydrierung von Kohlendioxid diese Wärme 25 alleine allerdings möglicherweise nicht aus, um die Destillationskolonne 122, d.h. deren Sumpfverdampfer 124, zu betreiben. Zusätzliche Wärme kann durch den Einsatz der Wärmepumpe 201 gewonnen werden, die Wärme 26 aus dem Elektrolysewasserwärmetauscher 102, Wärme 27 aus den Prozessgaskühlern 115 und 116 stromauf des Phasentrenners 117 im Kreislauf, sowie Wärme 28 aus dem Kopfkondensator 12 und Wärme 29 aus dem elektrischen Heizer 203 beziehen kann. Der Heizer 203 kann auch direkt elektrisch erzeugte Wärme 30 an den Sumpfverdampfer 124 bereitstellen. Die Verschaltung zwischen Wärmepumpe 201 und Wärmespeichereinheit 202 ergibt sich unmittelbar aus Figur 1 . In Figur 2 ist ein Verfahren zur Herstellung von Methanol gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das dargestellte Verfahren ist insgesamt mit 200 bezeichnet. Das hier dargestellte Verfahren kann ebenfalls als sogenanntes „Power-to-Methanol“-Verfahren aufgefasst werden. Es arbeitet im Gegensatz zu dem Verfahren 100 auf Basis einer Hochtemperaturelektrolyse 150. As already described, in the direct hydrogenation of carbon dioxide, this heat 25 alone may not be sufficient to operate the distillation column 122, i.e. its bottom evaporator 124. Additional heat can be obtained by using the heat pump 201, which can obtain heat 26 from the electrolysis water heat exchanger 102, heat 27 from the process gas coolers 115 and 116 upstream of the phase separator 117 in the circuit, as well as heat 28 from the top condenser 12 and heat 29 from the electric heater 203. The heater 203 can also directly provide electrically generated heat 30 to the bottom evaporator 124. The connection between the heat pump 201 and the heat storage unit 202 is clear from Figure 1. Figure 2 shows a process for producing methanol according to a further embodiment of the present invention. The process shown is designated as a whole by 200. The process shown here can also be understood as a so-called "power-to-methanol" process. In contrast to the process 100, it works on the basis of high-temperature electrolysis 150.

Der Hochtemperaturelektrolyse 150 wird ein wie oben mit 1 bezeichneter, ggf. entsprechend aufbereiteter Wasserstrom 1 zugeführt. Die Hochtemperaturelektrolyse 150 enthält dabei bereits die sogenannte „Balance of Plant“, d.h. eine Wasseraufreinigung, einen Phasentrenner und Wasserkreislauf (zumindest kathodenseitig) und eine Wärmeintegration (z.B. mit Vorwärmer, Verdampfer und Überhitzer). Im Gegensatz zu der PEM-Elektrolyse 104 Figur 1 ist die Hochtemperaturelektrolyse 150 hier also gewissermaßen als Black Box dargestellt. A water stream 1, designated 1 above and appropriately treated if necessary, is fed to the high-temperature electrolysis 150. The high-temperature electrolysis 150 already contains the so-called "balance of plant", i.e. water purification, a phase separator and water circuit (at least on the cathode side) and heat integration (e.g. with preheater, evaporator and superheater). In contrast to the PEM electrolysis 104 Figure 1, the high-temperature electrolysis 150 is thus shown here as a black box.

Ein in der Hochtemperaturelektrolyse 150 gebildeter wasserstoffreicher Strom wird unter Verwendung eines Verdichters 107a zu einem teilverdichteten wasserstoffreichen Strom 4 teilverdichtet, wobei dieser sodann einer, wie oben mit 106 bezeichneten, Wasserstoffaufreinigung zugeführt wird. Ein dort aufgereinigt erhaltener Wasserstoffstrom wird in einem Verdichter 107b endverdichtet, wodurch ein Wasserstoffstrom erhalten werden kann, der hinsichtlich Zusammensetzung, Druck und/oder Temperatur im Wesentlichen dem Wasserstoffstrom 5 gemäß Figur 1 entsprechen kann und daher in Figur 2 ebenfalls mit 5 bezeichnet ist. A hydrogen-rich stream formed in the high-temperature electrolysis 150 is partially compressed using a compressor 107a to form a partially compressed hydrogen-rich stream 4, which is then fed to a hydrogen purification plant as designated above with 106. A hydrogen stream obtained there in a purified form is finally compressed in a compressor 107b, whereby a hydrogen stream can be obtained which can essentially correspond to the hydrogen stream 5 according to Figure 1 in terms of composition, pressure and/or temperature and is therefore also designated with 5 in Figure 2.

Der Wasserstoffstrom 5 und ein Kohlendioxidstrom 10 aus einer hier mit einem extern bereitgestellten Sauerstoffstrom 8 versorgten Kohlendioxidaufreinigung 109 können auch hier zu einem Sammelstrom 11 vereinigt werden, welcher in gleicher, im Wesentlichen gleicher oder vergleichbarer Weise wie zu Figur 1 erläutert weiterverarbeitet werden kann. Auf die obigen Erläuterungen wird verwiesen. The hydrogen stream 5 and a carbon dioxide stream 10 from a carbon dioxide purification unit 109, which is supplied here with an externally provided oxygen stream 8, can also be combined here to form a collective stream 11, which can be further processed in the same, essentially the same or comparable manner as explained for Figure 1. Reference is made to the above explanations.

Wie in Figur 2 veranschaulicht, kann insbesondere in dem Verdichter 107a abgeführte Wärme 26a in dem System aus Wärmepumpe 201 und Wärmespeichereinheit 202 genutzt werden. Wie ebenfalls veranschaulicht, kann ein Teil 25a der Wärme aus dem Dampfsystem 204 in der Hochtemperaturelektrolyse 150 genutzt werden. Bei beiden Kombinationen, d.h. den Verfahren 100 und 200 gemäß Figur 1 und 2, wird die Wärmespeichereinheit 202, wie mit Pfeil 31 veranschaulicht, insbesondere mit überschüssiger Wärme 25 aus dem Reaktor 113 und nicht mit überschüssiger Wärme 26-28 bzw. 26a aus einer anderen Quelle befüllt, da diese Wärme 25 auf einem höheren Temperaturniveau ohne weiteres verfügbar ist. Der mittels der Reaktorwärme 25 erzeugte Dampf 24 kann zu diesem Zweck auch durch die Verwendung von Elektrizität oder durch die Verbrennung von Abgasen thermisch aufgewertet werden. Die Wärmespeichereinheit 202 kann auch mit Wärme 29 aus der elektrischen Heizung 203 aufgeladen werden, zum Beispiel, wenn Strom in hohem Maße verfügbar ist. As illustrated in Figure 2, heat 26a dissipated in the compressor 107a in particular can be used in the system comprising heat pump 201 and heat storage unit 202. As also illustrated, a portion 25a of the heat from the steam system 204 can be used in the high-temperature electrolysis 150. In both combinations, ie the methods 100 and 200 according to Figures 1 and 2, the heat storage unit 202 is filled, as illustrated by arrow 31, in particular with excess heat 25 from the reactor 113 and not with excess heat 26-28 or 26a from another source, since this heat 25 is readily available at a higher temperature level. The steam 24 generated by means of the reactor heat 25 can also be thermally upgraded for this purpose by using electricity or by combustion of exhaust gases. The heat storage unit 202 can also be charged with heat 29 from the electric heater 203, for example when electricity is available in high quantities.

Als Alternative zu einer klassischen Wärmepumpe mit geschlossenem Kreislauf kann eine Dampfverdichtung verwendet werden, um Kopfkondensator 123 und Sumpfverdampfer 124 der Destillationskolonne 122 zu koppeln. Da in diesem Fall kein zusätzlicher Dampf erzeugt wird, wird die Wärmespeichereinheit 202 dann vorteilhafterweise mit Dampf 24 aus dem Dampfsystem 204 geladen werden. As an alternative to a classic closed-loop heat pump, steam compression can be used to couple the top condenser 123 and bottom evaporator 124 of the distillation column 122. Since no additional steam is generated in this case, the heat storage unit 202 will then advantageously be charged with steam 24 from the steam system 204.

Die gleichen Möglichkeiten der Wärmeintegration wie in der in Figur 1 bzw. Verfahren 100 verwendeten PEM-Elektrolyse ergeben sich bei einer alkalischen Wasserelektrolyse. Im Fall der Hochtemperaturelektrolyse 150 gemäß Figur 2 bzw. Verfahren 200 stellt diese einen zusätzlichen Dampfverbraucher dar. Während normalerweise ein Teil des bei der Hochtemperaturelektrolyse 150 verwendeten Dampfes intern durch Wärmeintegration erzeugt wird, reicht die verfügbare Prozesswärme innerhalb der Hochtemperaturelektrolyse 150 typischerweise nicht aus, um den Dampfbedarf zu decken. The same possibilities for heat integration as in the PEM electrolysis used in Figure 1 or method 100 arise in an alkaline water electrolysis. In the case of the high-temperature electrolysis 150 according to Figure 2 or method 200, this represents an additional steam consumer. While a portion of the steam used in the high-temperature electrolysis 150 is normally generated internally by heat integration, the available process heat within the high-temperature electrolysis 150 is typically not sufficient to cover the steam requirement.

Der verbleibende Bedarf kann, wie mit 25a dargestellt, durch den Reaktordampf bzw. entsprechende Wärme gedeckt werden. Alternativ können dampferzeugende Wärmepumpen 201 Dampf mit einem für die Hochtemperaturelektrolyse 150 geeigneten Druck erzeugen. Da die Hochtemperaturelektrolyse 150 bei niedrigeren Drücken stattfindet als die PEM-Elektrolyse 104, wird die mehrstufige Anordnung aus den Verdichtern 107a und 107b verwendet. Die Wärme aus den Zwischenkühlern (nicht gesondert dargestellt) kann nach der Aufwertung mit der Wärmepumpe 201 für den Sumpfverdampfer 124 genutzt werden. Bei der Entladung der Wärmespeichereinheit 202 kann insbesondere vorgesehen sein, hierbei freiwerdende Wärme für den Wärmeverbraucher mit der niedrigsten Temperatur zu verwenden, d.h. für den Sumpfverdampfer 124. The remaining demand can be covered by the reactor steam or corresponding heat, as shown at 25a. Alternatively, steam-generating heat pumps 201 can generate steam at a pressure suitable for the high-temperature electrolysis 150. Since the high-temperature electrolysis 150 takes place at lower pressures than the PEM electrolysis 104, the multi-stage arrangement of the compressors 107a and 107b is used. The heat from the intercoolers (not shown separately) can be used for the sump evaporator 124 after being upgraded with the heat pump 201. When discharging the heat storage unit 202, provision can be made in particular to use the heat released for the heat consumer with the lowest temperature, ie for the sump evaporator 124.

In beiden Fällen, d.h. den Verfahren 100 und 200 die in Figur 1 und Figur 2 dargestellt sind, kann der aus dem Wärmespeichereinheit 202 entnommene Dampf mit dem Dampfverdichter (nicht veranschaulicht) der Wärmepumpe 201 aufgewertet werden, falls vorhanden. Wenn der Dampferzeuger der Wärmepumpe 201 weniger Dampf produziert, kann der Dampfverdichter durch die zusätzliche Zufuhr von Dampf niedriger Qualität aus der Wärmespeichereinheit 202 näher an seinem optimalen Betriebspunkt betrieben werden. In both cases, i.e., the methods 100 and 200 illustrated in Figure 1 and Figure 2, the steam extracted from the heat storage unit 202 may be upgraded with the steam compressor (not illustrated) of the heat pump 201, if present. When the steam generator of the heat pump 201 produces less steam, the steam compressor may be operated closer to its optimal operating point by the additional supply of low quality steam from the heat storage unit 202.

Tabelle 1 unten zeigt die Wärmeströme im stationären Zustand für eine bestimmte Anlagenkonfiguration bei Volllast. Table 1 below shows the steady state heat flows for a specific plant configuration at full load.

Es sei angenommen, dass in den Fällen der Hochtemperaturelektrolyse 150 der gesamte im Reaktor 113 erzeugte Dampf 25 bzw. entsprechende Wärme 25a für die Hochtemperaturelektrolyse 150 verwendet wird. Die Werte in Spalte „Reaktordampf“, die die für die Destillationskolonne 122 bzw. deren Sumpfverdampfer 124 zur Verfügung stehende Wärme angibt, betragen daher null. Es ist eine zusätzliche elektrische Heizung 203 erforderlich, um den Wärmebedarf des Sumpfverdampfers 124 zu decken. Der angegebene Strombedarf in Spalte „Elektr. Energie“ umfasst dabei den Strombedarf für die Wärmepumpe 201 und die elektrische Heizung 203. It is assumed that in the cases of high-temperature electrolysis 150, all of the steam 25 or corresponding heat 25a generated in the reactor 113 is used for the high-temperature electrolysis 150. The values in the “reactor steam” column, which indicates the heat available for the distillation column 122 or its bottom evaporator 124, are therefore zero. An additional electric heater 203 is required to cover the heat requirement of the bottom evaporator 124. The specified power requirement in the “Electrical energy” column includes the power requirement for the heat pump 201 and the electric heater 203.

Bei der PEM-Elektrolyse 104 sei davon ausgegangen, dass der gesamte Reaktordampf für den Betrieb Sumpfverdampfers 124 verwendet wird. Entsprechend ergeben sich die Werte in der Spalte „Reaktordampf“. Dementsprechend ist die erforderliche Wärmepumpenleistung deutlich geringer als im Fall der Hochtemperaturelektrolyse 150. Eine elektrische Heizung 203 ist nur dann erforderlich, wenn eine Dampfverdichtung verwendet wird, was jeweils die entsprechenden Werte in der Spalte „Elektr. Energie“ erklärt. For the PEM electrolysis 104, it is assumed that the entire reactor steam is used to operate the sump evaporator 124. The values in the “Reactor steam” column are calculated accordingly. Accordingly, the required heat pump output is significantly lower than in the case of the high-temperature electrolysis 150. An electric heater 203 is only required if steam compression is used, which explains the corresponding values in the “Electrical energy” column.

In den beiden Fällen, in denen eine Wärmepumpe 201 mit geschlossenem Kreislauf verwendet wird, ist die dem Sumpfverdampfer 124 zugeführte Wärme eine Kombination aus Wärme aus der Wärmequelle und von der Wärmepumpe 201 genutzter Elektrizität, wobei das Verhältnis hierbei insbesondere von einer Leistungszahl (COP) der Wärmepumpe 201 abhängt. In the two cases where a closed loop heat pump 201 is used, the heat supplied to the sump evaporator 124 is a combination of heat from the heat source and from the heat pump 201 used electricity, whereby the ratio depends in particular on a coefficient of performance (COP) of the heat pump 201.

Im Hinblick auf den stationären Wirkungsgrad sind die Fälle mit Dampfverdichtung besonders vorteilhaft. Es sei darauf hingewiesen, dass in beiden Fällen der Dampfverdichtung zumindest ein Teil der Wärme aus dem Reaktor 113 und/oder der elektrischen Heizung 203 stammt, d.h. diese Wärme kann gespeichert und/oder flexibel bereitgestellt werden. With regard to the steady-state efficiency, the cases with steam compression are particularly advantageous. It should be noted that in both cases of steam compression at least part of the heat comes from the reactor 113 and/or the electric heater 203, i.e. this heat can be stored and/or provided flexibly.

Bei Verwendung der PEM-Elektrolyse 104 sind die Alternativen mit Wärmepumpen 201 mit geschlossenem Kreislauf bei der angenommenen Leistungszahl nur geringfügig weniger effizient. Die Wärme aus den Prozessgaskühlern 1 15 und 116, die jeweils in der Spalte „Wärmequelle“ angegeben ist, kann als kostenlos betrachtet werden, da sie ansonsten an die Umwelt abgegeben wird. When using PEM electrolysis 104, the alternatives with closed-loop heat pumps 201 are only slightly less efficient at the assumed coefficient of performance. The heat from the process gas coolers 115 and 116, which is indicated in the "Heat source" column, can be considered free of charge, since it would otherwise be released into the environment.

Bei Verwendung einer Hochtemperatur- bzw. Festoxidelektrolyse 150 ist die Diskrepanz zwischen Dampfverdichtungs- und Kreislaufwärmepumpen größer, da eine Wärmepumpe 201 , die die Wärme aus dem Verdichter 107a oder dem Prozessgas, d.h. den Prozessgaskühlern 1 15, 116, nutzt, nicht ausreicht, um genügend Wärme für den Sumpfverdampfer 124 zu liefern, und daher ggf. eine elektrische Heizung 203 verwendet werden muss. When using high-temperature or solid oxide electrolysis 150, the discrepancy between vapor compression and cycle heat pumps is greater, since a heat pump 201 that uses the heat from the compressor 107a or the process gas, i.e. the process gas coolers 115, 116, is not sufficient to supply enough heat for the sump evaporator 124, and therefore an electric heater 203 may have to be used.

Die Installation von zwei Wärmepumpen 201 , die die beiden Wärmequellen nutzen, würde dieses Problem zwar lösen, aber ggf. die Komplexität des Systems und die Investitionskosten erhöhen. Dennoch können Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sich auch auf eine derartige Kombination erstrecken. Although installing two heat pumps 201 using the two heat sources would solve this problem, it might increase the complexity of the system and the investment costs. Nevertheless, embodiments of the present invention may also extend to such a combination.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung und ihrer Ausgestaltungen besteht darin, dass die temporäre Entkopplung der Wärmeintegration die Entkopplung der Kolonnenlast von der Gesamtlast für den Prozess ermöglicht. Dies ist besonders vorteilhaft für die Versorgung mit grünem Wasserstoff. A particular advantage of the invention and its embodiments is that the temporary decoupling of the heat integration enables the decoupling of the column load from the total load for the process. This is particularly advantageous for the supply of green hydrogen.

In Kombination mit einem optionalen Rohmethanoltank, der sich zwischen dem Niederdruckseparator, d.h. dem Phasentrenner 121 , und der Destillationskolonne 122 befindet, ermöglicht die Erfindung den Betrieb der Destillationskolonne 122 mit einer geringeren Last, während das übrige Verfahren mit einer hohen Last arbeitet, und mit einer höheren Last, während das übrige Verfahren mit einer niedrigen Last arbeitet.In combination with an optional raw methanol tank located between the low pressure separator, i.e. the phase separator 121, and the distillation column 122, the invention enables the operation of the distillation column 122 with a lower load while the rest of the process operates with a high load, and with a higher load while the rest of the process operates with a low load.

Dies ermöglicht es, die Investitionskosten der Destillationskolonne 122 zu senken und sie näher an ihrem optimalen Betriebspunkt zu betreiben als ohne die Erfindung und ihre entsprechend erläuterten Ausgestaltungen. This makes it possible to reduce the investment costs of the distillation column 122 and to operate it closer to its optimum operating point than without the invention and its correspondingly explained embodiments.

Tabelle 1

Figure imgf000020_0001
Table 1
Figure imgf000020_0001

Claims

Patentansprüche patent claims 1 . Verfahren (100, 200) zur Herstellung eines Verfahrensprodukts, wobei unter Verwendung einer Wasserelektrolyse (104, 150) Wasserstoff bereitgestellt wird, wobei der Wasserstoff oder ein Teil hiervon mit Kohlendioxid einer exothermen Reaktion unter Freisetzung von Wärme und Erhalt eines das Verfahrensprodukt enthaltenen Produktgemischs unterworfen wird, wobei das Produktgemisch oder ein Teil hiervon einer Destillation unter Verwendung einer oder mehrerer Destillationskolonnen (122) unterworfen wird, und wobei die eine oder zumindest eine der mehreren Destillationskolonnen (122) unter Verwendung von Wärme beheizt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Wärme unter Verwendung eines Heizsystems (210) bereitgestellt wird, das eine oder mehrere Wärmepumpen (201 ) und einen oder mehrere Wärmespeichereinheiten (202) umfasst, und dem in dem Verfahren (100, 200) anfallende Wärme zugeführt wird. 1. Process (100, 200) for producing a process product, wherein hydrogen is provided using water electrolysis (104, 150), wherein the hydrogen or a portion thereof is subjected to an exothermic reaction with carbon dioxide to release heat and obtain a product mixture containing the process product, wherein the product mixture or a portion thereof is subjected to distillation using one or more distillation columns (122), and wherein the one or at least one of the plurality of distillation columns (122) is heated using heat, characterized in that at least a portion of the heat is provided using a heating system (210) which comprises one or more heat pumps (201) and one or more heat storage units (202), and to which heat generated in the process (100, 200) is supplied. 2. Verfahren (100, 200) nach Anspruch 1 , wobei die in der exothermen Reaktion freigesetzte Wärme zu einem ersten Anteil zur Erzeugung von Dampf in einem Dampfsystem (204) verwendet und zu einem zweiten Anteil stromab hiervon in einem oder mehreren Prozessgaswärmetauschern (115, 1 16) abgeführt wird. 2. The method (100, 200) according to claim 1, wherein the heat released in the exothermic reaction is used to a first extent to generate steam in a steam system (204) and a second extent is removed downstream thereof in one or more process gas heat exchangers (115, 116). 3. Verfahren (100, 200) nach Anspruch 2, wobei die in dem Verfahren (100, 200) anfallende Wärme, die dem Heizsystem (210) zugeführt wird, zumindest einen Teil der Wärme umfasst, die in dem einen oder den mehreren Prozessgaswärmetauschern (115, 116) abgeführt wird. 3. The method (100, 200) of claim 2, wherein the heat generated in the method (100, 200) and supplied to the heating system (210) comprises at least a portion of the heat removed in the one or more process gas heat exchangers (115, 116). 4. Verfahren (100) nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Wasserelektrolyse (104) als Niedertemperaturelektrolyse durchgeführt wird oder eine Niedertemperaturelektrolyse umfasst. 4. The method (100) according to claim 2 or 3, wherein the water electrolysis (104) is carried out as low-temperature electrolysis or comprises low-temperature electrolysis. 5. Verfahren (100) nach Anspruch 4, wobei die Niedertemperaturelektrolyse eine Protonenaustauschmembranelektrolyse, Anionenaustauschmembranelektrolyse und/oder alkalische Elektrolyse umfasst. 5. The method (100) of claim 4, wherein the low temperature electrolysis comprises proton exchange membrane electrolysis, anion exchange membrane electrolysis and/or alkaline electrolysis. 6. Verfahren (100) nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Niedertemperaturelektrolyse Elektrolysewasser zugeführt wird, dem Wärme in einem Elektrolysewasserwärmetauscher (102) entzogen wird, und wobei die in dem Verfahren (100) anfallende Wärme, die dem Heizsystem (210) zugeführt wird, zumindest einen Teil der in dem Elektrolysewasserwärmetauscher (102) dem Elektrolysewasser entzogenen Wärme umfasst. 6. The method (100) according to claim 4 or 5, wherein electrolysis water is supplied to the low-temperature electrolysis, to which heat is added in an electrolysis water heat exchanger (102), and wherein the heat generated in the process (100) which is supplied to the heating system (210) comprises at least a portion of the heat extracted from the electrolysis water in the electrolysis water heat exchanger (102). 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die in dem Verfahren (100) anfallende Wärme, die dem Heizsystem (210) zugeführt wird, Wärme des in dem Dampfsystem (204) erzeugten Dampfs umfasst. 7. The method of any one of claims 4 to 6, wherein the heat generated in the method (100) that is supplied to the heating system (210) comprises heat from the steam generated in the steam system (204). 8. Verfahren (200) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei die Wasserelektrolyse (150) als Hochtemperaturelektrolyse durchgeführt wird oder eine Hochtemperaturelektrolyse umfasst. 8. The method (200) according to any one of claims 2 to 7, wherein the water electrolysis (150) is carried out as high-temperature electrolysis or comprises high-temperature electrolysis. 9. Verfahren (200) nach Anspruch 8, wobei die Hochtemperaturelektrolyse eine Festoxidelektrolyse umfasst. 9. The method (200) of claim 8, wherein the high temperature electrolysis comprises solid oxide electrolysis. 10. Verfahren (200) nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Hochtemperaturelektrolyse ein wasserstoffreicher Strom entnommen wird, der unter Freisetzung von Verdichtungswärme einer Verdichtung unterworfen wird, und wobei die in dem Verfahren (200) anfallende Wärme, die dem Heizsystem (210) zugeführt wird, zumindest einen Teil der Verdichtungswärme umfasst. 10. The method (200) according to claim 8 or 9, wherein a hydrogen-rich stream is taken from the high-temperature electrolysis, which is subjected to compression with the release of compression heat, and wherein the heat generated in the method (200) which is supplied to the heating system (210) comprises at least a portion of the compression heat. 1 1 . Verfahren (200) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Hochtemperaturelektrolyse unter Verwendung von Wärme durchgeführt wird, die Wärme des in dem Dampfsystem (204) erzeugten Dampfs oder einen Teil hiervon umfasst, und wobei die in dem Verfahren (200) anfallende Wärme, die dem Heizsystem (210) zugeführt wird, nur einen Teil oder keine Wärme des in dem Dampfsystem (204) erzeugten Dampfs umfasst. 1 1. The method (200) according to any one of claims 8 to 10, wherein the high temperature electrolysis is carried out using heat which comprises heat of the steam generated in the steam system (204) or a portion thereof, and wherein the heat generated in the method (200) which is supplied to the heating system (210) comprises only a portion or none of the heat of the steam generated in the steam system (204). 12. Verfahren (100, 200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Heizsystem (210) unter Verwendung einer Dampfverdichtung und/oder einer elektrischen Heizung (203) betrieben wird. 12. The method (100, 200) according to any one of the preceding claims, wherein the heating system (210) is operated using vapor compression and/or electric heating (203). 13. Verfahren (100, 200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem Methanol als das Verfahrensprodukt hergestellt wird. 13. A process (100, 200) according to any one of the preceding claims, wherein methanol is produced as the process product. 14. Anlage zur Herstellung eines Verfahrensprodukts, die dafür eingerichtet ist, unter Verwendung einer Wasserelektrolyse (104, 150) Wasserstoff bereitzustellen, den Wasserstoff oder einen Teil hiervon mit Kohlendioxid einer exothermen Reaktion unter Freisetzung von Wärme und Erhalt eines das Verfahrensprodukt enthaltenen Produktgemischs zu unterwerfen, das Produktgemisch oder einen Teil hiervon einer Destillation unter Verwendung einer oder mehrerer Destillationskolonnen (122) zu unterwerfen, und die eine oder zumindest eine der mehreren Destillationskolonnen (122) unter Verwendung von Wärme zu beheizen, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage ein Heizsystem mit einer oder mehreren Wärmepumpen (201) und einer oder mehreren Wärmespeichereinheiten (202) aufweist und dafür eingerichtet ist, zumindest einen Teil der Wärme unter Verwendung des Heizsystems (210) bereitzustellen und dem Heizsystem (210) in dem Verfahren (100, 200) anfallende Wärme zuzuführen. 14. Plant for producing a process product, which is designed to provide hydrogen using water electrolysis (104, 150), to subject the hydrogen or a portion thereof to an exothermic reaction with carbon dioxide to release heat and obtain a product mixture containing the process product, to subject the product mixture or a portion thereof to distillation using one or more distillation columns (122), and to heat one or at least one of the plurality of distillation columns (122) using heat, characterized in that the plant has a heating system with one or more heat pumps (201) and one or more heat storage units (202) and is designed to provide at least a portion of the heat using the heating system (210) and to supply heat arising in the process (100, 200) to the heating system (210). 15. Anlage nach Anspruch 14, die zur Durchführung eines Verfahrens (100, 200) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 eingerichtet ist. 15. System according to claim 14, which is set up to carry out a method (100, 200) according to one of claims 1 to 13.
PCT/EP2024/025143 2023-05-03 2024-04-04 Process and plant for producing a reaction product Pending WO2024227519A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP23020205.3 2023-05-03
EP23020205.3A EP4459009A1 (en) 2023-05-03 2023-05-03 Method and installation for producing a reaction product

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024227519A1 true WO2024227519A1 (en) 2024-11-07

Family

ID=86328942

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2024/025143 Pending WO2024227519A1 (en) 2023-05-03 2024-04-04 Process and plant for producing a reaction product

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP4459009A1 (en)
WO (1) WO2024227519A1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018019875A1 (en) * 2016-07-26 2018-02-01 Thyssenkrupp Industrial Solutions Ag Method and system for the production of methanol
US20200392053A1 (en) * 2019-06-12 2020-12-17 Livolt Ltd. Integration of Carbon Dioxide Absorption and Water Electrolysis into Methanation
WO2022136374A1 (en) * 2020-12-22 2022-06-30 Topsoe A/S Conversion of carbon dioxide and water to synthesis gas for producing methanol and hydrocarbon products

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018019875A1 (en) * 2016-07-26 2018-02-01 Thyssenkrupp Industrial Solutions Ag Method and system for the production of methanol
US20200392053A1 (en) * 2019-06-12 2020-12-17 Livolt Ltd. Integration of Carbon Dioxide Absorption and Water Electrolysis into Methanation
WO2022136374A1 (en) * 2020-12-22 2022-06-30 Topsoe A/S Conversion of carbon dioxide and water to synthesis gas for producing methanol and hydrocarbon products

Also Published As

Publication number Publication date
EP4459009A1 (en) 2024-11-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3488028B1 (en) Process for electrochemical preparation of ammonia
EP3491173B1 (en) Method and system for the production of methanol
EP3019582B1 (en) Flexibly operable power plant and method for the operation thereof
DE102013102969B4 (en) Process for producing predominantly liquid hydrocarbons and arrangement
EP2426236B1 (en) Method and fuel generation assembly for the carbon dioxide-neutral compensation of energy peaks and troughs in the generation of electrical energy and/or for producing a fuel containing hydrocarbons
DE69429332T2 (en) METHOD FOR GENERATING ELECTRICAL ENERGY BY MEANS OF SOLID POLYMER CELLS, FEEDED WITH HYDROCARBON
EP3390693B1 (en) Method for generating carbon-based secondary energy carriers or basic chemical products
DE68919380T2 (en) Process for converting fuel into electricity.
EP3491172B1 (en) Method and system for the production of methane
DE102016203753A1 (en) Process for the production of products under changing load conditions
EP4229229A1 (en) Integrated gas generator and electrical energy store
EP0490925B1 (en) Installation for generating electrical energy
WO2023208410A1 (en) Method and system for producing a process product
EP3106542B1 (en) Device for the synthesis of hydrogenated compounds
WO2024227519A1 (en) Process and plant for producing a reaction product
WO2024032928A1 (en) Method and system for obtaining a hydrogen-containing product using ammonia
DE102020210478A1 (en) Process for hydrogen synthesis using heat from a heat network using a high-temperature electrolysis system
DE102021122602B4 (en) Plant and process for the continuous production of ammonia using renewable energies
WO2024068047A1 (en) Process and system for preparing methanol
WO2025190595A1 (en) Method of operating a storage system for a power-to-x application
EP4606764A1 (en) Methanol delivery and reforming
EP4428266A1 (en) Method and installation for obtaining a synthesis product using high-temperature electrolysis
EP4357439A1 (en) Method for producing a target product and corresponding facility
WO2025114080A1 (en) Process and plant for producing a synthesis product

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 24718322

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

REG Reference to national code

Ref country code: BR

Ref legal event code: B01A

Ref document number: 112025023167

Country of ref document: BR

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2024718322

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2024718322

Country of ref document: EP

Effective date: 20251203

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2024718322

Country of ref document: EP

Effective date: 20251203