EP4083258A1

EP4083258A1 - Method and system for the production of hydrocarbons

Info

Publication number: EP4083258A1
Application number: EP21181829.9A
Authority: EP
Inventors: Markus Kinzl
Original assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2021-04-30
Filing date: 2021-06-25
Publication date: 2022-11-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Kohlenwasserstoffen (6), mit den Schritten: a) Durchführen einer Elektrolyse (3) von Wasser, wodurch Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt werden; b) Erzeugen einer Kohlenstoffquelle, die Kohlenstoffdioxid und/oder Kohlenstoffmonoxid aufweist oder im Wesentlichen aus Kohlenstoffdioxid und/oder Kohlenstoffmonoxid besteht; c) Herstellen (5) der Kohlenwasserstoffe (6) aus dem in Schritt a) erzeugten Wasserstoff und der in Schritt b) erzeugten Kohlenstoffquelle, wobei zumindest ein Teil der hergestellten Kohlenwasserstoffe als flüssige Kohlenwasserstoffe vorliegt und neben den Kohlenwasserstoffen (6) auch ein Abgas gebildet wird, das Wasserstoff, Kohlenstoffdioxid und/oder Kohlenstoffmonoxid aufweist; d) Abtrennen des Abgases von den flüssigen Kohlenwasserstoffen (6); e) Durchführen einer Abgasverwertung (8), in der eine Reaktion des Abgases mit dem in Schritt a) erzeugten Sauerstoff und/oder mit Wasser durchgeführt wird, wodurch Verwertungsprodukte gebildet werden, die Kohlenstoffdioxid und/oder Kohlenstoffmonoxid, Wasser und optional Wasserstoff aufweisen.The invention relates to a method for producing hydrocarbons (6), with the steps: a) carrying out an electrolysis (3) of water, whereby hydrogen and oxygen are produced; b) generating a carbon source comprising carbon dioxide and/or carbon monoxide or consisting essentially of carbon dioxide and/or carbon monoxide; c) Production (5) of the hydrocarbons (6) from the hydrogen produced in step a) and the carbon source produced in step b), wherein at least part of the hydrocarbons produced is present as liquid hydrocarbons and an exhaust gas is also formed in addition to the hydrocarbons (6). containing hydrogen, carbon dioxide and/or carbon monoxide; d) separating the exhaust gas from the liquid hydrocarbons (6); e) performing an exhaust gas utilization (8), in which a reaction of the exhaust gas with the oxygen generated in step a) and/or with water is carried out, whereby utilization products are formed which have carbon dioxide and/or carbon monoxide, water and optionally hydrogen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zum Herstellen von Kohlenwasserstoffen.The invention relates to a method and a plant for producing hydrocarbons.

Regenerative Kohlenwasserstoffe zeichnen sich dadurch aus, dass sie durch die Verwendung regenerativer Edukte hergestellt sind. Die regenerativen Edukte können beispielsweise regeneratives Kohlenstoffdioxid, das beispielsweise aus Biomasse gewonnen wird, und regenerativen Wasserstoff aufweisen, der beispielsweise durch Elektrolyse von Wasser insbesondere unter Verwendung von regenerativ erzeugtem Strom gewonnen wird. Die Herstellung der regenerativen Edukte und auch die Umsetzung der regenerativen Edukte zu den regenerativen Kohlenwasserstoffen sind energieintensiv und damit auch kostenintensiv. Derzeit betragen die Kosten für die Herstellung der regenerativen Kohlenwasserstoffe ein Mehrfaches der Herstellungskosten der gleichen Kohlenwasserstoffe aus fossilen Rohstoffen.Regenerative hydrocarbons are characterized in that they are produced using regenerative starting materials. The regenerative starting materials can include, for example, regenerative carbon dioxide, which is obtained, for example, from biomass, and regenerative hydrogen, which is obtained, for example, by electrolysis of water, in particular using regeneratively generated electricity. The production of the regenerative starting materials and also the conversion of the regenerative starting materials to form the regenerative hydrocarbons are energy-intensive and therefore also cost-intensive. Currently, the costs for the production of regenerative hydrocarbons are several times the production costs of the same hydrocarbons from fossil raw materials.

Bisher existieren verschiedene Routen, die eine Herstellung der regenerativen Kohlenwasserstoffe ermöglichen. An dieser Stelle sollen nur die wichtigsten Routen, die die Fischer-Tropsch-Synthese, die Alcohol-to-Fuel-Routen, die Methanol-Route und das TIGAS-Verfahren sind, kurz dargestellt werden.So far, there have been various routes that enable the production of regenerative hydrocarbons. At this point, only the most important routes, which are the Fischer-Tropsch synthesis, the alcohol-to-fuel routes, the methanol route and the TIGAS process, are briefly presented.

Die Fischer-Tropsch-Synthese ermöglicht die Herstellung verschiedener synthetischer Kohlenwasserstoff-Kraftstoffe, insbesondere Diesel, Kerosin, Benzin und Flüssiggas. Diese Technologie hat jedoch zwei Nachteile: Der erste Nachteil besteht darin, dass die genannten Produkte nebeneinander und nur mit geringer Selektivität entstehen, was die Notwendigkeit mit sich bringt, alle genannten Produkte gleichzeitig vermarkten zu müssen. Die wünschenswerte Herstellung eines bestimmten Produktes unter gleichzeitiger Entstehung nur geringer Mengen der anderen Produkte ist über diese Route praktisch nicht erreichbar. Der zweite Nachteil der Fischer-Tropsch-Synthese besteht darin, dass Kohlenstoffmonoxid als Edukt benötigt wird. Regenerativ gewonnenes Kohlenstoffdioxid muss demnach zunächst zum Kohlenstoffmonoxid reduziert werden, was nur über die beiden nicht ausgereiften Technologien Reverse-Water-Gas-Shift (RWGS) und Solid-Oxide-Electrolysis (SOEC) möglich ist. Die mit RWGS und SOEC verbundenen hohen Temperaturen im Bereich von mehr als 800 °C stellen extreme Anforderungen an die benötigten Werkstoffe und Katalysatoren. Zudem ist unter diesen Bedingungen mit einer vergleichsweise schnellen Verkokung der aktiven Oberflächen zu rechnen.The Fischer-Tropsch synthesis enables the production of various synthetic hydrocarbon fuels, in particular diesel, kerosene, gasoline and LPG. However, this technology has two disadvantages: the first disadvantage is that the products mentioned are produced side by side and only with low selectivity, which entails the need to have to market all the products mentioned at the same time. The desirability of producing a particular product while only producing small amounts of the other products is over this route is practically inaccessible. The second disadvantage of the Fischer-Tropsch synthesis is that carbon monoxide is required as a starting material. Regeneratively obtained carbon dioxide must therefore first be reduced to carbon monoxide, which is only possible using the two immature technologies Reverse Water Gas Shift (RWGS) and Solid Oxide Electrolysis (SOEC). The high temperatures in the range of more than 800 °C associated with RWGS and SOEC place extreme demands on the required materials and catalysts. In addition, under these conditions, relatively rapid coking of the active surfaces is to be expected.

Die Alcohol-to-Fuel-Routen beruhen auf der Herstellung von Ethanol durch Synthesegas-Fermentation, bei der Kohlenstoffdioxid und/oder Kohlenstoffmonoxid sowie Wasserstoff mikrobiologisch zu dem Ethanol umgesetzt werden. Das Ethanol wird anschließend zu Ethylen dehydratisiert, das zu Oligomeren oligomerisiert wird. Die Oligomere werden anschließend zu den Kohlenwasserstoffen hydriert. Auf diese Weise sind verschiedene der Kohlenwasserstoffe mit vergleichsweise hohen Selektivitäten herstellbar, wie beispielsweise Kerosin. Neben der typischerweise geringen Raum-Zeit-Ausbeute der Synthesegas-Fermentation werden verschiedene Aspekte des Scale-up kritisch gesehen. Daher stellt sich die Frage, ob die Alcohol-to-Fuel-Routen im industriellen Großmaßstab zukünftig eine dominierende Rolle spielen können.The alcohol-to-fuel routes are based on the production of ethanol by synthesis gas fermentation, in which carbon dioxide and/or carbon monoxide and hydrogen are microbiologically converted into ethanol. The ethanol is then dehydrated to ethylene, which is oligomerized to oligomers. The oligomers are then hydrogenated to the hydrocarbons. In this way, various of the hydrocarbons can be produced with comparatively high selectivities, such as kerosene. In addition to the typically low space-time yield of syngas fermentation, various aspects of the scale-up are viewed critically. This raises the question of whether alcohol-to-fuel routes can play a dominant role on a large industrial scale in the future.

Die Methanol-Route, die auf der Herstellung von Methanol aus Kohlenstoffdioxid und Wasserstoff (CO₂ + 3 H₂ ⇄ CH₃OH + H₂O) und/oder aus Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff (CO + 2 H₂ ⇄ CH₃OH) sowie der Weiterverarbeitung des Methanols zu Kohlenwasserstoffen beruht, ist selektiver als die Fischer-Tropsch-Synthese, jedoch weniger selektiv als die Alcohol-to-Fuel-Routen. Die Scale-up-Möglichkeiten werden positiv eingeschätzt und die direkte Verwendbarkeit von regenerativem Kohlenstoffdioxid ist ein weiterer großer Vorteil dieser Route. Nachteilig am Stand der Technik ist die Notwendigkeit der Abtrennung des bei der mit Kohlenstoffdioxid durchgeführten Methanolsynthese entstehenden Reaktionswassers durch eine energieintensive Destillation. Das auf diese Weise entwässerte Methanol kann anschließend zu verschiedenen Endprodukten umgesetzt werden. Noch im Entwicklungsstadium (Technikumsmaßstab) befindet sich die Methanol-to-Kerosene-Technologie. Methanol-to-Olefin-Technologien, die auf die Herstellung von Ethylen, Propylen und Butylen abzielen wurden teilweise bis in den Produktionsmaßstab entwickelt. Am bekanntesten ist die Methanol-to-Gasoline-Technologie, die bereits für die Herstellung von synthetischem Benzin im Großmaßstab angewendet worden ist. Neben dem Hauptprodukt Benzin entstehen Flüssiggas und in kleinen Mengen ein C₁/C₂-Kohlenwasserstoff-Gemisch.The methanol route, based on the production of methanol from carbon dioxide and hydrogen (CO ₂ + 3 H ₂ ⇄ CH ₃ OH + H ₂ O) and/or from carbon monoxide and hydrogen (CO + 2 H ₂ ⇄ CH ₃ OH) as well based on the further processing of the methanol into hydrocarbons is more selective than the Fischer-Tropsch synthesis, but less selective than the alcohol-to-fuel routes. The scale-up possibilities are assessed positively and the direct usability of regenerative carbon dioxide is another major advantage of this Route. A disadvantage of the prior art is the need to separate off the water of reaction formed in the methanol synthesis carried out with carbon dioxide by an energy-intensive distillation. The methanol dewatered in this way can then be converted into various end products. The methanol-to-kerosene technology is still in the development stage (technical scale). Methanol-to-olefin technologies aimed at the production of ethylene, propylene and butylene have been partially developed to production scale. The best known is the methanol-to-gasoline technology, which has already been applied to the large-scale production of synthetic gasoline. In addition to the main product, petrol, liquid gas and, in small quantities, a C ₁ /C ₂ hydrocarbon mixture are produced.

In Figur 1 ist das Verfahren gemäß der Methanol-Route gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Es wird ein Massenstrom 78, der Kohlenstoffdioxid und/oder Kohlenstoffmonoxid sowie Wasserstoff aufweist oder aus Kohlenstoffdioxid und/oder Kohlenstoffmonoxid sowie Wasserstoff besteht, einer Synthese von Methanol 13 zugeführt. Dadurch entsteht ein Massenstrom 71, der Methanol, Wasser sowie nicht umgesetzte Edukte aufweist. Selbst bei sehr hohen Umsätzen von höher als 90 % werden die Verluste nicht akzeptiert. Daher wird eine Trennung 14 des Massenstroms 71 durchgeführt, wobei in der Trennung 14 das Wasser und das Methanol von den nicht umgesetzten Edukten durch eine Kondensation abgetrennt werden. Die nicht umgesetzten Edukte bilden einen Massenstrom 72, der wieder der Synthese von Methanol 13 zugeführt wird. Das in der Trennung 14 entstehende Gemisch aus Methanol und Wasser wird in einem Massenstrom 73 einer Destillation 15 zugeführt, um das Methanol von dem Wasser zu trennen. Das Wasser kann in einem Massenstrom 75 einer Abwasserbehandlung 17 zugeführt werden. Das Methanol muss in einem Massenstrom 74 einer Kondensation 16 (Kondensator am Kopf der Destillationskolonne) und in einem anschließenden Massenstrom 76 einer Verdampfung 18 zugeführt werden, da die anschließende Kohlenwasserstoffsynthese 19 in der Gasphase abläuft. Ein Teil des in der Kondensation 16 entstehenden Kondensats 16 kann als ein Massenstrom 79 zu dem Kolonnenkopf zurückgeführt werden. Bei der Trennung 14 hat eine erste Kühlung 81, bei der Destillation 15 hat eine erste Erwärmung 82, bei der Kondensation 16 hat eine zweite Kühlung 83 und bei der Verdampfung 18 hat eine zweite Erwärmung 84 zu erfolgen. Dies macht den Prozess energieintensiv und damit kostenintensiv. Es ist trotzdem notwendig, die nicht umgesetzten Edukte in dem Massenstrom 72 zurückzuführen, was verständlich wird, wenn man den hohen Energieaufwand bei der regenerativen Gewinnung dieser Edukte berücksichtigt.In figure 1 the process according to the prior art methanol route is shown. A mass flow 78 which has carbon dioxide and/or carbon monoxide and hydrogen or consists of carbon dioxide and/or carbon monoxide and hydrogen is fed to a synthesis of methanol 13 . This creates a mass flow 71 which has methanol, water and unreacted starting materials. Even with very high turnovers of more than 90%, the losses are not accepted. Therefore, a separation 14 of the mass flow 71 is carried out, the water and the methanol being separated from the unreacted starting materials by a condensation in the separation 14 . The unreacted starting materials form a mass flow 72 which is fed back to the synthesis of methanol 13 . The mixture of methanol and water formed in the separation 14 is fed in a mass flow 73 to a distillation 15 in order to separate the methanol from the water. The water can be fed to a waste water treatment 17 in a mass flow 75 . The methanol must be supplied in a mass flow 74 to a condensation 16 (condenser at the top of the distillation column) and in a subsequent mass flow 76 to an evaporation 18, since the subsequent hydrocarbon synthesis 19 takes place in the gas phase. A portion of the condensate 16 formed in the condensation 16 can be returned to the top of the column as a mass flow 79 . In the separation 14 a first cooling 81 has to take place, in the distillation 15 a first heating 82 has to take place, in the condensation 16 a second cooling 83 has to take place and in the evaporation 18 a second heating 84 has to take place. This makes the process energy-intensive and therefore cost-intensive. It is nevertheless necessary to return the unreacted educts in the mass flow 72, which becomes understandable when the high energy consumption in the regenerative production of these educts is taken into account.

Eine Alternativtechnologie zur Methanol-to-Gasoline-Technologie stellt das TIGAS-Verfahren dar, bei dem im ersten Schritt eine Mischung entsteht, die vor allem Methanol, Dimethylether und Wasser enthält. Diese Mischung wird ohne eine Abtrennung des Wassers direkt zu Benzin umgesetzt. Trotz dieser Vereinfachung und verschiedener technologischer und wirtschaftlicher Vorteile eignet sich die TIGAS-Technologie derzeit nicht für die Herstellung regenerativer Kohlenwasserstoffe, denn ähnlich wie bei der Fischer-Tropsch-Synthese wird bei dem TIGAS-Verfahren Kohlenstoffmonoxid als Edukt eingesetzt (3 CO + 3 H₂ -> CH₃-O-CH₃ + CO₂), so dass auch hier die beschriebene Problematik der geringen Reife der RWGS-Technologie und SOEC-Technologie ins Spiel kommt.An alternative technology to the methanol-to-gasoline technology is the TIGAS process, in which a mixture is produced in the first step that mainly contains methanol, dimethyl ether and water. This mixture is converted directly into gasoline without separating the water. Despite this simplification and various technological and economic advantages, the TIGAS technology is currently not suitable for the production of regenerative hydrocarbons, because similar to the Fischer-Tropsch synthesis, the TIGAS process uses carbon monoxide as a starting material (3 CO + 3 H ₂ -> CH ₃ -O-CH ₃ + CO ₂ ), so that the described problem of the low maturity of the RWGS technology and SOEC technology also comes into play here.

Um die flüssigen Kohlenwasserstoffe kostengünstig herstellen zu können, ist es in allen Verfahren erforderlich, dass die eingesetzten Edukte möglichst vollständig verwendet werden und/oder dass möglichst wenig Energie in den Verfahren einzusetzen ist.In order to be able to produce the liquid hydrocarbons inexpensively, it is necessary in all processes that the starting materials used are used as completely as possible and/or that as little energy as possible is used in the process.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Anlage zu schaffen, mit denen flüssige Kohlenwasserstoffe kostengünstig hergestellt werden können.The object of the invention is therefore to create a method and a plant with which liquid hydrocarbons can be produced inexpensively.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen von Kohlenwasserstoffen weist die Schritte auf: a) Durchführen einer Elektrolyse von Wasser, wodurch Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt werden; b) Erzeugen einer Kohlenstoffquelle, die Kohlenstoffdioxid und/oder Kohlenstoffmonoxid aufweist oder im Wesentlichen aus Kohlenstoffdioxid und/oder Kohlenstoffmonoxid besteht; c) Herstellen der Kohlenwasserstoffe aus dem in Schritt a) erzeugten Wasserstoff und der in Schritt b) erzeugten Kohlenstoffquelle, wobei zumindest ein Teil der hergestellten Kohlenwasserstoffe als flüssige Kohlenwasserstoffe vorliegt und neben den Kohlenwasserstoffen auch ein Abgas gebildet wird, das Wasserstoff, Kohlenstoffdioxid und/oder Kohlenstoffmonoxid sowie optional gasförmige Kohlenwasserstoffe aufweist; d) Abtrennen des Abgases von den flüssigen Kohlenwasserstoffen; e) Durchführen einer Abgasverwertung, in der eine Reaktion des Abgases mit dem in Schritt a) erzeugten Sauerstoff und/oder mit Wasser durchgeführt wird, wodurch Verwertungsprodukte gebildet werden, die Kohlenstoffdioxid und/oder Kohlenstoffmonoxid, Wasser und optional Wasserstoff aufweisen.The method according to the invention for producing hydrocarbons comprises the steps of: a) performing an electrolysis of water, whereby hydrogen and oxygen are produced; b) generating a carbon source comprising carbon dioxide and/or carbon monoxide or consisting essentially of carbon dioxide and/or carbon monoxide; c) Production of the hydrocarbons from the hydrogen produced in step a) and the carbon source produced in step b), wherein at least part of the hydrocarbons produced is present as liquid hydrocarbons and, in addition to the hydrocarbons, an exhaust gas is also formed which contains hydrogen, carbon dioxide and/or carbon monoxide and optionally gaseous hydrocarbons; d) separating the exhaust gas from the liquid hydrocarbons; e) performing exhaust gas utilization in which the exhaust gas is reacted with the oxygen produced in step a) and/or with water, whereby utilization products are formed which have carbon dioxide and/or carbon monoxide, water and optionally hydrogen.

Bei der Abgasverwertung entsteht vorteilhaft Wärme, die ebenfalls verwertet werden kann, beispielsweise indem die Wärme in Strom umgewandelt wird, beispielsweise indem die Reaktion in dem Schritt e) in einer Gasturbine durchgeführt wird, und/oder indem die Wärme verwendet wird, beispielsweise um eine Verdampfung und/oder eine Destillation durchzuführen. Dadurch, dass die Wärme in Strom umgewandelt wird oder verwendet wird, ist das Verfahren zum Herstellen der Kohlenwasserstoffe vorteilhaft kostengünstig. Die Abgasverwertung kann durchgeführt werden, indem eine Verbrennung des Abgases mit dem in Schritt a) erzeugten Sauerstoff, der aufgrund seiner Reinheit besonders energiereich ist, durchgeführt wird. Dies hat den zusätzlichen Vorteil, dass der in dem Schritt a) in der Elektrolyse erzeugte Sauerstoff auch verwertet wird, wodurch das Verfahren noch kostengünstiger wird. Alternativ kann die Abgasverwertung durchgeführt werden, indem eine Vergasung des Abgases durch eine Reaktion mit dem Wasser durchgeführt wird. Die Vergasung kann ohne die Zugabe von Sauerstoff oder mit der Zugabe des in Schritt a) in der Elektrolyse erzeugten Sauerstoffs durchgeführt werden. Auch hier gilt, dass durch die Verwertung des Sauerstoffs in der Vergasung das Verfahren besonders kostengünstig wird. Indem in Schritt e) die Reaktion unter Verwendung von dem in Schritt a) erzeugten Sauerstoff und nicht unter Verwendung von Luft durchgeführt wird, wird zudem vorteilhaft erreicht, dass im Wesentlichen keine unerwünschten Stoffe, wie beispielsweise Stickstoff und/oder Edelgase, an dieser Stelle in das Verfahren eingetragen werden.Exhaust gas utilization advantageously produces heat, which can also be utilized, for example by converting the heat into electricity, for example by carrying out the reaction in step e) in a gas turbine, and/or by using the heat, for example for evaporation and/or carry out a distillation. Advantageously, by converting or using the heat to electricity, the process for producing the hydrocarbons is inexpensive. Exhaust gas utilization can be carried out by carrying out combustion of the exhaust gas with the oxygen produced in step a), which is particularly rich in energy due to its purity. This has the additional advantage that the oxygen generated in step a) in the electrolysis is also utilized, making the process even cheaper. Alternatively, the Exhaust gas utilization can be carried out by gasification of the exhaust gas is carried out by a reaction with the water. The gasification can be carried out without the addition of oxygen or with the addition of the oxygen produced in step a) in the electrolysis. Here, too, the utilization of the oxygen in the gasification process makes the process particularly cost-effective. By carrying out the reaction in step e) using the oxygen generated in step a) and not using air, it is also advantageously achieved that essentially no undesirable substances, such as nitrogen and/or noble gases, are present at this point in the procedure to be entered.

Um zu erreichen, dass der Teil der hergestellten Kohlenwasserstoffe als die flüssigen Kohlenwasserstoffe vorliegt, kann eine Abkühlung der in dem Schritt c) erzeugten Reaktionsprodukte durchgeführt werden. Die dabei anfallenden flüssigen Kohlenwasserstoffe lassen sich besonders gut vermarkten.In order to achieve that part of the hydrocarbons produced is present as the liquid hydrocarbons, cooling of the reaction products produced in step c) can be carried out. The resulting liquid hydrocarbons can be marketed particularly well.

Es ist bevorzugt, dass das Verfahren den Schritt aufweist: f) Abtrennen von Wasser von den Verwertungsprodukten. Dadurch bestehen die Verwertungsprodukte im Wesentlichen aus Kohlenstoffdioxid, Kohlenstoffmonoxid und/oder Wasserstoff. Dadurch haben die Verwertungsprodukte einen höheren Wert als wenn das Wasser noch in den Verwertungsprodukten enthalten wäre.It is preferred that the process has the step: f) separating water from the utilization products. As a result, the recycling products essentially consist of carbon dioxide, carbon monoxide and/or hydrogen. As a result, the recycling products have a higher value than if the water were still contained in the recycling products.

Das in Schritt f) abgetrennte Wasser wird bevorzugt in Schritt a) für die Elektrolyse verwendet, um daraus den Wasserstoff und den Sauerstoff zu erzeugen, und/oder in Schritt e) verwendet, um die Reaktion mit dem Abgas durchzuführen. Das in Schritt f) abgetrennte Wasser ist im Gegensatz zu Frischwasser bereits entmineralisiert. Daher kann die Menge an dem Frischwasser, die dem Verfahren zuzuführen ist und das vorher zu entmineralisieren ist, verringert werden, wodurch das Verfahren noch kostengünstiger wird. Zudem eignet sich dadurch das Verfahren auch in Regionen durchgeführt zu werden, in denen nur geringe Ressourcen an Frischwasser vorliegen.The water separated off in step f) is preferably used in step a) for the electrolysis in order to generate the hydrogen and the oxygen therefrom, and/or used in step e) to carry out the reaction with the exhaust gas. In contrast to fresh water, the water separated off in step f) is already demineralized. Therefore, the amount of fresh water to be fed to the process and to be demineralized beforehand can be reduced, making the process even more cost-effective becomes. In addition, the method is also suitable for being carried out in regions in which only few fresh water resources are available.

Es ist bevorzugt, dass in Schritt c) die Kohlenwasserstoffe auch aus den in Schritt e) erzeugten Verwertungsprodukten hergestellt werden. Dadurch geht dem Verfahren vorteilhafterweise kein oder nur wenig Kohlenstoff verloren, wodurch das Verfahren noch kostengünstiger wird. Es ist hierbei besonders bevorzugt, in dem Schritt f) das Wasser abzutrennen, weil es sich bei dem Herstellen der Kohlenwasserstoffe um eine Gleichgewichtsreaktion handelt und in den Verwertungsprodukten enthaltenes Wasser die Ausbeute der flüssigen Kohlenwasserstoffe in dem Schritt c) vermindern würden.It is preferred that in step c) the hydrocarbons are also produced from the utilization products generated in step e). Advantageously, this means that little or no carbon is lost from the process, making the process even more cost-effective. It is particularly preferred here to separate off the water in step f), because the production of the hydrocarbons is an equilibrium reaction and water contained in the utilization products would reduce the yield of the liquid hydrocarbons in step c).

In Schritt e) entstehende Wärme wird bevorzugt teilweise oder vollständig einem endothermen Schritt oder mehreren endothermen Schritten des Verfahrens zugeführt. Dadurch können die Kosten zum Durchführen des Verfahrens verringert werden. Der endotherme Schritt oder die endothermen Schritte können beispielsweise eine Verdampfung und/oder eine Destillation sein.Heat generated in step e) is preferably supplied partially or completely to an endothermic step or to a plurality of endothermic steps of the process. This can reduce the cost of performing the method. The endothermic step or steps can be, for example, an evaporation and/or a distillation.

Es ist bevorzugt, dass das Verfahren kontinuierlich durchgeführt wird. Dadurch entstehen insbesondere ein kontinuierlicher Massenstrom der flüssigen Kohlenwasserstoffe, ein kontinuierlicher Massenstrom des Abgases und ein kontinuierlicher Massenstrom der Verwertungsprodukte.It is preferred that the process is carried out continuously. This results in particular in a continuous mass flow of the liquid hydrocarbons, a continuous mass flow of the exhaust gas and a continuous mass flow of the utilization products.

Es ist bevorzugt, dass in Schritt c) ein Teil der hergestellten Kohlenwasserstoffe als gasförmige Kohlenwasserstoffe vorliegt und in Schritt e) die Reaktion auch mit zumindest einem Teil der in Schritt c) hergestellten gasförmigen Kohlenwasserstoffe durchgeführt wird. Dadurch entsteht in dem Schritt e) vorteilhaft mehr Wärme, als wenn die Reaktion nur mit dem Kohlendioxid und/oder dem Kohlenmonoxid sowie dem Wasserstoff durchgeführt wird. Dies ist besonders relevant, wenn in dem Schritt e) nicht genügend Wärme freigesetzt wird, um endotherme Prozesse des Verfahrens aufrecht zu erhalten. Dabei ist es besonders bevorzugt, dass es sich bei der Reaktion um die Vergasung handelt.It is preferred that in step c) some of the hydrocarbons produced are present as gaseous hydrocarbons and in step e) the reaction is also carried out with at least some of the gaseous hydrocarbons produced in step c). This advantageously produces more heat in step e) than if the reaction was only with the carbon dioxide and/or the Carbon monoxide and hydrogen is carried out. This is particularly relevant when not enough heat is released in step e) to sustain endothermic processes of the process. It is particularly preferred that the reaction is gasification.

Es ist bevorzugt, dass in Schritt c) der Teil der gasförmigen Kohlenwasserstoffe als ein Teil des Abgases gebildet wird und/oder der Teil der gasförmigen Kohlenwasserstoffe durch Destillation von den flüssigen Kohlenwasserstoffen abgetrennt wird und anschließend dem Abgas beigemischt wird.It is preferred that in step c) the part of the gaseous hydrocarbons is formed as part of the exhaust gas and/or the part of the gaseous hydrocarbons is separated from the liquid hydrocarbons by distillation and then mixed with the exhaust gas.

Die gasförmigen Kohlenwasserstoffe weisen besonders bevorzugt C₁-Kohlenwasserstoff, C₂-Kohlenwasserstoff, C₃-Kohlenwasserstoff und/oder C₄-Kohlenwasserstoff auf oder bestehen besonders bevorzugt im Wesentlichen aus C₁-Kohlenwasserstoff, C₂-Kohlenwasserstoff, C₃-Kohlenwasserstoff und/oder C₄-Kohlenwasserstoff. Diese Kohlenwasserstoffe haben üblicherweise einen geringeren Handelswert als die Kohlenwasserstoffe, die längere Ketten haben. Der C₁-Kohlenstoff und der C₂-Kohlenstoff können in dem Abgas enthalten sein. Es ist denkbar, dass der C₁-Kohlenwasserstoff, der C₂-Kohlenwasserstoff, der C₃-Kohlenwasserstoff und/oder der C₄-Kohlenwasserstoff zumindest teilweise in den flüssigen Kohlenwasserstoffen gelöst sind. Dabei ist denkbar, dass in einer ersten Destillationskolonne der C₁-Kohlenwasserstoff und der C₂-Kohlenwasserstoff abgetrennt werden und anschließend zumindest teilweise mit dem Abgas gemischt werden. Zudem ist denkbar, dass in einer zweiten Destillationskolonne der C₃-Kohlenwasserstoff und der C₄-Kohlenwasserstoff abgetrennt werden und anschließend zumindest teilweise mit dem Abgas gemischt werden.The gaseous hydrocarbons particularly preferably contain C ₁ hydrocarbon, C ₂ hydrocarbon, C ₃ hydrocarbon and/or C ₄ hydrocarbon or consist particularly essentially of C ₁ hydrocarbon, C ₂ hydrocarbon, C ₃ hydrocarbon and /or C ₄ hydrocarbon. These hydrocarbons usually have a lower commercial value than the hydrocarbons that have longer chains. The C ₁ carbon and the C ₂ carbon may be contained in the exhaust gas. It is conceivable that the C ₁ hydrocarbon, the C ₂ hydrocarbon, the C ₃ hydrocarbon and/or the C ₄ hydrocarbon are at least partially dissolved in the liquid hydrocarbons. It is conceivable that the C ₁ hydrocarbon and the C ₂ hydrocarbon are separated off in a first distillation column and then at least partially mixed with the exhaust gas. It is also conceivable that the C ₃ hydrocarbon and the C ₄ hydrocarbon are separated off in a second distillation column and then at least partially mixed with the exhaust gas.

In Schritt c) wird auch Wasser gebildet und das Verfahren weist bevorzugt den Schritt auf: g) Abtrennen des Wassers von dem Abgas und den Kohlenwasserstoffen. Dies kann beispielsweise durch eine Kondensation des Wassers und einer Phasentrennung von den flüssigen Kohlenwasserstoffen erfolgen. Dabei ist besonders bevorzugt, dass das in Schritt g) abgetrennte Wasser in Schritt a) für die Elektrolyse verwendet wird, um daraus den Wasserstoff und den Sauerstoff zu erzeugen, und/oder in Schritt e) verwendet wird, um die Reaktion mit dem Abgas durchzuführen. Das in Schritt g) abgetrennte Wasser ist im Gegensatz zu Frischwasser bereits entmineralisiert. Daher kann die Menge an dem Frischwasser, die dem Verfahren zuzuführen ist und das vorher zu entmineralisieren ist, verringert werden, wodurch das Verfahren noch kostengünstiger wird. Zudem eignet sich dadurch das Verfahren auch in Regionen durchgeführt zu werden, in denen nur geringe Ressourcen an Frischwasser vorliegen. In dem Fall, dass das in Schritt g) abgetrennte Wasser in Schritt e) verwendet wird, um die Reaktion mit dem Abgas durchzuführen, ergibt sich zudem der Vorteil, dass eventuell in dem Wasser gelöste Kohlenwasserstoffe mit vergast werden.Water is also formed in step c) and the process preferably comprises the step: g) separating the water from the exhaust gas and the hydrocarbons. This can be done, for example, by condensing the water and separating the phases from the liquid hydrocarbons take place. It is particularly preferred that the water separated off in step g) is used in step a) for the electrolysis in order to generate the hydrogen and the oxygen therefrom, and/or is used in step e) to carry out the reaction with the exhaust gas . In contrast to fresh water, the water separated off in step g) is already demineralized. Therefore, the amount of fresh water to be fed to the process and to be demineralized beforehand can be reduced, making the process even more cost-effective. In addition, the method is also suitable for being carried out in regions in which only few fresh water resources are available. If the water separated off in step g) is used in step e) to carry out the reaction with the exhaust gas, there is also the advantage that any hydrocarbons dissolved in the water are also gasified.

In Schritt b) werden bevorzugt Kohlenstoffdioxid aus Luft extrahiert, Biomasse verbrannt, Biomasse vergast und/oder Verbrennungsabgase erzeugt. Verfahren zum Extrahieren des Kohlenstoffdioxids aus der Luft sind unter dem Begriff "direct air capture" (DAC) bekannt. Beispielsweise wird das Kohlenstoffdioxid mittels einer Adsorption oder durch eine Reaktion mit Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid aus der Luft extrahiert, bevor es gewöhnlich durch Zuführung von Energie wieder desorbiert wird und dadurch für nachfolgende Prozesse zur Verfügung gestellt wird. Indem das Kohlenstoffdioxid aus der Luft extrahiert wird oder aus der Biomasse gewonnen wird, können die Kohlenwasserstoffe vorteilhaft regenerativ, d.h. ohne den Einsatz fossiler Kohlenstoffquellen, gewonnen werden. Alternativ ist denkbar, dass die Verbrennungsabgase aus einem nicht vermeidbaren Verbrennungsprozess eingesetzt werden. Wird das Kohlenstoffdioxid aus der Luft extrahiert, so hat das den Vorteil, dass im Wesentlichen keine unerwünschten Stoffe, wie beispielsweise Stickstoff und/oder Edelgase, in das Verfahren gelangen.In step b), carbon dioxide is preferably extracted from air, biomass is burned, biomass is gasified and/or combustion exhaust gases are generated. Methods for extracting carbon dioxide from the air are known by the term "direct air capture" (DAC). For example, the carbon dioxide is extracted from the air by adsorption or by a reaction with sodium hydroxide or potassium hydroxide before it is usually desorbed again by supplying energy and is thereby made available for subsequent processes. By extracting the carbon dioxide from the air or from the biomass, the hydrocarbons can advantageously be obtained regeneratively, ie without using fossil carbon sources. Alternatively, it is conceivable that the combustion exhaust gases from an unavoidable combustion process are used. If the carbon dioxide is extracted from the air, this has the advantage that essentially no undesired substances, such as nitrogen and/or noble gases, enter the process.

Es ist bevorzugt, dass die Biomasse mittels des in Schritt a) erzeugten Sauerstoffs verbrannt oder vergast wird. Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass im Wesentlichen keine unerwünschten Stoffe, wie beispielsweise Stickstoff und/oder Edelgase, in das Verfahren gelangen.It is preferred that the biomass is burned or gasified using the oxygen generated in step a). This advantageously ensures that essentially no undesired substances, such as nitrogen and/or noble gases, get into the process.

Es ist bevorzugt, dass in Schritt c) in einer ersten Verfahrensstufe in einer Gleichgewichtsreaktion Methanol hergestellt wird und das Methanol, der in der Gleichgewichtsreaktion nicht umgesetzte Wasserstoff und der die in der Gleichgewichtsreaktion nicht umgesetzte Kohlenstoffquelle einer zweiten Verfahrensstufe zugeführt werden, in der die Kohlenwasserstoffe aus dem Methanol hergestellt werden. Im Vergleich zu dem Verfahren gemäß dem Stand der Technik (siehe Figur 1) werden der nicht umgesetzte Wasserstoff und die nicht umgesetzte Kohlenstoffquelle nicht der Synthese von Methanol zurückgeführt (siehe Massenstrom 72). Dadurch entfällt die energieintensive Abtrennung des Methanols, wodurch das Verfahren besonders kostengünstig ist. Ermöglicht wird dies dadurch, dass der nicht umgesetzte Wasserstoff und die nicht umgesetzte Kohlenstoffquelle nach der zweiten Verfahrensstufe in der Abgasverwertung in dem Schritt e) zu den Verwertungsprodukten umgewandelt werden.It is preferred that in step c) methanol is produced in a first process stage in an equilibrium reaction and the methanol, the hydrogen that has not reacted in the equilibrium reaction and the carbon source that has not reacted in the equilibrium reaction are fed to a second process stage in which the hydrocarbons are be produced from the methanol. Compared to the prior art method (see figure 1 ) the unreacted hydrogen and the unreacted carbon source are not recycled to the synthesis of methanol (see mass flow 72). This eliminates the energy-intensive separation of the methanol, making the process particularly cost-effective. This is made possible by the fact that the unreacted hydrogen and the unreacted carbon source are converted into the recycling products after the second process stage in the waste gas utilization in step e).

Es ist besonders bevorzugt, dass in der Gleichgewichtsreaktion der ersten Verfahrensstufe Wasser entsteht, welches nicht von dem Methanol, dem in der Gleichgewichtsreaktion nicht umgesetzten Wasserstoff und der in der Gleichgewichtsreaktion nicht umgesetzten Kohlenstoffquelle abgetrennt wird. Auch dadurch ist das Verfahren besonders kostengünstig. Das in der Gleichgewichtsreaktion der ersten Verfahrensstufe entstehende Wasser kann in dem Schritt g) abgetrennt werden.It is particularly preferred that the equilibrium reaction of the first stage of the process produces water which is not separated from the methanol, the hydrogen which has not reacted in the equilibrium reaction and the carbon source which has not reacted in the equilibrium reaction. This also makes the method particularly cost-effective. The water formed in the equilibrium reaction of the first stage of the process can be removed in step g).

Die Kohlenwasserstoffe weisen bevorzugt gesättigte Kohlenwasserstoffe und/oder Olefine auf oder bestehen bevorzugt aus den gesättigten Kohlenwasserstoffen und/oder den Olefinen. Bei den flüssigen Kohlenwasserstoffen, insbesondere den gesättigten Kohlenwasserstoffen, kann es sich beispielsweise um Benzin, Kerosin, Diesel und/oder Flüssiggas handeln.The hydrocarbons preferably include saturated hydrocarbons and/or olefins or preferably consist of saturated hydrocarbons and/or olefins. For the liquid hydrocarbons, in particular the saturated hydrocarbons, it can be, for example, gasoline, kerosene, diesel and/or liquid gas.

Die konkreten Reaktionsbedingungen in Schritt c) zum Herstellen der Kohlenwasserstoffe hängen beispielsweise davon ab, welche Kohlenwasserstoffe hergestellt werden. Beispielsweise kann bei der Herstellung von Benzin der Druck von 20 bar bis 30 bar betragen, die Temperatur kann von 200°C bis 400°C, insbesondere von 250°C bis 400°C, betragen und es kann ein heterogener Katalysator anwesend sein, wie beispielsweise ein Zeolith-Katalysator, insbesondere ein ZSM-5-Katalysator.The specific reaction conditions in step c) for producing the hydrocarbons depend, for example, on which hydrocarbons are produced. For example, in the production of gasoline, the pressure can be from 20 bar to 30 bar, the temperature can be from 200°C to 400°C, in particular from 250°C to 400°C, and a heterogeneous catalyst can be present, such as for example a zeolite catalyst, in particular a ZSM-5 catalyst.

Die erfindungsgemäße Anlage ist eingerichtet, das erfindungsgemäße Verfahren oder eine bevorzugte Ausführungsform davon durchzuführen.The system according to the invention is set up to carry out the method according to the invention or a preferred embodiment thereof.

Im Folgenden wird anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen die Erfindung näher erläutert. Es zeigen

Figur 1 ein Ablaufdiagramm eines herkömmlichen Verfahrens,
Figur 2 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Figur 3 ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying schematic drawings. Show it

figure 1 a flowchart of a conventional method,
figure 2 a flowchart of the method according to the invention,
figure 3 a flow chart of a preferred embodiment of the method according to the invention.

Wie es aus Figur 2 ersichtlich ist, weist ein Verfahren zum Herstellen von Kohlenwasserstoffen die Schritte auf: a) Durchführen einer Elektrolyse 3 von Wasser, wodurch Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt werden; b) Erzeugen einer Kohlenstoffquelle 4, die Kohlenstoffdioxid und/oder Kohlenstoffmonoxid aufweist oder im Wesentlichen aus Kohlenstoffdioxid und/oder Kohlenstoffmonoxid besteht; c) Herstellen 5 der Kohlenwasserstoffe aus dem in Schritt a) erzeugten Wasserstoff und der in Schritt b) erzeugten Kohlenstoffquelle, wobei zumindest ein Teil der hergestellten Kohlenwasserstoffe als flüssige Kohlenwasserstoffe 6 vorliegt und neben den Kohlenwasserstoffen 6 auch ein Abgas gebildet wird, das Wasserstoff, Kohlenstoffdioxid und/oder Kohlenstoffmonoxid aufweist; d) Abtrennen des Abgases von den flüssigen Kohlenwasserstoffen 6; e) Durchführen einer Abgasverwertung 8, in der eine Reaktion des Abgases mit dem in Schritt a) erzeugten Sauerstoff und/oder mit Wasser durchgeführt wird, wodurch Verwertungsprodukte gebildet werden, die Kohlenstoffdioxid und/oder Kohlenstoffmonoxid, Wasser und optional Wasserstoff aufweisen.like it out figure 2 As can be seen, a process for producing hydrocarbons comprises the steps of: a) performing an electrolysis 3 of water, whereby hydrogen and oxygen are produced; b) generating a carbon source 4 comprising carbon dioxide and/or carbon monoxide or consisting essentially of carbon dioxide and/or carbon monoxide; c) Manufacture 5 of the hydrocarbons from the hydrogen produced in step a) and the carbon source produced in step b), wherein at least a part of the produced hydrocarbons are present as liquid hydrocarbons 6 and, in addition to the hydrocarbons 6, an exhaust gas is also formed which has hydrogen, carbon dioxide and/or carbon monoxide; d) separating the exhaust gas from the liquid hydrocarbons 6; e) performing an exhaust gas utilization 8 in which a reaction of the exhaust gas with the oxygen generated in step a) and/or with water is carried out, whereby utilization products are formed which have carbon dioxide and/or carbon monoxide, water and optionally hydrogen.

Die Abgasverwertung kann beispielsweise durchgeführt werden, indem eine Verbrennung des Abgases mit dem in Schritt a) erzeugten Sauerstoff durchgeführt wird. In einem anderen Beispiel kann die Abgasverwertung durchgeführt werden, indem eine Vergasung des Abgases durch eine Reaktion mit dem Wasser durchgeführt wird. Die Vergasung kann ohne die Zugabe von Sauerstoff oder mit der Zugabe des in Schritt a) in der Elektrolyse erzeugten Sauerstoffs durchgeführt werden.The waste gas utilization can be carried out, for example, by burning the waste gas with the oxygen produced in step a). In another example, the exhaust gas utilization can be performed by performing gasification of the exhaust gas through a reaction with the water. The gasification can be carried out without the addition of oxygen or with the addition of the oxygen produced in step a) in the electrolysis.

Figur 2 zeigt, dass Frischwasser 1 in einem Massenstrom 51 der Elektrolyse 3 zugeführt werden kann. Der in Schritt a) erzeugte Wasserstoff kann in einem Massenstrom 53 einem Reaktor zugeführt werden, in dem in Schritt c) das Herstellen der Kohlenwasserstoffe 6 erfolgt. Der in Schritt a) erzeugte Sauerstoff kann in einem von dem Massenstrom 53 getrennten Massenstrom 55 geführt werden, so dass keine Vermischung des Wasserstoffs und des Sauerstoffs erfolgen kann. figure 2 shows that fresh water 1 can be supplied to electrolysis 3 in a mass flow 51 . The hydrogen produced in step a) can be fed in a mass flow 53 to a reactor in which the hydrocarbons 6 are produced in step c). The oxygen generated in step a) can be conducted in a mass flow 55 that is separate from the mass flow 53, so that the hydrogen and the oxygen cannot be mixed.

Um in dem Schritt b) die Kohlenstoffquelle bereitzustellen, kann ein kohlenstoffhaltiger Ausgangsstoff 2 in einem Massenstrom 52 bereitgestellt werden. Aus dem Massenstrom 52 kann die Kohlenstoffquelle erzeugt werden, die in einem Massenstrom 54 dem Reaktor zugeführt werden kann. Beispielsweise kann in Schritt b) Kohlenstoffdioxid aus Luft extrahiert wird, so dass der kohlenstoffhaltige Ausgangsstoff 2 die Luft ist. In Schritt b) kann Biomasse verbrannt und/oder vergast werden, wodurch der kohlenstoffhaltige Ausgangsstoff 2 die Biomasse ist. Wird die Biomasse verbrannt, wird vorwiegend Kohlenstoffdioxid entstehen, wird die Biomasse vergast, wird vorwiegend Kohlenstoffmonoxid entstehen. Es ist denkbar, dass die Biomasse mittels des in Schritt a) erzeugten Sauerstoffs verbrannt oder vergast wird. Dies hat den Vorteil, dass dadurch kein Stickstoff oder keine Edelgase in das Verfahren gelangen. Der in Schritt a) erzeugte Sauerstoff kann dazu teilweise oder vollständig in einem Massenstrom 70 bereitgestellt werden, der von dem Massenstrom 53 getrennt geführt ist, so dass keine Mischung des Sauerstoffs mit dem Wasserstoff stattfinden kann. In einem anderen Beispiel können Verbrennungsabgase, insbesondere durch eine Vergasung und/oder Verbrennung von fossilen Brennstoffen als den kohlenstoffhaltigen Ausgangsstoff, erzeugt werden.In order to provide the carbon source in step b), a carbon-containing starting material 2 can be provided in a mass flow 52 . The carbon source can be produced from the mass flow 52 and can be fed to the reactor in a mass flow 54 . For example, carbon dioxide can be extracted from air in step b), so that the carbonaceous starting material 2 is the air. In step b) biomass can be burned and / or gasified, whereby the carbonaceous Starting material 2 is the biomass. If the biomass is burned, mainly carbon dioxide will be produced, if the biomass is gasified, mainly carbon monoxide will be produced. It is conceivable that the biomass is burned or gasified using the oxygen generated in step a). This has the advantage that no nitrogen or noble gases get into the process. For this purpose, the oxygen generated in step a) can be provided partially or completely in a mass flow 70 which is conducted separately from the mass flow 53, so that the oxygen cannot mix with the hydrogen. In another example, combustion exhaust gases can be generated, in particular by gasification and/or combustion of fossil fuels as the carbonaceous feedstock.

Das Herstellen 5 der Kohlenwasserstoffe kann in dem Schritt c) unter einer Temperatur in dem Reaktor von mindestens 200 °C, insbesondere von 250 °C bis 400 °C, erfolgen. Der Druck kann von 20 bar bis 30 bar betragen und es kann ein heterogener Katalysator anwesend sein, wie beispielsweise ein Zeolith-Katalysator, insbesondere ein ZSM-5-Katalysator.The hydrocarbons can be produced in step c) at a temperature in the reactor of at least 200° C., in particular from 250° C. to 400° C. The pressure may be from 20 bar to 30 bar and a heterogeneous catalyst may be present, such as a zeolite catalyst, especially a ZSM-5 catalyst.

Das in Schritt d) abgetrennte Abgas kann in einem Massenstrom 58 bereitgestellt werden und

Wasserstoff,
Kohlenstoffdioxid und/oder Kohlenstoffmonoxid,
optional gasförmige Kohlenwasserstoffe, insbesondere C₁-Kohlenwasserstoff, C₂-Kohlenwasserstoff, C₃-Kohlenwasserstoff und/oder C₄-Kohlenwasserstoff,
aufweisen oder im Wesentlichen aus
Wasserstoff,
Kohlenstoffdioxid und/oder Kohlenstoffmonoxid,
optional gasförmigen Kohlenwasserstoffen, insbesondere C₁-Kohlenwasserstoff, C₂-Kohlenwasserstoff, C₃-Kohlenwasserstoff und/oder C₄-Kohlenwasserstoff,
bestehen. In dem Fall, dass in Schritt c) auch Wasser gebildet wird, kann dazu das Verfahren den Schritt aufweisen:
- g) Abtrennen des Wassers 7 von dem Abgas und den flüssigen Kohlenwasserstoffen 6. Dadurch entsteht ein im Wesentlichen reiner Massenstrom 56 der flüssigen Kohlenwasserstoffe 6. Das Abtrennen des Wassers 7 von dem Abgas kann durch eine Kondensation und eine Phasenabscheidung des Wassers 7 erfolgen. Das in Schritt g) abgetrennte Wasser 7 kann einen Massenstrom 57 bilden und beispielsweise zumindest teilweise in Schritt a) für die Elektrolyse 3 verwendet wird, um daraus den Wasserstoff und den Sauerstoff zu erzeugen. Alternativ ist denkbar, dass das Wasser 7 in einer Kläranlage gereinigt und abgelassen wird.

The exhaust gas separated off in step d) can be provided in a mass flow 58 and

Hydrogen,
carbon dioxide and/or carbon monoxide,
optionally gaseous hydrocarbons, in particular C ₁ hydrocarbon, C ₂ hydrocarbon, C ₃ hydrocarbon and/or C ₄ hydrocarbon,
have or essentially
Hydrogen,
carbon dioxide and/or carbon monoxide,
optionally gaseous hydrocarbons, in particular C ₁ hydrocarbon, C ₂ hydrocarbon, C ₃ hydrocarbon and/or C ₄ hydrocarbon,
exist. In the event that water is also formed in step c), the method can have the following step:
- g) separating the water 7 from the exhaust gas and the liquid hydrocarbons 6. This results in a substantially pure mass flow 56 of the liquid hydrocarbons 6. The water 7 can be separated from the exhaust gas by condensation and phase separation of the water 7. The water 7 separated off in step g) can form a mass flow 57 and can be used, for example, at least partially in step a) for the electrolysis 3 in order to produce the hydrogen and the oxygen therefrom. Alternatively, it is conceivable that the water 7 is cleaned and drained in a sewage treatment plant.

In dem Fall, dass in Schritt e) die Verbrennung oder die Vergasung mit dem in Schritt a) erzeugten Sauerstoff durchgeführt wird, kann der Massenstrom 55 mit dem Massenstrom 58 gemischt werden, um die Abgasverwertung 8 durchzuführen. In dem Fall, dass in Schritt e) die Vergasung durchgeführt wird, kann das in Schritt g) abgetrennte Wasser 7 in Schritt e) zumindest teilweise verwendet werden, um die Reaktion mit dem Abgas durchzuführen, vergleiche die Massenströme 67 und 65. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Vergasung in dem Schritt e) mittels einem weiteren Frischwasser 11 durchgeführt werden, vergleiche die Massenströme 66 und 65.In the event that in step e) the combustion or the gasification is carried out with the oxygen generated in step a), the mass flow 55 can be mixed with the mass flow 58 in order to carry out the exhaust gas utilization 8 . If the gasification is carried out in step e), the water 7 separated in step g) can be used at least partially in step e) to carry out the reaction with the exhaust gas, compare the mass flows 67 and 65. Alternatively or additionally For this purpose, the gasification in step e) can be carried out using another fresh water 11, compare the mass flows 66 and 65.

Nach dem Schritt e) entsteht ein Massenstrom 59, der Kohlenstoffdioxid, Kohlenstoffmonoxid, Wasserstoff und/oder Wasser aufweist und/oder im Wesentlichen aus Kohlenstoffdioxid, Kohlenstoffmonoxid, Wasserstoff und/oder Wasser besteht. Wird in Schritt e) die Verbrennung durchgeführt, so wird der in dem Abgas enthaltene Kohlenstoff im Wesentlichen zu Kohlenstoffdioxid umgesetzt. Wird in Schritt e) die Vergasung durchgeführt, so wird in dem Massenstrom 59 der Anteil an dem Kohlenstoffmonoxid höher sein als der Anteil an dem Kohlenstoffdioxid. Figur 2 zeigt zudem, dass das Verfahren den Schritt aufweisen kann: f) Abtrennen 9 von Wasser 12 von den Verwertungsprodukten. Das Abtrennen von dem Wasser 12 kann durch eine Kondensation des Wassers 12 erfolgen. Dadurch entsteht ein Massenstrom 63, der von dem in Schritt f) abgetrennten Wasser 12 gebildet ist. Das in Schritt f) abgetrennte Wasser 12 kann in Schritt a) für die Elektrolyse 3 verwendet werden (vergleiche Massenstrom 69), um daraus den Wasserstoff und den Sauerstoff zu erzeugen, und/oder in Schritt e) verwendet werden, um die Reaktion mit dem Abgas durchzuführen. Der nicht in dem Massenstrom 69 verwendete Anteil des Massenstroms 63 kann einen Massenstrom 64 bilden. Alternativ dazu, dass in Schritt f) abgetrennte Wasser 12 zu verwenden, kann das Wasser 12 auch in einer Kläranlage gereinigt und abgelassen werden.After step e), a mass flow 59 is produced which has carbon dioxide, carbon monoxide, hydrogen and/or water and/or essentially consists of carbon dioxide, carbon monoxide, hydrogen and/or water. If the combustion is carried out in step e), the carbon contained in the exhaust gas is essentially converted to carbon dioxide. If the gasification is carried out in step e), the proportion of carbon monoxide in the mass flow 59 will be higher than the proportion of carbon dioxide. figure 2 also shows that the method can have the step: f) separating 9 water 12 from the utilization products. The separation of the water 12 can be done by condensing the Water 12 done. This creates a mass flow 63 which is formed by the water 12 separated off in step f). The water 12 separated in step f) can be used in step a) for the electrolysis 3 (compare mass flow 69) in order to generate the hydrogen and oxygen from it, and/or in step e) used to react with the perform exhaust gas. The portion of the mass flow 63 not used in the mass flow 69 can form a mass flow 64 . As an alternative to using the water 12 separated in step f), the water 12 can also be cleaned and drained in a sewage treatment plant.

Figur 2 zeigt, dass in Schritt c) die Kohlenwasserstoffe auch aus den in Schritt e) erzeugten Verwertungsprodukten hergestellt werden können. Dazu kann stromab der Abtrennung 9 des Wassers 12 ein Massenstrom 60, der Kohlenstoffdioxid, Kohlenstoffmonoxid und/oder Wasserstoff aufweist oder im Wesentlichen aus Kohlenstoffdioxid, Kohlenstoffmonoxid und/oder Wasserstoff besteht, in Richtung zu dem Reaktor hin geführt werden. Optional kann ein Teil des Massenstroms 60 in einem Massenstrom 61 als ein Restabgas 10 abgeführt werden, um eventuell auftretende Nebenprodukte auszuschleusen und somit ihre Anreicherung in dem Verfahren zu unterbinden. Ein Massenstrom 62, der von dem Massenstrom 60 optional abzüglich des Massenstroms 61 gebildet ist, wird dann dem Reaktor zugeführt. figure 2 shows that in step c) the hydrocarbons can also be produced from the utilization products produced in step e). For this purpose, a mass flow 60 which has carbon dioxide, carbon monoxide and/or hydrogen or consists essentially of carbon dioxide, carbon monoxide and/or hydrogen can be conducted downstream of the separation 9 of the water 12 in the direction of the reactor. Optionally, part of the mass flow 60 can be discharged in a mass flow 61 as a residual waste gas 10 in order to discharge any by-products that may occur and thus to prevent their accumulation in the process. A mass flow 62, which is formed by the mass flow 60 optionally minus the mass flow 61, is then fed to the reactor.

Das Verfahren kann kontinuierlich durchgeführt werden. Dies bedeutet beispielsweise, dass insbesondere die Massenströme 53, 54 und 58 kontinuierlich sind.The process can be carried out continuously. This means, for example, that the mass flows 53, 54 and 58 in particular are continuous.

In Schritt e) entstehende Wärme wird bevorzugt teilweise oder vollständig einem endothermen Schritt oder mehreren endothermen Schritten des Verfahrens zugeführt, wie beispielsweise einer Verdampfung und/oder einer Destillation.Heat generated in step e) is preferably supplied partially or completely to an endothermic step or to a plurality of endothermic steps of the process, such as evaporation and/or distillation.

Es ist auch denkbar, dass in Schritt c) ein Teil der hergestellten Kohlenwasserstoffe als gasförmige Kohlenwasserstoffe vorliegt und in Schritt e) die Reaktion auch zumindest mit einem Teil der in Schritt c) hergestellten gasförmigen Kohlenwasserstoffe 6 durchgeführt wird. Dabei kann in Schritt c) der Teil der gasförmigen Kohlenwasserstoffe als ein Teil des Abgases gebildet werden (dies würde bedeuten, dass in Figur 2 bereits am Anfang des Massenstrom 58 dieser den Teil der gasförmigen Kohlenwasserstoffe aufweist) und/oder der Teil der gasförmigen Kohlenwasserstoffe kann durch Destillation von den flüssigen Kohlenwasserstoffen 6 als ein Massenstrom 68 abgetrennt werden und anschließend dem Abgas beigemischt werden, d.h. dem Massenstrom 58 zugegeben werden. Die gasförmigen Kohlenwasserstoffe können C₁-Kohlenwasserstoff, C₂-Kohlenwasserstoff, C₃-Kohlenwasserstoff und/oder C₄-Kohlenwasserstoff aufweisen oder im Wesentlichen aus C₁-Kohlenwasserstoff, C₂-Kohlenwasserstoff, C₃-Kohlenwasserstoff und/oder C₄-Kohlenwasserstoff bestehen. Dabei sind der C₁-Kohlenwasserstoff und der C₂-Kohlenwasserstoff vorzugsweise am Anfang des Massenstroms 58 vorhanden und der C₃-Kohlenwasserstoff und der C₄-Kohlenwasserstoff sind vorzugsweise in dem Massenstroms 68 vorhanden und werden dem Massenstrom 58 nach dessen Anfang beigemischt.It is also conceivable that in step c) a part of the hydrocarbons produced as gaseous Hydrocarbons are present and in step e) the reaction is also carried out with at least part of the gaseous hydrocarbons 6 produced in step c). In step c), part of the gaseous hydrocarbons can be formed as part of the exhaust gas (this would mean that in figure 2 already at the start of mass flow 58, which contains the part of the gaseous hydrocarbons) and/or the part of the gaseous hydrocarbons can be separated from the liquid hydrocarbons 6 as a mass flow 68 by distillation and then mixed with the exhaust gas, i.e. added to mass flow 58. The gaseous hydrocarbons can have C ₁ hydrocarbon, C ₂ hydrocarbon, C ₃ hydrocarbon and/or C ₄ hydrocarbon or consist essentially of C ₁ hydrocarbon, C ₂ hydrocarbon, C ₃ hydrocarbon and/or C ₄ - hydrocarbon exist. The C ₁ hydrocarbon and the C ₂ hydrocarbon are preferably present at the beginning of the mass flow 58 and the C ₃ hydrocarbon and the C ₄ hydrocarbon are preferably present in the mass flow 68 and are admixed to the mass flow 58 after its beginning.

Wie es aus Figur 3 ersichtlich ist, kann in Schritt c) in einer ersten Verfahrensstufe in einer Gleichgewichtsreaktion Methanol hergestellt 13 werden und das Methanol, der in der Gleichgewichtsreaktion nicht umgesetzte Wasserstoff und die in der Gleichgewichtsreaktion nicht umgesetzte Kohlenstoffquelle einer zweiten Verfahrensstufe zugeführt werden, in der die Kohlenwasserstoffe aus dem Methanol hergestellt werden. Um das Methanol herzustellen 13, kann ein Massenstrom 78 bereitgestellt werden, der Wasserstoff aufweist und Kohlenstoffmonoxid und/oder Kohlenstoffdioxid aufweist oder der im Wesentlichen aus Wasserstoff besteht und aus Kohlenstoffmonoxid und/oder Kohlenstoffdioxid besteht. In der ersten Verfahrensstufe können die Reaktionsbedingungen beispielsweise aufweisen: eine Temperatur von 200°C bis 300°C, ein Druck von mindestens 50 bar, insbesondere von 50 bar bis 250 bar, und es kann ein Metalloxid Katalysator zugegen sein.like it out figure 3 As can be seen, methanol can be produced in step c) in a first process stage in an equilibrium reaction 13 and the methanol, the hydrogen which has not reacted in the equilibrium reaction and the carbon source which has not reacted in the equilibrium reaction can be fed to a second process stage in which the hydrocarbons from the methanol are produced. In order to produce the methanol 13, a mass flow 78 can be provided which has hydrogen and has carbon monoxide and/or carbon dioxide or which consists essentially of hydrogen and consists of carbon monoxide and/or carbon dioxide. In the first stage of the process, the reaction conditions can have, for example: a temperature of 200° C. to 300° C., a pressure of at least 50 bar, in particular of 50 bar to 250 bar and a metal oxide catalyst may be present.

Dadurch, dass das Methanol hergestellt 13 wird, entsteht ein Massenstrom 71, der Methanol und Wasserstoff, sowie Kohlenstoffmonoxid und/oder Kohlenstoffdioxid sowie optional Wasser aufweist. Der Massenstrom 71 wird ohne eine Abtrennung einer der vorgenannten Stoffe einer Herstellung 19 der Kohlenwasserstoffe mit Methanol als Edukt zugeführt, d. h. der zweiten Verfahrensstufe zugeführt. Beispielsweise kann in der zweiten Verfahrensstufe der Druck von 20 bar bis 30 bar betragen, die Temperatur kann von 200°C bis 400°C, insbesondere von 250°C bis 400°C, betragen und es kann ein heterogener Katalysator anwesend sein, wie beispielsweise ein Zeolith-Katalysator, insbesondere ein ZSM-5-Katalysator. Die Schritte d) und e) werden analog wie in Figur 1 durchgeführt. Das Abgas kann zudem noch C₁- bis C₄-Kohlenwasserstoffe aufweisen.The fact that the methanol is produced 13 results in a mass flow 71 which has methanol and hydrogen, as well as carbon monoxide and/or carbon dioxide and optionally water. The mass flow 71 is fed to a preparation 19 of the hydrocarbons with methanol as starting material, ie fed to the second process stage, without any of the aforementioned substances being separated off. For example, in the second stage of the process, the pressure can be from 20 bar to 30 bar, the temperature can be from 200° C. to 400° C., in particular from 250° C. to 400° C., and a heterogeneous catalyst can be present, such as, for example a zeolite catalyst, especially a ZSM-5 catalyst. Steps d) and e) are analogous to in figure 1 carried out. The exhaust gas can also contain C ₁ to C ₄ hydrocarbons.

Es ist denkbar, dass in der Gleichgewichtsreaktion der ersten Verfahrensstufe Wasser entsteht (wenn das Methanol mit Kohlenstoffdioxid als Edukt hergestellt wird), welches der zweiten Verfahrensstufe zugeführt wird. Das Wasser wird erst in Schritt d) abgetrennt.It is conceivable that in the equilibrium reaction of the first process stage, water is formed (if the methanol is produced with carbon dioxide as the starting material), which is fed to the second process stage. The water is only separated off in step d).

In dem Fall, dass die Kohlenwasserstoffe C₁-Kohlenwasserstoff, C₂-Kohlenwasserstoff, C₃-Kohlenwasserstoff und/oder C₄-Kohlenwasserstoff aufweisen, können der C₁-Kohlenwasserstoff, der C₂-Kohlenwasserstoff, der C₃-Kohlenwasserstoff und/oder der C₄-Kohlenwasserstoff beispielsweise besonders einfach verwertet werden, wenn das Verfahren an einem Standort durchgeführt wird, an dem sich ebenfalls eine Raffinerie befindet. Der C₁-Kohlenwasserstoff, der C₂-Kohlenwasserstoff, der C₃-Kohlenwasserstoff und/oder der C₄-Kohlenwasserstoff können als Edukt in der Raffinerie eingesetzt werden. Bei der Raffinerie kann es ich beispielsweise um einen Steam-Cracker handeln. In dem Steam-Cracker kann Ethylen hergestellt werden, das einen hohen Handelswert hat.In the event that the hydrocarbons have C ₁ hydrocarbon, C ₂ hydrocarbon, C ₃ hydrocarbon and/or C ₄ hydrocarbon, the C ₁ hydrocarbon, the C ₂ hydrocarbon, the C ₃ hydrocarbon and/or or the C ₄ -hydrocarbon can be recycled particularly easily, for example, if the process is carried out at a location where there is also a refinery. The C ₁ hydrocarbon, the C ₂ hydrocarbon, the C ₃ hydrocarbon and/or the C ₄ hydrocarbon can be used as starting material in the refinery. For example, the refinery can be a steam cracker. In the steam cracker ethylene can be produced which has a high commercial value.

Die in dem Schritt e) entstehende Wärme kann ebenfalls vermarktet werden, wenn das Verfahren an einem Standort durchgeführt wird, an dem sich ebenfalls andere Anlagen der chemischen oder pharmazeutischen Industrie befinden. Die in dem Schritt e) entstehende Wärme kann beispielsweise verwendet werden, um in den anderen Anlagen einen endothermen Prozess, wie beispielsweise eine Verdampfung oder eine Destillation, durchzuführen.The heat generated in step e) can also be marketed if the process is carried out at a location where other plants of the chemical or pharmaceutical industry are also located. The heat generated in step e) can be used, for example, to carry out an endothermic process, such as evaporation or distillation, in the other plants.

Eine Anlage ist eingerichtet, das Verfahren durchzuführen.A system is set up to carry out the method.

Claims

Process for producing hydrocarbons (6), comprising the steps of: a) performing an electrolysis (3) of water, whereby hydrogen and oxygen are produced;

b) generating a carbon source (4) comprising carbon dioxide and/or carbon monoxide or consisting essentially of carbon dioxide and/or carbon monoxide;

c) Production (5) of the hydrocarbons (6) from the hydrogen produced in step a) and the carbon source produced in step b), wherein at least some of the hydrocarbons produced are present as liquid hydrocarbons and an exhaust gas is also formed in addition to the hydrocarbons (6). containing hydrogen, carbon dioxide and/or carbon monoxide;

d) separating the exhaust gas from the liquid hydrocarbons (6);

e) performing an exhaust gas utilization (8), in which a reaction of the exhaust gas with the oxygen produced in step a) and/or with water is carried out, whereby utilization products are formed which have carbon dioxide and/or carbon monoxide, water and optionally hydrogen.

A method according to claim 1, comprising the step of: f) separating (9) water (12) from the utilization products.

Process according to claim 2, wherein the water (12) separated in step f) is used in step a) for the electrolysis (3) in order to produce the hydrogen and the oxygen therefrom and/or in step e) is used to carry out the reaction with the exhaust gas.

Process according to one of claims 1 to 3, wherein in step c) the hydrocarbons (6) are also produced from the utilization products produced in step e).

Process according to any one of claims 1 to 4, wherein the process is carried out continuously.

Process according to any one of claims 1 to 5, wherein in step c) a portion of the hydrocarbons produced is present as gaseous hydrocarbons and in step e) the reaction is also carried out with at least a portion of the gaseous hydrocarbons produced in step c).

Process according to claim 6, wherein in step c) the part of the gaseous hydrocarbons is formed as part of the exhaust gas and/or the part of the gaseous hydrocarbons is separated from the liquid hydrocarbons (6) by distillation and is then admixed with the exhaust gas.

A process according to claim 6 or 7, wherein the portion comprises C ₁ hydrocarbyl, C ₂ hydrocarbyl, C ₃ hydrocarbyl and/or C ₄ hydrocarbyl or consists essentially of C ₁ hydrocarbyl, C ₂ hydrocarbyl, C ₃ hydrocarbyl and/or C ₄ hydrocarbon.

Process according to any one of claims 1 to 8, wherein in step c) water is also formed and the process comprises the step: g) separating the water (7) from the exhaust gas and the hydrocarbons (6).

Process according to claim 9, wherein the water (7) separated in step g) is used in step a) for the electrolysis (3) in order to produce the hydrogen and the oxygen therefrom and/or in step e) is used to carry out the reaction with the exhaust gas.

Method according to one of claims 1 to 10, wherein in step b) carbon dioxide is extracted from air, biomass is burned, biomass is gasified and/or combustion exhaust gases are generated.

Method according to claim 11, wherein the biomass is burned or gasified by means of the oxygen generated in step a).

The method according to any one of claims 1 to 12, wherein in step c) in a first process stage in an equilibrium reaction, methanol is produced (13) and the methanol, the unreacted hydrogen in the equilibrium reaction and the carbon source unreacted in the equilibrium reaction are fed to a second process stage are, in which the hydrocarbons (6) are produced from the methanol.

Process according to Claim 13, in which water is formed in the equilibrium reaction and is fed to the second process stage.

Plant set up to carry out a method according to one of Claims 1 to 14.