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WO2012048756A1 - Verfahren und anlage zur herstellung und/oder verarbeitung eines produktes sowie verfahren zum aufrüsten oder umrüsten einer ablage - Google Patents

Verfahren und anlage zur herstellung und/oder verarbeitung eines produktes sowie verfahren zum aufrüsten oder umrüsten einer ablage Download PDF

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WO2012048756A1
WO2012048756A1 PCT/EP2010/065564 EP2010065564W WO2012048756A1 WO 2012048756 A1 WO2012048756 A1 WO 2012048756A1 EP 2010065564 W EP2010065564 W EP 2010065564W WO 2012048756 A1 WO2012048756 A1 WO 2012048756A1
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WO
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gas turbine
product
thermal energy
fluid
processing
Prior art date
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Application number
PCT/EP2010/065564
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jürgen JOACHIM
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.)
Buehler AG
Original Assignee
Buehler AG
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.)
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Publication date
Application filed by Buehler AG filed Critical Buehler AG
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Ceased legal-status Critical Current

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    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
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    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
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    • F22B1/1807—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines using the exhaust gases of combustion engines
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    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel

Definitions

  • the present invention relates to a method and a plant for the production and / or processing of a product as well as to processes for upgrading or converting an existing plant.
  • CHP combined heat and power
  • a method and a plant are to be created, in which the electric energy and the thermal energy can be efficiently provided and used, without this resulting in significant energy losses ⁇ .
  • temperatures should be able to be provided, which are required for the process.
  • the inventive method enables both the electrical energy and thermal energy and to refer to the same ⁇ power source, namely the gas turbine.
  • the proportion of the provided by the gas turbine thermal performance of the total power provided by it can range from 50% to 70%, preferably from 55% to 67%, be ⁇ Sonders preferably from 60% to 64%.
  • the proportion of electrical power provided by the gas turbine to the total power it provides may range from 24% to 45%, preferably from 26% to 40%, most preferably from 28% to 33%.
  • the gas turbine thus preferably delivers more thermal power than electrical power.
  • the thermal power and the electrical power losses can occur, for example, by radiation, friction and line losses. Overall, however, an efficiency of up to 92% can be achieved.
  • the gas turbine is preferably a microgas turbine.
  • the micro gas turbine may have a nominal electrical power in the range of 30 kW to 1000 kW, preferably from 30 kW to 600 kW, more preferably from 60 kW to 200 kW.
  • Such micro gas turbines are known per se. They are used inter alia in the decentralized energy supply. Micro gas turbines can have a very compact design and are therefore space-saving. In addition, they can be operated at high speeds, low combustion chamber pressures. Nevertheless, they can produce temperatures sufficient for a variety of industrial processes.
  • a plurality of gas turbines in particular a plurality of microturbines, which are then connected in parallel.
  • This allows on the one hand, to increase the total power of Ge ⁇ .
  • it allows a plurality of gas turbines also, the plant easier to regulate. Sun can be turned on one or more gas turbines zeitwei ⁇ se and then off again, for example, if required.
  • the thermal energy can be used, for example, for cooking, heating, drying, roasting, molding, conching, laminating, pasteurizing, distilling and / or frying the product and / or killing parasites and / or germs in the product. Shaping the product is facilitated by the addition of thermal energy.
  • the product which is produced and / or processed in the process according to the invention may, for example, be a food such as, for example, pasta, rice, flour or chocolate. Alternatively, it could be (as beispielswei ⁇ se in die-casting process) with the product also to wool, textiles, paper or metals.
  • the thermal energy provided by the gas turbine can be transmitted by means of at least one heat exchanger to at least one fluid, with which the product can be brought into direct and / or indirect contact.
  • the thermal energy can be transferred directly from the gas turbine by means of the heat exchanger to the fluid.
  • at least a part of the thermal energy provided by the gas turbine can first be transferred to a primary fluid, whereupon at least part of the thermal energy of the primary fluid is used for producing and / or processing the product.
  • the primary fluid can be directed into the Wär ⁇ exchanger where it transmits at least a portion of its thermal energy to the fluid.
  • the primary fluid is preferably the exhaust gases of the gas turbine.
  • Alterna tively ⁇ may be in the primary fluid is water, which is brought into contact with the gas turbine.
  • the thermal energy provided by the gas turbine can also be transferred to a plurality of fluids.
  • thermal energy can be transferred to at least a second fluid. Both the first fluid and the second fluid may then be in direct contact with the product
  • the lungs- in the different manufacturing and / or processing steps of the process are needed.
  • the temperatures generated by the gas turbine may be in the range of 275 ° C to 545 ° C.
  • this thermal energy can be used, for example, to generate steam, hot water and hot air.
  • one of the fluids successively passes through a plurality of heat exchangers, wherein it takes over thermal energy from the primary fluid in each of the heat exchangers.
  • the thermal energy may also be used to treat a process fluid used in the process after that process fluid was in contact with the product.
  • the thermal energy we ⁇ directly transferred directly to the product.
  • the process fluid may, for example, a refrigerator and / or act drying fluid, with which the product to kuh ⁇ ment and / or drying is applied.
  • This process fluid can absorb moisture of the product.
  • thermal energy which is provided directly or indirectly by the gas turbine.
  • ⁇ can play, a fluid, such as hot air, are introduced into the flowing process fluid, whereby it is heated and the condensation can be prevented.
  • the fluid with which the product is brought into direct or indirect contact may, for example, contain or consist of water, water vapor, air and / or alcohol. Fluids, which have a phase change in a relevant temperature range, so that the enthalpy of vaporization can be USAGE ⁇ det are preferred.
  • it can be transmitted as the réellege from the gas turbine ⁇ provided thermal energy to steam, which is used for heating of a product in an extruder. In a later step, heated air may be used to dry the extruded product.
  • the primary fluid in particular the GE ⁇ entire primary fluid
  • the primary fluid is brought into direct contact with the product.
  • at least a portion of the primary fluid, in particular the entire Primärflu ⁇ id, for the treatment of a product used in the process zessfluides is used after this process fluid was in Kon ⁇ clock with the product.
  • the primary fluid should be such that it has no harmful effect on the product.
  • the primary fluid releases some of its thermal energy, it is cooled.
  • the primary märfluid be cooled so far that it does not have to be removed by a Ka ⁇ min. Instead, for example, it can simply be discharged directly into the room air in the production hall in which the method according to the invention is carried out. In particular, in winter, the room air can be heated thereby, which can be additionally saved energy.
  • costs for the provision of a fireplace can be saved, and it can be dispensed with an approval process for such a fireplace, which can be expressed on ⁇ agile and tedious sometimes.
  • the gas turbine in particular the micro gas turbine, can be operated with a variety of fuels.
  • the fuel may be, for example, fossil fuels, in particular natural gas, biogas or bioethanol.
  • At least one additional source of thermal energy can also be used in the process.
  • this additional source of thermal energy for example, the primary fluid can be further heated. This is useful for example when forces will be ⁇ in the process during peak periods a higher temperature and / or a higher thermal energy per time, which can not provide the gas turbine.
  • the additional source of thermal energy may be, for example, a burner known per se, for example a duct burner.
  • the exhaust gases of the micro gas turbine may still contain so much oxygen that no further oxygen must be supplied to the burner.
  • the burner can be operated, for example, with fossil fuels, in particular natural gas, biogas or bioethanol. Al ⁇ tively, it can also be operated with solids, such as sleeves, bran and / or wood. In particular, they may be biological solids, which are generally considered as waste products. Alternatively, it may be at the additional Source of thermal energy also act around a particular oil-fired boiler.
  • the thermal energy provided by the gas turbine and optionally by the additional source can be stored at least temporarily in a heat storage. This can store the thermal energy, for example, when the process is temporarily interrupted. If the process is then resumed later, the heat storage can give off the thermal energy again.
  • a heat storage every known heat storage can be used.
  • the thermal energy can be delivered to a heat reservoir whose temperature increases as a result.
  • the thermal reservoir may contain a solid or liquid storage material in ⁇ play, water, a suitable metal or soapstone.
  • the thermal energy in the form of melts Thal ⁇ pie suitable materials can be stored, such as specific salts or lead.
  • the product may itself contain or consist of a biological material.
  • the biological material USAGE as fuel for the gas turbine is ⁇ det. Consequently, no separate fuel needs to be provided or stored separately.
  • the bio ⁇ logical material used as fuel can be removed, for example, from a scrap of the product, which is obtained in the production and / or processing.
  • the energy costs can be reduced by up to 40%.
  • the efficiency of the process can be up to 92%.
  • C0 2 emissions can be reduced by up to 66%.
  • is the use of bio ⁇ mass as fuel is absolutely no C0 2 emissions before.
  • Another aspect of the invention relates to a plant for producing and / or processing a product, in particular in a method as described above.
  • the plant contains at least one manufacturing and / or processing unit for the production and / or processing of the product, which is operable by means of electrical energy and thermal energy.
  • the installation contains at least one gas turbine, in particular at least one micro gas turbine, by means of which at least part of this electrical energy and at least part of this thermal energy can be provided.
  • the installation contains at least one gas turbine, in particular at least one micro gas turbine, by means of which at least part of this electrical energy and at least part of this thermal energy can be provided.
  • one and the same energy source for the electrical energy and for the thermal energy can be used.
  • the manufacturing and / or processing unit may Example ⁇ , a cooking unit, a heating unit, a drying unit, a fryer unit, a forming unit, a conching unit, a laminating unit, a pasteurization, a Destillierein ⁇ uniform, a fry cell and / or a unit for killing Pa ⁇ rasites and / or germs in the product.
  • the system may further include at least one heat exchanger, by means of which provided by the gas turbine thermal Energy can be transferred to a fluid, and means for Inkon- contact the product with this fluid.
  • the product can be brought there ⁇ with directly and / or indirectly to the fluid in contact.
  • the system contains at least a first heat ⁇ exchanger and at least a second, connected in series with the first heat exchanger heat exchanger. These heat exchangers are arranged and designed such that by means of the first heat exchanger, thermal energy is transferable to at least a first fluid and ⁇ is about ⁇ portable means of the second varnishtau exchanger thermal energy to at least a second fluid.
  • the system may also include at least one additional source of thermal energy to ⁇ . This is useful in ⁇ example, if in the executed with the system ⁇ th process at peak times a higher temperature and / or a higher thermal energy per time is needed, which can not provide the gas turbine.
  • the additional source of thermal energy may be, for example, a burner or a particular oil-fired boiler.
  • the system may further comprise a heat storage, in which the riding ⁇ be provided by the gas turbine and optionally of the additional source of thermal energy can be stored at least temporarily - for example, if the method is temporarily interrupted.
  • a heat storage can serve any known heat storage.
  • the thermal energy can be delivered to a heat reservoir, such as water, whose temperature increases.
  • the heat reservoir may contain a solid or liquid storage material, for example water, a suitable metal or soapstone.
  • the thermal energy can be stored in the form of enthalpy of fusion of suitable materials, such as special salts or lead.
  • system further comprises means for delivering a portion of the provided by the gas turbine electric power to an electric supply network, in particular in a public electrical supply network ⁇ Ver.
  • the gas turbine when the gas turbine is arranged in a derarti ⁇ gen distance from the production and / or processing unit that there are no excessive losses occur in the transmission of thermal and electrical energy is particularly favorable.
  • the gas turbine is preferred particularly preferably less than 100 m, ⁇ DERS particular preferably arranged less than 20 m from the production and / or processing unit at a distance of less than 500 m.
  • the invention also relates to a method for upgrading or converting an existing plant for producing and / or processing a product.
  • the existing plant contains at least one manufacturing and / or processing ⁇ unit for the production and / or processing of the product, wherein the manufacturing and / or processing unit is operable by means of electrical energy and thermal energy.
  • at least one gas turbine in particular at least one micro gas turbine, is provided in the method, by means of which at least part of this electrical energy and at least part of this thermal energy can be provided.
  • FIG. 1 a schematic representation of a first plant for the production and / or processing of a product with a micro gas turbine and three heat exchangers;
  • Figure 2 is a schematic representation of a second plant for the production of pellets using a pellet ⁇ mill
  • Figure 3 is a schematic representation of a third system with an auxiliary burner and a heat storage
  • Figure 4 a schematic representation of a fourth system with an oil-fired boiler and a heat ⁇ memory.
  • Figure 1 shows a schematic representation of a first system 3 for the production and / or processing of a product.
  • This plant 3 contains a micro gas turbine 1, by means of which electrical ⁇ cal energy and thermal energy can be provided. Alterna tively ⁇ it is also conceivable that the system 3 includes a plurality of turbines Mikrogastur-. Any micro gas turbine 1 known per se can be used for carrying out the invention. It can be operated with any fuel known per se, for example with fossil fuels, in particular natural gas, biogas or bioethanol.
  • the micro gas turbine 1 releases thermal energy to a primary fluid P.
  • This primary fluid P flows successively through three serially in Rei ⁇ he heat exchanger 2, 2 'and 2'', by means of which the thermal energy of the primary fluid P is transmitted to more fluids Fi, F2 and F3.
  • the primary fluid P When leaving the micro gas turbine 1, the primary fluid P has a temperature of, for example, 300 ° C. Part of the thermal energy is transferred by means of the first heat exchanger 2 to water, which evaporates due to the temperature and finally as water vapor and the first fluid Fi bil ⁇ det. After leaving the first heat exchanger 2, the primary fluid P has a temperature of 190 ° C., with which it is introduced into the second heat exchanger 2 '. In this second heat exchanger 2 ', part of the thermal energy is transferred to water, which is thereby heated, but remains in the liquid state and forms the second fluid F2. Subsequently, the primary fluid P, which still has a temperature of 80 ° C, the third heat exchanger 2 '' is supplied. There, another part of the thermal energy is transferred to air, which consequently also heats up and forms the third fluid F3.
  • the steam, the hot water and the hot air are supplied to a manufacturing and / or processing unit 4 shown here only schematically, which are operated with the thermal energy.
  • the manufacturing and / or processing unit may for example, a cooking unit, a heating unit, egg ⁇ ne drying unit, a fryer unit, a forming unit, chierech a Con-, a lamination unit, a pasteurization unit, a distillation unit, a fry cell and / or a unit for killing Be parasites and / or germs.
  • the micro gas turbine 1 also provides electrical energy E. At least a large part of the egg ge ⁇ entire electric energy E is also the manufacturing ⁇ and / or processing unit 4 is supplied, which is operated with this elekt ⁇ step energy.
  • the Mikrogasturbi ⁇ ne 1 supplies both the required for the operation of the manufacturing and / or processing unit 4 electrical and thermal energy.
  • the system 3 further comprises means 5 for dispensing a part E 2 of the electrical energy E provided by the micro gas turbine 1 into an electrical supply network 6.
  • the embodiment shown schematically in Figure 2 shows a system 3 'with a micro gas turbine 1'.
  • the microgas turbine 1 ' provides thermal energy in the form of its exhaust gases, which form a primary fluid P.
  • the primary fluid P then flows through a preheater 11, where it brings feedwater S to a temperature of 95 ° C.
  • the preheater 11 thus also acts as a heat exchanger.
  • the feedwater S is then passed through the water pretreater 12. Thereafter, it is degassed in a structural unit, not shown here with the aid of steam, whereupon it has a temperature of 105 ° C and a pressure of 3650 mbar.
  • Such a degassing is in the context of the embodiment according to Figure 3 is shown in more detail ⁇ .
  • the feedwater S is introduced through an inlet opening 13 into the steam boiler 7, where it is heated and evaporated to What ⁇ steam D and leaves the steam boiler through the out ⁇ opening 14.
  • This steam D has a flow rate of 700 kg / h, a temperature of about 140 ° C and a pressure of 3600 mbar.
  • This water vapor is fed to a pellet mill 4 ', which forms a production unit.
  • the primary fluid P After leaving the preheater 11, the primary fluid P still has a temperature of about 135 ° C and a pressure of 1010 mbar. It then flows into a third heat exchanger 15, where it heats a third fluid, namely air, from 20 ° C to 110 ° C.
  • This air can be used in the following manner: Pellets leaving the pellet mill 4 'can be cooled in a cooler, not shown here, by adding cooling air and dried at the same time.
  • the cooling air absorbs both moisture and fine dust particles from the pellets.
  • the dust particles are subsequently separated from the cooler exhaust air, for example in one or more filters or cyclone separators. Without further measures, the moisture contained in the radiator exhaust air would condense and, together with the dust particles, could lead to deposits in pipes, filters or separators. The extent of condensation depends on the flow rate of the cooling air, its temperature and the degree of saturation.
  • the primary fluid P After leaving the third heat exchanger 15, the primary fluid P still has a temperature of 100 ° C and a pressure of 1000 mbar. If the entire primary fluid P conducted in the manner described above through the heat exchangers 7, 11 and 15, so almost all of the energy content of the primary fluid P ge ⁇ uses one hand can be. On the other hand, the primary fluid P must not be discharged through a chimney due to be ⁇ ner comparatively low temperature after leaving the third heat exchanger 15th Instead, the primary fluid P, for example, simply be discharged directly into the room air in the production hall in which the system 3 'is located. In particular, in winter, the room air can be heated, thereby saving energy. that can. In addition, costs for the provision of a fireplace can be saved, and it can also be dispensed with an approval process for such a fireplace, which can sometimes be expressed consuming and tedious.
  • the micro gas turbine 1 also provides electrical energy E. This may also be the Pel ⁇ letmühle 4 'and / or an upstream or downstream processing unit supplied.
  • the primary fluid P itself is supplied to the cooler exhaust air.
  • the primary fluid P leaving the second heat exchanger 11 can also be used directly for this purpose.
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of a system 3 "according to the invention.
  • This system 3 '' contains a battery 16, which contains several, for example three, micro gas turbines, which are not shown here individually.
  • Each of these micro gas turbines has a nominal electrical output of 200 kW. When it delivers this electrical power, the micro ⁇ gas turbine simultaneously outputs about 280 kW of thermal power. The share of the power in the total power is thus about 58 o
  • the micro gas turbines contained in the battery 16 generate hot exhaust gases P, which therefore contain thermal energy and form a primary fluid within the meaning of the invention. These exhaust gases are passed through a P auxiliary burner 17, which can be switched on as needed to the exhaust gases to further P HEAT ⁇ zen.
  • the auxiliary burner 17 may be, for example, a duct burner.
  • the micro gas turbines can be operated so that the exhaust gases P still contain so much oxygen, that the auxiliary burner 17 does not need to be supplied with additional oxygen.
  • the exhaust gases P are then in a steam boiler 18 turns ⁇ , which forms a heat exchanger.
  • the steam boiler 18 to generate steam D, which forms a first fluid, the egg production ⁇ ner not illustrated and / or processing unit is supplied.
  • a steam amount of 750 kg / h are generated.
  • a re ⁇ production performance of microturbines to 50% still have a water vapor quantity of 350 kg / h can be achieved.
  • the temperature of the exhaust gases P can be increased from 280 ° C to 400 ° C, whereby a water vapor amount of 1300 kg / h can be achieved.
  • the water vapor can reach a temperature of 165 ° C.
  • the exhaust gases P are introduced into a second heat exchanger 19, in which part of the thermal energy is transferred to feedwater S.
  • the feed water S Prior to introduction into the second heat exchanger 19, the feed water S may be pretreated, for example in a not shown here ⁇ presented ion exchanger.
  • the feed water S has a temperature of 95 ° C and is introduced into a feedwater tank 20, where it is degassed. The degassing is effected by introducing a portion, at ⁇ play, about 2%, of the water generated by the boiler 18 the steam ⁇ D. By supplying the water vapor D the temperature of the feed water S rises to 105 ° C. From there, the feedwater S is introduced into the steam boiler 18 where it is heated to steam D as described above.
  • the exhaust gases P are introduced after leaving the second heat exchanger 19 in a third heat exchanger 21, in which a part of the thermal energy is transferred to water, which to Hot water F 2 is heated and forms a second fluid.
  • This hot water F 2 can be used, for example, to heat ei ⁇ nen storage tank, not shown here, in which about the raw materials, intermediates or end products of the process are stored.
  • part of the hot water F 2 can also be used to heat a building.
  • the exhaust gases P are still introduced into a fourth heat exchanger 22, in which a part of the thermal energy to a gas F 3 , such as air, is transmitted.
  • This gas F 3 can be used as a final product for drying the ⁇ that is produced in the process.
  • the plant 3 '' further includes a heat storage 23, in which the water vapor D can be temporarily initiated.
  • the heat storage 23 may include a storage material, such as a purpose ge ⁇ One suitable, per se known salt. The ge stored in the heat accumulator 23 ⁇ thermal energy can then be given later again and fed to the manufacturing and / or processing method.
  • the heat storage 23 may be designed so that it can absorb about 300 kg of water vapor D.
  • the individual units of the plant 3 'and the operating Para ⁇ meter can be selected according to the requirements or to be adapted. If, for example, less steam is required and more thermal energy for hot water, then the steam boiler 7 can be made smaller and the heat exchanger 11 correspondingly larger for the hot water.
  • Figure 4 shows a further inventivestrasbei ⁇ play a plant 3 '''.
  • the system 3 ''' contains an oil-fired boiler 24 in order to bridge any peak performance.
  • the boiler 24 can be preheated by means of the water vapor D, so that he does not need a heating time.
  • Each of the two heat exchangers 19, 21 has a compressor, not shown here. These two compressors in turn generate waste heat, which is supplied to the heat exchanger 25 via further, also not shown here fluid circuits. This thermal energy is transferred to the feedwater S in the heat exchanger 25, whereby it can be preheated before entering the heat exchanger 19.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung und/oder Verarbeitung eines Produktes, enthaltend die folgenden Schritte: Bereitstellung elektrischer Energie (E) und thermischer Energie mittels mindestens einer Gasturbine, insbesondere mittels mindestens einer Mikrogasturbine (1;1'); Verwendung zumindest eines Teils der von der Gasturbine bereitgestellten elektrischen Energie (E) und zumindest eines Teils der von der Gasturbine bereitgestellten thermischen Energie zur Herstellung und/oder Verarbeitung des Produktes. Des weiteren sind eine Anlage (3;3';3'';3''') zur Herstellung und/oder Verarbeitung eines Produktes sowie ein Verfahren zum Aufrüsten oder Umrüsten einer Anlage zur Herstellung und/oder Verarbeitung eines Produktes offenbart.

Description

Verfahren und Anlage zur Herstellung und/oder Verarbeitung eines Produktes sowie Verfahren zum Aufrüsten oder Umrüsten einer Anlage
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung und/oder Verarbeitung eines Produktes sowie Verfahren zum Aufrüsten oder Umrüsten einer bestehenden Anlage.
Firmen auf der gesamten Welt und in allen Industrien sind auf Grund gesetzlicher Vorgaben gezwungen, dem Klimawandel und der Energieknappheit entgegenzuwirken. Vor allem müssen daher die Energieeffizienz gesteigert und die C02-Emissionen reduziert werden. Bei vielen industriellen Prozessen werden sowohl elektrische Energie als auch thermische Energie benötigt. Beispielswei¬ se wird zum Extrudieren von Lebensmittelprodukten elektrische Energie benötigt, um die Extruderwellen anzutreiben. Zusätzlich wird Wärmeenergie benötigt, um das Produkt innerhalb des Extru¬ ders zu erwärmen, beispielsweise zu kochen.
Die bekannten Verfahren zur Herstellung und/oder Verarbeitung von Produkten, insbesondere von Lebensmittelprodukten, Textilien oder Papier, sowie die hierfür verwendeten Anlagen sind jedoch sehr ineffizient. Die elektrische Energie wird bei diesen be¬ kannten Verfahren nämlich einem elektrischen Versorgungsnetz entnommen. Bei der Durchleitung der elektrischen Energie durch das Versorgungsnetz können deutliche Verluste entstehen. Ein Teil der elektrischen Energie kommt daher nicht ihrem eigentli¬ chen Zweck zu Gute.
Um Energie zu sparen, wird in vielen Fällen die so genannte Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) eingesetzt. Diese weist jedoch eine Reihe von Nachteilen auf. Damit keine Übertragungsverluste ent¬ stehen, sollte sich die Anlage möglichst in der Nähe des KWK- Kraftwerkes befinden, was die geographische Lage der Anlagen stark einschränkt. Dieses Problem tritt insbesondere in indus- triellen Aussengebieten sowie in Schwellen- und Entwicklungsländern auf, wo die Versorgungsleitungen oftmals bis an den Rand ihrer Kapazitäten beansprucht sind. Die Erweiterung einer Anlage ist häufig mit hohen Investitionen in die Versorgungsleitung oder in einen neuen Transformator gekoppelt.
Zudem müssen bei vielen solchen Verfahren die Rohstoffe mit hohen Temperaturen behandelt werden. In vielen Fällen reicht das vom KWK-Kraftwerk bereitgestellte Temperaturniveau hierfür nicht aus, selbst wenn es sich in der Nähe der Anlage befindet. Wei¬ terhin werden gelegentlich Kernkraftwerke als KWK-Kraftwerke eingesetzt, welche jedoch nicht auf breite Akzeptanz stossen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung und/oder Verarbeitung eines Produktes bereitzustellen, bei dem die aus dem Stand der Technik bekannten überwunden sind. Insbesondere sollen ein Verfahren und eine Anlage geschaffen werden, bei denen die elektrische Energie und die thermische Energie effizient bereitgestellt und genutzt werden, ohne dass es dabei zu wesentlichen Energie¬ verlusten kommt. Weiterhin sollen insbesondere Temperaturen bereitgestellt werden können, die für das Verfahren erforderlich sind .
Diese Aufgabe wird einerseits durch ein Verfahren zur Herstel¬ lung und/oder Verarbeitung eines Produktes gelöst, welches zu¬ mindest die folgenden Schritte enthält:
- Bereitstellung elektrischer Energie und thermischer Energie mittels mindestens einer Gasturbine,
- Verwendung zumindest eines Teils der von der Gasturbine be¬ reitgestellten elektrischen Energie und zumindest eines Teils der von der Gasturbine bereitgestellten thermischen Energie zur Herstellung und/oder Verarbeitung des Produktes. Das erfindungsgemässe Verfahren erlaubt es also, sowohl die elektrische Energie als auch die thermische Energie ein und der¬ selben Energiequelle zu entnehmen, nämlich der Gasturbine.
Der Anteil der von der Gasturbine bereitgestellten thermischen Leistung an der gesamten von ihr bereitgestellten Leistung kann im Bereich von 50 % bis 70 %, bevorzugt von 55 % bis 67 %, be¬ sonders bevorzugt von 60 % bis 64 % liegen. Der Anteil der von der Gasturbine bereitgestellten elektrischen Leistung an der gesamten von ihr bereitgestellten Leistung kann im Bereich von 24 % bis 45 %, bevorzugt von 26 % bis 40 %, besonders bevorzugt von 28 % bis 33 % liegen. Die Gasturbine liefert also bevorzugt mehr thermische Leistung als elektrische Leistung. Neben der thermischen Leistung und der elektrischen Leistung können Verluste entstehen, beispielsweise durch Abstrahlung, Reibung und Leitungsverluste. Insgesamt kann aber ein Wirkungsgrad von bis zu 92 % erreicht werden.
Bevorzugt handelt es sich bei der Gasturbine um eine Mikrogas- turbine. Die Mikrogasturbine kann eine elektrische Nennleistung im Bereich von 30 kW bis 1000 kW, bevorzugt von 30 kW bis 600 kW, besonders bevorzugt von 60 kW bis 200 kW haben. Derartige Mikrogasturbinen sind an sich bekannt. Sie werden unter anderem in der dezentralen Energieversorgung eingesetzt. Mikrogasturbinen können eine sehr kompakte Bauform haben und sind daher Platz sparend. Zudem können sie mit hohen Drehzahlen, niedrigen Brennkammerdrücken betrieben werden. Trotzdem können sie Temperaturen erzeugen, die für eine Vielzahl industrieller Prozesse genügen.
In dem Verfahren können auch mehrere Gasturbinen, insbesondere mehrere Mikrogasturbinen, eingesetzt werden, die dann parallel geschaltet werden. Beispielsweise können mindestens drei, bevor¬ zugt mindestens fünf Gasturbinen, insbesondere Mikrogasturbinen parallel geschaltet werden. Dies erlaubt es einerseits, die Ge¬ samtleistung zu erhöhen. Andererseits erlaubt es eine Mehrzahl von Gasturbinen auch, die Anlage leichter zu regeln. So können beispielsweise bei Bedarf eine oder mehrere Gasturbinen zeitwei¬ se eingeschaltet und später wieder ausgeschaltet werden.
Die thermische Energie kann beispielsweise zum Kochen, Heizen, Trocknen, Rösten, Formen, Conchieren, Laminieren, Pasteurisieren, Destillieren und/oder Braten des Produktes und/oder zum Abtöten von Parasiten und/oder Keimen im Produkt verwendet werden. Ein Formen des Produktes wird durch die Hinzuführung thermischer Energie erleichtert.
Bei dem Produkt, das im erfindungsgemässen Verfahren hergestellte und/oder verarbeitet wird, kann es sich beispielsweise um ein Lebensmittel, wie beispielsweise Teigwaren, Reis, Mehl oder Schokolade handeln. Alternativ könnte es sich bei dem Produkt auch um Wolle, Textilien, Papier oder Metalle (wie beispielswei¬ se in Druckgussverfahren) handeln.
Die von der Gasturbine bereitgestellte thermische Energie kann mittels mindestens eines Wärmetauschers auf mindestens ein Fluid übertragen werden, mit dem das Produkt in direkten und/oder indirekten Kontakt gebracht werden kann. Die thermische Energie kann direkt von der Gasturbine mittels des Wärmetauschers auf das Fluid übertragen werden. Alternativ oder zusätzlich kann zumindest ein Teil der von der Gasturbine bereitgestellten thermischen Energie zunächst auf ein Primärfluid übertragen werden, woraufhin zumindest ein Teil der thermischen Energie des Pri- märfluides zur Herstellung und/oder Verarbeitung des Produktes verwendet wird. Beispielsweise kann das Primärfluid in den Wär¬ metauscher geleitet werden, wo es zumindest einen Teil seiner thermischen Energie auf das Fluid überträgt. Bei dem Primärfluid handelt es sich bevorzugt um die Abgase der Gasturbine. Alterna¬ tiv kann es sich bei dem Primärfluid um Wasser handeln, welches mit der Gasturbine in Kontakt gebracht wird. Die von der Gasturbine bereitgestellte thermische Energie kann auch auf mehrere Fluide übertragen werden. Mittels mindestens eines ersten Wärmetauschers kann thermische Energie auf mindes¬ tens ein erstes Fluid übertragen werden und mittels mindestens eines zweiten, mit dem ersten Wärmetauscher in Reihe geschalteten Wärmetauschers kann thermische Energie auf mindestens ein zweites Fluid übertragen werden. Sowohl das erste Fluid als auch das zweite Fluid können dann mit dem Produkt in direkten
und/oder indirekten Kontakt gebracht werden.
Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, Fluide mit unter¬ schiedlichen Temperaturen und/oder in unterschiedlichen Aggregatzuständen bereitzustellen, die in den verschiedenen Herstel- lungs- und/oder Verarbeitungsschritten des Verfahrens benötigt werden. Die von der Gasturbine erzeugten Temperaturen, können beispielsweise im Bereich von 275° C bis 545° C liegen. Mittels dreier in Reihe geschalteter Wärmetauscher kann diese thermische Energie beispielsweise zur Erzeugung von Wasserdampf, heissem Wasser und heisser Luft verwendet werden.
Es ist ebenfalls denkbar und liegt im Rahmen der Erfindung, dass eines der Fluide nacheinander mehrere Wärmetauscher durchläuft, wobei es in jedem der Wärmetauscher thermische Energie vom Pri- märfluid übernimmt. Hierdurch ist eine noch effektivere Wärme¬ übertragung möglich.
Alternativ oder zusätzlich kann die thermische Energie auch zur Behandlung eines in dem Verfahren verwendeten Prozessfluides eingesetzt werden, nachdem dieses Prozessfluid in Kontakt mit dem Produkt war. In diesem Falle wird die thermische Energie we¬ der direkt noch indirekt auf das Produkt übertragen. Dennoch handelt es sich auch hierbei im Sinne der Erfindung um eine Verwendung zumindest eines Teils der thermischen Energie zur Herstellung und/oder Verarbeitung des Produktes. Bei dem Prozessfluid kann es sich beispielsweise um ein Kühl- und/oder Trocknungsfluid handeln, mit dem das Produkt zur Küh¬ lung und/oder Trocknung beaufschlagt wird. Dieses Prozessfluid kann dabei Feuchtigkeit des Produktes aufnehmen. Zur Verhinde¬ rung einer Kondensation im ausströmenden Prozessfluid kann dieses mit thermischer Energie behandelt werden, welche direkt oder indirekt von der Gasturbine bereitgestellt wird. So kann bei¬ spielsweise ein Fluid, wie etwa Heissluft, in das ausströmende Prozessfluid eingeleitet werden, wodurch dieses erhitzt wird und die Kondensation verhindert werden kann.
Das Fluid, mit dem das Produkt in direkten oder indirekten Kontakt gebracht wird, kann beispielsweise Wasser, Wasserdampf, Luft und/oder Alkohol enthalten oder daraus bestehen. Bevorzugt sind Fluide, die in einem relevanten Temperaturbereich einen Phasenwechsel aufweisen, damit die Verdampfungsenthalpie verwen¬ det werden kann. So kann etwa die von der Gasturbine bereitge¬ stellte thermische Energie auf Wasserdampf übertragen werden, welcher zum Heizen eines Produktes in einem Extruder verwendet wird. In einem späteren Verfahrensschritt kann geheizte Luft verwendet werden, um das extrudierte Produkt zu trocknen.
In einigen vorteilhaften Ausführungsformen ist es auch möglich, dass zumindest ein Teil des Primärfluides , insbesondere das ge¬ samte Primärfluid, in direkten Kontakt mit dem Produkt gebracht wird. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass zumindest ein Teil des Primärfluides , insbesondere das gesamte Primärflu¬ id, zur Behandlung eines in dem Verfahren verwendeten Pro- zessfluides eingesetzt wird, nachdem dieses Prozessfluid in Kon¬ takt mit dem Produkt war. In diesem Falle sollte das Primärfluid derart beschaffen sein, dass es keine schädigende Wirkung auf das Produkt hat.
Da das Primärfluid einen Teil seiner thermischen Energie abgibt, wird es abgekühlt. In vielen Ausführungsformen kann das Pri- märfluid so weit abgekühlt werden, dass es nicht durch einen Ka¬ min abgeführt werden muss. Stattdessen kann es beispielsweise einfach direkt in die Raumluft in der Produktionshalle abgeführt werden, in der das erfindungsgemässe Verfahren durchgeführt wird. Insbesondere im Winter kann hierdurch die Raumluft geheizt werden, wodurch zusätzlich Energie eingespart werden kann. Zudem können Kosten für die Bereitstellung eines Kamins gespart werden, und es kann auch auf ein Genehmigungsverfahren für einen solchen Kamin verzichtet werden, welches mitunter äussert auf¬ wendig und langwierig sein kann.
Die Gasturbine, insbesondere die Mikrogasturbine, kann mit einer Vielzahl von Brennstoffen betrieben werden. Bei dem Brennstoff kann es sich etwa um fossile Brennstoffe, insbesondere Erdgas, Biogas oder Bioethanol handeln.
Ausser der Gasturbine kann in dem Verfahren auch mindestens eine zusätzliche Quelle thermischer Energie eingesetzt werden. Mit dieser zusätzlichen Quelle thermischer Energie kann etwa das Primärfluid weiter erwärmt werden. Dies ist beispielsweise dann sinnvoll, wenn in dem Verfahren in Spitzenzeiten eine höhere Temperatur und/oder eine höhere thermische Energie pro Zeit be¬ nötigt wird, die die Gasturbine nicht bereitstellen kann.
Bei der zusätzlichen Quelle thermischer Energie kann es sich etwa um einen an sich bekannten Brenner handeln, beispielsweise einen Kanalbrenner. In einigen Ausführungsformen können die Abgase der Mikrogasturbine noch derart viel Sauerstoff enthalten, dass dem Brenner kein weiterer Sauerstoff zugeführt werden muss. Der Brenner kann beispielsweise mit fossilen Brennstoffen, insbesondere Erdgas, Biogas oder Bioethanol betrieben werden. Al¬ ternativ kann er auch mit Feststoffen betrieben werden, wie etwa Hülsen, Kleie und/oder Holz. Insbesondere kann es sich um biologische Feststoffe handeln, die im Allgemeinen als Abfallprodukte angesehen werden. Alternativ kann es sich bei der zusätzlichen Quelle thermischer Energie auch um einen insbesondere ölgefeuer- ten Heizkessel handeln.
Die von der Gasturbine und optional von der zusätzlichen Quelle bereitgestellte thermische Energie kann zumindest zeitweise in einem Wärmespeicher gespeichert werden. Dieser kann die thermische Energie beispielsweise dann speichern, wenn das Verfahren zeitweise unterbrochen wird. Wenn das Verfahren dann später wieder fortgesetzt wird, kann der Wärmespeicher die thermische Energie wieder abgeben. Als Wärmespeicher kann jeder an sich bekannte Wärmespeicher verwendet werden. Beispielsweise kann die thermische Energie an ein Wärmereservoir abgegeben werden, dessen Temperatur sich infolgedessen erhöht. Das Wärmereservoir kann ein festes oder flüssiges Speichermaterial enthalten, bei¬ spielsweise Wasser, ein geeignetes Metall oder Speckstein. Alternativ kann die thermische Energie in Form von Schmelzenthal¬ pie geeigneter Materialien gespeichert werden, etwa spezieller Salze oder Blei.
In einigen Varianten des Verfahrens kann das Produkt selbst ein biologisches Material enthalten oder daraus bestehen. In diesem Fall ist es besonders bevorzugt, wenn zumindest ein Teil des biologischen Materials als Brennstoff für die Gasturbine verwen¬ det wird. Folglich muss kein separater Brennstoff bereitgestellt oder separat gelagert werden. Das als Brennstoff verwendete bio¬ logische Material kann beispielsweise auch aus einem Ausschuss des Produktes entnommen werden, welches bei der Herstellung und/oder Verarbeitung anfällt.
Es ist nicht erforderlich, dass die gesamte von der Gasturbine bereit gestellte elektrische Energie für die Herstellung
und/oder Verarbeitung des Produktes verwendet wird. Es ist auch denkbar und liegt im Rahmen der Erfindung, dass ein Teil der von der Gasturbine bereitgestellten elektrischen Energie in ein elektrisches Versorgungsnetz, insbesondere in ein öffentliches elektrisches Versorgungsnetz abgegeben wird. Elektrische Energie, die beim Betrieb der Gasturbine entsteht und aufgrund zeit¬ lich veränderlicher Prozessbedingungen für das Verfahren zeitweise nicht oder nur teilweise benötigt wird, kann hierdurch in sinnvoller Weise weitergegeben werden.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren können die Energiekosten um bis zu 40 % gesenkt werden. Die Effizienz des Verfahrens kann bis zu 92 % betragen. Zudem kann der C02-Ausstoss um bis zu 66 % gesenkt werden. Insbesondere liegt bei der Verwendung von Bio¬ masse als Brennstoff liegt überhaupt kein C02-Ausstoss vor.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Anlage zur Herstellung und/oder Verarbeitung eines Produktes, insbesondere in einem wie oben beschriebenen Verfahren. Die Anlage enthält mindestens eine Herstellungs- und/oder Verarbeitungseinheit zur Herstellung und/oder Verarbeitung des Produktes, welche mittels elektrischer Energie und thermischer Energie betreibbar ist. Er- findungsgemäss enthält die Anlage mindestens eine Gasturbine, insbesondere mindestens eine Mikrogasturbine, mittels welcher zumindest ein Teil dieser elektrischen Energie und zumindest ein Teil dieser thermischen Energie bereitstellbar sind. Für die Herstellung und/oder Verarbeitung des Produktes kann also ein und dieselbe Energiequelle für die elektrische Energie und für die thermische Energie genutzt werden.
Die Herstellungs- und/oder Verarbeitungseinheit kann beispiels¬ weise eine Kocheinheit, eine Heizeinheit, eine Trockeneinheit, eine Rösteinheit, eine Formeinheit, eine Conchiereinheit , eine Laminiereinheit , eine Pasteurisiereinheit, eine Destillierein¬ heit, eine Brateinheit und/oder eine Einheit zum Abtöten von Pa¬ rasiten und/oder Keimen im Produkt sein.
Die Anlage kann ferner mindestens einen Wärmetauscher enthalten, mittels dessen die von der Gasturbine bereitgestellte thermische Energie auf ein Fluid übertragbar ist, sowie Mittel zum Inkon- taktbringen des Produktes mit diesem Fluid. Das Produkt kann da¬ bei direkt und/oder indirekt mit dem Fluid in Kontakt gebracht werden .
Es ist denkbar, dass die Anlage mindestens einen ersten Wärme¬ tauscher und mindestens einen zweiten, mit dem ersten Wärmetauscher in Reihe geschalteten Wärmetauscher enthält. Diese Wärmetauscher sind derart angeordnet und ausgebildet, dass mittels des ersten Wärmetauschers thermische Energie auf mindestens ein erstes Fluid übertragbar ist und mittels des zweiten Wärmetau¬ schers thermische Energie auf mindestens ein zweites Fluid über¬ tragbar ist.
Ausser der Gasturbine kann die Anlage auch mindestens eine zu¬ sätzliche Quelle thermischer Energie enthalten. Dies ist bei¬ spielsweise dann sinnvoll, wenn in dem mit der Anlage ausgeführ¬ ten Verfahren in Spitzenzeiten eine höhere Temperatur und/oder eine höhere thermische Energie pro Zeit benötigt wird, die die Gasturbine nicht bereitstellen kann.
Bei der zusätzlichen Quelle thermischer Energie kann es sich etwa um einen Brenner oder um einen insbesondere ölgefeuerten Heizkessel handeln.
Die Anlage kann ferner einen Wärmespeicher aufweisen, in dem die von der Gasturbine und optional von der zusätzlichen Quelle be¬ reitgestellte thermische Energie zumindest zeitweise gespeichert werden kann - beispielsweise dann, wenn das Verfahren zeitweise unterbrochen wird. Als Wärmespeicher kann jeder an sich bekannte Wärmespeicher dienen. Beispielsweise kann die thermische Energie an ein Wärmereservoir, etwa Wasser, abgegeben werden, dessen Temperatur sich erhöht. Das Wärmereservoir kann ein festes oder flüssiges Speichermaterial enthalten, beispielsweise Wasser, ein geeignetes Metall oder Speckstein. Alternativ kann die thermi- sehe Energie in Form von Schmelzenthalpie geeigneter Materialien gespeichert werden, etwa spezieller Salze oder Blei.
In einigen möglichen Ausführungsbeispielen umfasst die Anlage weiterhin Mittel zum Abgeben eines Teils der von der Gasturbine bereitgestellten elektrischen Energie in ein elektrisches Versorgungsnetz, insbesondere in ein öffentliches elektrisches Ver¬ sorgungsnetz .
Besonders günstig ist es, wenn die Gasturbine in einem derarti¬ gen Abstand von der Herstellungs- und/oder Verarbeitungseinheit angeordnet ist, dass bei der Übertragung der thermischen und der elektrischen Energie keine übermässigen Verluste auftreten. Zu diesem Zweck ist die Gasturbine bevorzugt in einem Abstand von weniger als 500 m, besonders bevorzugt weniger als 100 m, beson¬ ders bevorzugt weniger als 20 m von der Herstellungs- und/oder Verarbeitungseinheit angeordnet.
Schliesslich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Aufrüsten oder Umrüsten einer bestehenden Anlage zur Herstellung und/oder Verarbeitung eines Produktes. Die bestehende Anlage enthält mindestens eine Herstellungs- und/oder Verarbeitungs¬ einheit zur Herstellung und/oder Verarbeitung des Produktes, wobei die Herstellungs- und/oder Verarbeitungseinheit mittels elektrischer Energie und thermische Energie betreibbar ist. Er- findungsgemäss wird in dem Verfahren mindestens eine Gasturbine, insbesondere mindestens eine Mikrogasturbine bereitgestellt, mittels welcher zumindest ein Teil dieser elektrischen Energie und zumindest ein Teil dieser thermischen Energie bereitstellbar sind .
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen Figur 1 : eine schematische Darstellung einer ersten Anlage zur Herstellung und/oder Verarbeitung eines Produktes mit einer Mikrogasturbine und drei Wärmetauschern;
Figur 2: eine schematische Darstellung einer zweiten Anlage zur Herstellung von Pellets mit Hilfe einer Pellet¬ mühle;
Figur 3: eine schematische Darstellung einer dritten Anlage mit einem Zusatzbrenner und einem Wärmespeicher;
Figur 4: eine schematische Darstellung einer vierten Anlage mit einem ölgefeuerten Heizkessel und einem Wärme¬ speicher .
Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung eine erste Anlage 3 zur Herstellung und/oder Verarbeitung eines Produktes. Diese Anlage 3 enthält eine Mikrogasturbine 1, mittels welcher elektri¬ sche Energie und thermische Energie bereitstellbar ist. Alterna¬ tiv ist es auch denkbar, dass die Anlage 3 mehrere Mikrogastur- binen enthält. Für die Ausführung der Erfindung kann jede an sich bekannte Mikrogasturbine 1 verwendet werden. Sie kann mit jedem an sich bekannten Brennstoff betrieben werden, beispielsweise mit fossilen Brennstoffen, insbesondere Erdgas, Biogas oder Bioethanol.
Die Mikrogasturbine 1 gibt thermische Energie an ein Primärfluid P ab. Dieses Primärfluid P durchströmt nacheinander drei in Rei¬ he geschaltete Wärmetauscher 2, 2 ' und 2 ' ' , mittels welcher die thermische Energie des Primärfluides P auf mehrere Fluide Fi, F2 und F3 übertragen wird.
Beim Verlassen der Mikrogasturbine 1 hat das Primärfluid P eine Temperatur von beispielsweise 300 °C. Ein Teil der thermischen Energie wird mittels des ersten Wärmetauschers 2 auf Wasser übertragen, welches aufgrund der Temperatur verdampft und an- schliessend als Wasserdampf vorliegt und das erste Fluid Fi bil¬ det. Nach dem Verlassen des ersten Wärmetauschers 2 hat das Pri- märfluid P eine Temperatur von 190 °C, mit der es in den zweiten Wärmetauscher 2 ' eingeleitet wird. In diesem zweiten Wärmetauscher 2 ' wird ein Teil der thermischen Energie auf Wasser übertragen, welches hierdurch erhitzt wird, jedoch im flüssigen Zustand verbleibt und das zweite Fluid F2 bildet. Anschliessend wird das Primärfluid P, welches noch eine Temperatur von 80 °C hat, dem dritten Wärmetauscher 2 ' ' zugeführt. Dort wird ein weiterer Teil der thermischen Energie auf Luft übertragen, welche sich folglich ebenfalls erwärmt und das dritte Fluid F3 bildet.
Der Dampf, das heisse Wasser und die heisse Luft werden einer hier nur schematisch dargestellten Herstellungs- und/oder Verarbeitungseinheit 4 zugeführt, welche mit der thermischen Energie betrieben werden. Die Herstellungs- und/oder Verarbeitungseinheit kann beispielsweise eine Kocheinheit, eine Heizeinheit, ei¬ ne Trockeneinheit, eine Rösteinheit, eine Formeinheit, eine Con- chiereinheit , eine Laminiereinheit , eine Pasteurisiereinheit, eine Destilliereinheit, eine Brateinheit und/oder eine Einheit zum Abtöten von Parasiten und/oder Keimen sein.
Ausser der thermischen Energie stellt die Mikrogasturbine 1 auch elektrische Energie E bereit. Zumindest ein Grossteil Ei der ge¬ samten elektrischen Energie E wird ebenfalls der Herstellungs¬ und/oder Verarbeitungseinheit 4 zugeführt, die mit dieser elekt¬ rischen Energie betrieben wird. Somit liefert die Mikrogasturbi¬ ne 1 sowohl die für den Betrieb der Herstellungs- und/oder Verarbeitungseinheit 4 benötigte elektrische als auch thermische Energie .
Die Anlage 3 enthält weiterhin Mittel 5 zum Abgeben eines Teils E2 der von der Mikrogasturbine 1 bereitgestellten elektrischen Energie E in ein elektrisches Versorgungsnetz 6. Das in Figur 2 schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine Anlage 3' mit einer Mikrogasturbine 1'. Die Mikrogas- turbine 1' stellt einerseits thermische Energie in Form ihrer Abgase bereit, welche ein Primärfluid P bilden. Dieses Pri¬ märfluid P strömt mit einer Durchflussmenge von etwa 10 t/h, ei¬ ner Temperatur von etwa 300 °C und einem Druck von 1040 mbar durch eine Eingangsöffnung 8 eines Dampfkessels 7, der einen Wärmetauscher bildet.
Das Primärfluid P verlässt den Dampfkessel 7 durch eine Aus¬ gangsöffnung 9 und hat dabei eine Temperatur von 155 °C und ei¬ nen Druck von 1020 mbar. Das Primärfluid P strömt anschliessend durch einen Vorerhitzer 11, wo es Speisewasser S auf eine Temperatur von 95 °C bringt. Der Vorerhitzer 11 fungiert also ebenfalls als Wärmetauscher. Das Speisewasser S wird anschliessend durch den Wasservorbehandler 12 geleitet. Danach wird es in einer hier nicht dargestellten Baueinheit mit Hilfe von Wasserdampf entgast, woraufhin es eine Temperatur von 105 °C und einen Druck von 3650 mbar hat. Eine derartige Entgasung ist im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel gemäss Figur 3 genauer dar¬ gestellt. Durch eine Entgasung kann eine Korrosion der mit dem Speisewasser S in Kontakt tretenden Oberflächen weitestgehend unterbunden werden, insbesondere ein Korrosion der Innenwände des Dampfkessels 7.
Anschliessend wird das Speisewasser S durch eine Eingangsöffnung 13 in den Dampfkessel 7 eingeleitet, wo es erhitzt und zu Was¬ serdampf D verdampft wird und den Dampfkessel durch die Aus¬ gangsöffnung 14 verlässt. Dieser Wasserdampf D hat eine Durchflussmenge von 700 kg/h, einer Temperatur von etwa 140 °C und einem Druck von 3600 mbar. Dieser Wasserdampf wird einer Pelletmühle 4' zugeführt, welche eine Herstellungseinheit bildet.
Nach Verlassen des Vorerhitzers 11 hat das Primärfluid P noch eine Temperatur von etwa 135 °C und einen Druck von 1010 mbar. Es strömt sodann in einen dritten Wärmetauscher 15, wo es ein drittes Fluid, nämlich Luft, von 20 °C auf 110 °C erhitzt. Diese Luft kann in folgender Weise verwendet werden: Pellets, welche die Pelletmühle 4' verlassen, können in einem hier nicht dargestellten Kühler durch Hinzuführung von Kühlluft gekühlt und gleichzeitig getrocknet werden. Die Kühlluft nimmt dabei sowohl Feuchtigkeit als auch feine Staubpartikel von den Pellets auf. Vorteilhafterweise werden die Staubpartikel anschliessend von der Kühlerabluft getrennt, beispielsweise in einem oder mehreren Filter oder Zyklonabscheidern. Ohne weitere Massnahmen würde die in der Kühlerabluft enthaltene Feuchtigkeit kondensieren und könnte zusammen mit den Staubpartikeln zu Ablagerungen in Rohrleitungen, Filtern oder Abscheidern führen. Das Ausmass der Kondensatbildung hängt von der Durchflussmenge der Kühlluft, von ihrer Temperatur und vom Sättigungsgrad ab.
Eine Kondensation kann jedoch vermieden werden, wenn der Kühlerabluft die auf 110 °C erwärmte Luft aus dem Wärmetauscher 15 zu¬ geführt wird. Gleichzeitig dient diese Luft zur Hygienisierung . Daraus ergibt sich ein besseres Kühlverhalten des Produkts, die Produktqualität steigt und der Energiebedarf sinkt.
Nach Verlassen des dritten Wärmetauchers 15 hat das Primärfluid P noch eine Temperatur von 100 °C und einen Druck von 1000 mbar. Wird das gesamte Primärfluid P in der oben beschriebenen Weise durch die Wärmetauscher 7, 11 und 15 geleitet, so kann einerseits nahezu der gesamte Energiegehalt des Primärfluides P ge¬ nutzt werden. Andererseits muss das Primärfluid P aufgrund sei¬ ner vergleichsweise geringen Temperatur nach Verlassen des dritten Wärmetauschers 15 nicht durch einen Kamin abgeführt werden. Stattdessen kann das Primärfluid P beispielsweise einfach direkt in die Raumluft in der Produktionshalle abgeführt werden, in der sich die Anlage 3' befindet. Insbesondere im Winter kann die Raumluft hierdurch geheizt werden, wodurch Energie gespart wer- den kann. Zudem können Kosten für die Bereitstellung eines Kamins gespart werden, und es kann auch auf ein Genehmigungsverfahren für einen solchen Kamin verzichtet werden, welches mitunter äussert aufwendig und langwierig sein kann.
Ausser der thermischen Energie stellt die Mikrogasturbine 1 auch noch elektrische Energie E bereit. Diese kann ebenfalls der Pel¬ letmühle 4' und/oder einer vor- oder nachgeschalteten Verarbeitungseinheit zugeführt werden.
Alternativ ist es auch möglich, dass das Primärfluid P selbst der Kühlerabluft zugeführt wird. Hierfür kann in Abkehr von Figur 2 auch direkt das den zweiten Wärmetauscher 11 verlassende Primärfluid P verwendet werden. Bei dieser Variante kann auf den dritten Wärmetauscher 15 und das dritte Fluid verzichtet werden.
In Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfin- dungsgemässen Anlage 3 ' ' gezeigt. Diese Anlage 3 ' ' enthält eine Batterie 16, welche mehrere, beispielsweise drei, Mikrogasturbi- nen enthält, die hier nicht einzeln dargestellt sind. Jede die¬ ser Mikrogasturbinen hat eine elektrische Nennleistung von 200 kW. Wenn sie diese elektrische Leistung liefert, gibt die Mikro¬ gasturbine gleichzeitig etwa 280 kW thermischer Leistung ab. Der Anteil der Leistung an der gesamten Leistung beträgt also ca. 58 o
o ·
Die in der Batterie 16 enthaltenen Mikrogasturbinen erzeugen heisse Abgase P, welche daher thermische Energie enthalten und im Sinne der Erfindung ein Primärfluid bilden. Diese Abgase P werden durch einen Zusatzbrenner 17 geleitet, der bei Bedarf eingeschaltet werden kann, um die Abgase P noch weiter zu erhit¬ zen. Bei dem Zusatzbrenner 17 kann es sich etwa um einen Kanalbrenner handeln. Die Mikrogasturbinen können so betrieben werden, dass die Abgase P noch derart viel Sauerstoff enthalten, dass der Zusatzbrenner 17 nicht mit zusätzlichem Sauerstoff versorgt werden muss.
Die Abgase P werden anschliessend in einen Dampfkessel 18 einge¬ leitet, welcher einen Wärmetauscher bildet. Der Dampfkessel 18 erzeugt Wasserdampf D, welcher ein erstes Fluid bildet, das ei¬ ner hier nicht dargestellten Herstellungs- und/oder Verarbeitungseinheit zugeführt wird. Mit der Anlage 3' ' kann bei voller Leistung von drei Mikrogasturbinen und ohne Zusatzbrenner 17 eine Wasserdampfmenge von 750 kg/h erzeugt werden. Bei einer Re¬ duktion der Leistung der Mikrogasturbinen auf 50 % kann noch immer eine Wasserdampfmenge von 350 kg/h erreicht werden. Mit Hil¬ fe des Zusatzbrenners 17 kann die Temperatur der Abgase P von 280 °C auf 400 °C erhöht werden, wodurch eine Wasserdampfmenge von 1300 kg/h erzielt werden kann. Der Wasserdampf kann dabei eine Temperatur von 165 °C erreichen.
Nach Verlassen des Dampfkessels 18 werden die Abgase P in einen zweiten Wärmetauscher 19 eingeleitet, in dem ein Teil der thermischen Energie auf Speisewasser S übertragen wird. Vor der Einleitung in den zweiten Wärmetauscher 19 kann das Speisewasser S vorbehandelt werden, beispielsweise in einem hier nicht darge¬ stellten Ionenaustauscher. Nach Verlassen des zweiten Wärmetauschers 19 hat das Speisewasser S eine Temperatur von 95 °C und wird in einen Speisewassertank 20 eingeleitet, wo es entgast wird. Die Entgasung erfolgt durch Einführung eines Teiles, bei¬ spielsweise etwa 2%, des vom Dampfkessel 18 erzeugten Wasser¬ dampfes D. Durch die Zuführung des Wasserdampfes D steigt die Temperatur des Speisewassers S auf 105 °C. Von dort wird das Speisewasser S in den Dampfkessel 18 eingeleitet, wo es - wie oben beschrieben - zu Wasserdampf D erhitzt wird.
Die Abgase P werden nach Verlassen des zweiten Wärmetauschers 19 in einen dritten Wärmetauscher 21 eingeleitet, in dem ein Teil der thermischen Energie auf Wasser übertragen wird, welches zu Heisswasser F2 erhitzt wird und ein zweites Fluid bildet. Dieses Heisswasser F2 kann beispielsweise dazu verwendet werden, um ei¬ nen hier nicht dargestellten Lagertank zu heizen, in dem etwa die Rohstoffe, Zwischenprodukte oder Endprodukte des Verfahrens gelagert werden. Zusätzlich kann ein Teil des Heisswassers F2 auch zur Heizung eines Gebäudes verwendet werden.
Schliesslich werden die Abgase P noch in einen vierten Wärmetauscher 22 eingeleitet, in dem ein Teil der thermischen Energie auf ein Gas F3, wie beispielsweise Luft, übertragen wird. Dieses Gas F3 kann etwa zur Trocknung eines Endproduktes verwendet wer¬ den, dass in dem Verfahren hergestellt wird.
Die Anlage 3' ' enthält weiterhin einen Wärmespeicher 23, in den der Wasserdampf D zeitweise eingeleitet werden kann. Dies kann etwa dann sinnvoll sein, wenn das Herstellungs- und/oder Verar¬ beitungsverfahren kurzzeitig angehalten wird und weder die Mik- rogasturbinen ausgeschaltet werden sollen noch thermische Energie nutzlos verloren gehen soll. Der Wärmespeicher 23 kann ein Speichermaterial enthalten, wie beispielsweise ein hierfür ge¬ eignetes, an sich bekanntes Salz. Die im Wärmespeicher 23 ge¬ speicherte thermische Energie kann dann später wieder abgegeben und dem Herstellungs- und/oder Verarbeitungsverfahren zugeführt werden. Der Wärmespeicher 23 kann so ausgelegt sein, dass er etwa 300 kg Wasserdampf D aufnehmen kann.
Die einzelnen Baueinheiten der Anlage 3' ' und die Betriebspara¬ meter können entsprechend den Anforderungen gewählt oder ange- passt werden. Wird beispielsweise weniger Wasserdampf benötigt und mehr thermische Energie für Heisswasser, so kann der Dampfkessel 7 kleiner ausgelegt werden und der Wärmetauscher 11 für das Heisswasser entsprechend grösser.
Figur 4 zeigt ein weiteres erfindungsgemässes Ausführungsbei¬ spiel einer Anlage 3 ' ' ' . Im Gegensatz zu der Ausführungsform ge- mäss Figur 3 ist hier kein Zusatzbrenner vorgesehen. Stattdessen enthält die Anlage 3 ' ' ' einen ölgefeuerten Heizkessel 24, um allfällige Spitzenleistungen überbrücken zu können. Der Heizkessel 24 kann mittels des Wasserdampfes D vorgeheizt werden, damit er keine Aufheizzeit benötigt.
Jeder der beiden Wärmetauscher 19, 21 verfügt über einen hier nicht dargestellten Kompressor. Diese beiden Kompressoren erzeugen ihrerseits Abwärme, die dem Wärmetauscher 25 über weitere, hier ebenfalls nicht dargestellte Fluidkreisläufe zugeführt wird. Diese thermische Energie wird im Wärmetauscher 25 auf das Speisewasser S übertragen, wodurch es bereits vor dem Eintritt in den Wärmetauscher 19 vorgeheizt werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung und/oder Verarbeitung eines Produktes, enthaltend die folgenden Schritte:
- Bereitstellung elektrischer Energie (E) und thermischer Energie mittels mindestens einer Gasturbine, insbesondere mittels mindestens einer Mikrogasturbi- ne ( 1 ; 1 ' ) ,
- Verwendung zumindest eines Teils der von der Gasturbine bereitgestellten elektrischen Energie (E) und zumindest eines Teils der von der Gasturbine bereit¬ gestellten thermischen Energie zur Herstellung und/oder Verarbeitung des Produktes.
2. Verfahren gemäss Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Anteil der von der Gasturbine bereitgestellten thermischen Leistung an der gesamten von ihr bereitgestellten Leistung im Bereich von 50 % bis 70 %, bevorzugt von 55 % bis 67 %, besonders bevorzugt von 60 % bis 64 % liegt.
3. Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Anteil der von der Gasturbine bereitgestellten elektrischen Leistung an der gesamten von ihr bereitgestellten Leistung im Bereich von 24 % bis 45 %, bevorzugt von 26 % bis 40 %, besonders bevorzugt von 28 % bis 33 % liegt.
4. Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die thermische Energie zum Kochen, Heizen, Trocknen, Rösten, Formen, Conchieren, Laminieren, Pasteurisieren, Destillieren und/oder Braten des Produktes und/oder zum Abtö- ten von Parasiten und/oder Keimen im Produkt verwendet wird .
5. Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Produkt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Le¬ bensmitteln, wie beispielsweise Teigwaren, Reis, Mehl oder Schokolade, oder Textilien, Papier und Metallen.
6. Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die von der Gasturbine bereitgestellte thermische Energie mittels mindestens eines Wärmetauschers
(2 ; 2 ' ; 2 ' ' ; 7 ; 11 ; 15 ; 19; 21 ; 22 ; 25) auf mindestens ein Fluid
( Fi ; F2; F3; D) übertragen wird, mit dem das Produkt in direk¬ ten und/oder indirekten Kontakt gebracht wird.
7. Verfahren gemäss Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die von der Gasturbine bereitgestellte thermische Energie auf mehrere Fluide ( Fi;F2;F3;D) übertragen wird, wobei mit¬ tels mindestens eines ersten Wärmetauschers (2; 7; 18) ther¬ mische Energie auf mindestens ein erstes Fluid ( Fi ; D ) über¬ tragen wird und mittels mindestens eines zweiten, mit dem ersten Wärmetauscher (2) in Reihe geschalteten Wärmetauschers (2';19) thermische Energie auf mindestens ein zwei¬ tes Fluid (F2) übertragen wird, wobei das erste Fluid
( Fi ,- D ) und das zweite (F2) Fluid mit dem Produkt in direk¬ ten und/oder indirekten Kontakt gebracht werden.
8. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 6 und 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens eines der Fluide ( Fi;F2;F3;D) Wasser, Wasser¬ dampf, Luft und/oder Alkohol enthält oder daraus besteht.
9. Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest ein Teil der von der Gasturbine bereitgestellten thermischen Energie auf ein Primärfluid (P) übertragen wird, insbesondere auf Abgase der Gasturbine, woraufhin zu¬ mindest ein Teil der thermischen Energie des Primärfluides (P) zur Herstellung und/oder Verarbeitung des Produktes verwendet wird.
10. Verfahren gemäss Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest ein Teil des Primärfluides (P) , insbesondere das gesamte Primärfluid (P) , in direkten Kontakt mit dem Pro¬ dukt gebracht wird.
11. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 9 und 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest ein Teil des Primärfluides (P) , insbesondere das gesamte Primärfluid (P) , zur Behandlung eines in dem Ver¬ fahren verwendeten Prozessfluides eingesetzt wird, nachdem dieses Prozessfluid in Kontakt mit dem Produkt war.
12. Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Gasturbine mit einem Brennstoff betrieben wird, der ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus fossilen Brennstoffen, insbesondere Erdgas, Biogas und Bioethanol.
13. Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Produkt hergestellt und/oder verarbeitet wird, ein bio¬ logisches Material enthält oder daraus besteht, wobei zu¬ mindest ein Teil des biologischen Materials als Brennstoff für die Gasturbine verwendet wird.
14. Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Teil der von der Gasturbine bereitgestellten elektrischen Energie (E) in ein elektrisches Versorgungsnetz (6) abgegeben wird.
15. Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest ein Teil der von der Gasturbine bereitgestellten thermischen Energie zur Behandlung eines in dem Verfahren verwendeten Prozessfluides eingesetzt wird, nachdem das Prozessfluid in Kontakt mit dem Produkt war.
16. Anlage ( 3 ; 3 ' ; 3 ' ' ; 3 ' ' ' ) zur Herstellung und/oder Verarbei¬ tung eines Produktes, insbesondere in einem Verfahren ge¬ mäss einem der vorangehenden Ansprüche, enthaltend mindes¬ tens eine Herstellungs- und/oder Verarbeitungseinheit
(4;4') zur Herstellung und/oder Verarbeitung des Produktes, welche mittels elektrischer Energie (E) und thermischer Energie betreibbar ist,
gekennzeichnet durch
mindestens eine Gasturbine, insbesondere mindestens eine Mikrogasturbine (1;1'), mittels welcher zumindest ein Teil der elektrischen Energie (E) und zumindest ein Teil der thermischen Energie bereitstellbar sind.
17. Anlage (3 ; 3' ; 3' ' ; 3' ' ' ) gemäss Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Herstellungs- und/oder Verarbeitungseinheit (4;4') eine Kocheinheit, eine Heizeinheit, eine Trockeneinheit, eine Rösteinheit, eine Formeinheit, eine Conchiereinheit , eine Laminiereinheit , eine Pasteurisiereinheit, eine Destillier¬ einheit, eine Brateinheit und/oder eine Einheit zum Abtöten von Parasiten und/oder Keimen ist.
18. Anlage ( 3 ; 3 ' ; 3 ' ' ; 3 ' ' ' ) gemäss einem der Ansprüche 16 und 17,
gekennzeichnet durch
- mindestens einen Wärmetauscher
(2;2' ;2" ; 7 ; 11 ; 15 ; 19 ; 21 ; 22 ; 25 ) , mittels dessen die von der Gasturbine bereitgestellte thermische Ener¬ gie auf ein Fluid ( Fi ; F2; F3; D) übertragbar ist,
- Mittel zum direkten und/oder indirekten Inkon- taktbringen des Produktes mit dem Fluid ( Fi ; F2; F3; D) .
19. Anlage ( 3 ; 3 ' ; 3 ' ' ; 3 ' ' ' ) gemäss einem der Ansprüche 16 bis 18,
gekennzeichnet durch
mindestens einen ersten Wärmetauscher (2; 7; 18) und mindes¬ tens einen zweiten, mit dem ersten Wärmetauscher (2; 7; 18) in Reihe geschalteten Wärmetauscher (2';19), welche derart angeordnet und ausgebildet sind, dass mittels des ersten Wärmetauschers (2; 7; 18) thermische Energie auf mindestens ein erstes Fluid ( Fi ) übertragbar ist und mittels des zwei¬ ten Wärmetauschers (2';19) thermische Energie auf mindes¬ tens ein zweites Fluid (F2) übertragbar ist.
20. Anlage ( 3 ; 3 ' ; 3 ' ' ; 3 ' ' ' ) gemäss einem der Ansprüche 16 bis 19,
gekennzeichnet durch
Mittel (5) zum Abgeben eines Teils (E2) der von der Gasturbine bereitgestellten elektrischen Energie (E) in ein elektrisches Versorgungsnetz (6).
21. Anlage ( 3 ; 3 ' ; 3 ' ' ; 3 ' ' ' ) gemäss einem der Ansprüche 16 bis 20, gekennzeichnet durch mindestens einen Wärmespeicher (23) zum zumindest temporären Speichern wenigstens eines Teils der von der Gasturbine bereitgestellten thermischen Energie .
Verfahren zum Aufrüsten oder Umrüsten einer Anlage zur Her Stellung und/oder Verarbeitung eines Produktes, wobei die Anlage mindestens eine Herstellungs- und/oder Verarbei¬ tungseinheit (4;4') zur Herstellung und/oder Verarbeitung des Produktes enthält, welche mittels elektrischer Energie (E) und thermischer Energie betreibbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens eine Gasturbine, insbesondere mindestens eine Mikrogasturbine (1;1'), bereitgestellt wird, mittels wel¬ cher zumindest ein Teil der elektrischen Energie (E) und zumindest ein Teil der thermischen Energie bereitstellbar sind .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE3618745A1 (de) * 1985-06-04 1986-12-04 Westinghouse Electric Corp., Pittsburgh, Pa. System zur energieumwandlung
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WO1995009722A1 (en) * 1993-10-07 1995-04-13 Convertech Group Limited Multi effect hydrolysing/drying system for biological materials

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