减少能量投入并且改善能量输出的设备方案.pdf

本发明涉及对由可燃的气态、蒸气态或者液态废料组成的空气/溶剂混合物(5)进行符合环境要求地处置的方法，借助燃烧单元(1)以燃烧空气/溶剂混合物(5)并放出燃烧单元(1)内产生的环境友好的排出空气(2)以及所产生的废热(3)。为了能够在不连续供应易燃物质的情况下分解空气/溶剂混合物(5)，建议将空气/溶剂混合物(5)部分或者全部供给至回收单元(6)，在这里将其转化为可利用的能量形式(22，24，7)；并且将所述能量形式部分或者全部供给至燃烧单元(1)以进行燃烧，和由此在运行过程中给燃烧单元(1)自动提供部分或全部燃料。

1.  用于对由可燃的气态、蒸气态或者液态废料组成的空气/溶剂混合物(5)进行符合环境要求地处置的方法，借助燃烧单元(1)以燃烧空气/溶剂混合物(5)并排出在该燃烧单元(1)内产生的环境友好的排出空气(2)以及所产生的废热(3)，其特征在于，将空气/溶剂混合物(5)部分或者全部供给至回收单元(6)并在此处将其转化为可利用的能量形式(22，24，7)；并且将所述能量形式部分或者全部供给至燃烧单元(1)以进行燃烧，并由此在运行过程中给该燃烧单元(1)自行部分或全部提供燃料。

2.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于，可利用的能量形式是电流(22)、气体、蒸气(24)或者易燃的冷凝物(7)。

3.  根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在回收单元(6)中将空气/溶剂混合物(5)供给至斯特林发动机(20)，并且例如与发电机(21)结合产生电流(22)。

4.  根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在回收单元(6)内在水蒸气转换设备(23)中将空气/溶剂混合物(5)转变成水蒸气(24)，然后将水蒸气(24)供给至某一应用。

5.  根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将水蒸气(24)供给至发电机(21)以产生电流(22)。

6.  根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在回收单元(6)内在冷凝设备(26)中使空气/溶剂混合物(5)冷凝下来，并在燃烧单元(1)中燃烧所产生的易燃冷凝物(7)。

7.  根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将燃烧单元(1)内产生的废热(3)和/或电流(4)供给至回收单元(6)，以冷凝空气/溶剂混合物(5)。

8.  根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，将回收单元(6)中产生的冷凝物(7)送入储罐(8)之中，并根据需要从这里供给至燃烧单元(1)。

9.  根据权利要求6～8中任一项所述的方法，其特征在于，燃烧单元(1)是常规的加热后燃烧设备(9)和/或燃料电池设备(10)或者通常是从物质产生热量和/或冷量或者电能的能量转换系统。

10.  根据权利要求6～9中任一项所述的方法，其特征在于，回收单元(6)是吸收设备、冷凝设备、逆制冷设备或者吸附设备。

11.  根据权利要求6～10中任一项所述的方法，其特征在于，通过从储罐(8)中连续抽取冷凝物(7)来均匀运行燃烧单元(1)。

12.  根据权利要求6～11中任一项所述的方法，其特征在于，储罐(8)中的冷凝物(7)是非化石来源的，例如是生物乙醇或生物丁醇。

13.  根据权利要求6～12中任一项所述的方法，其特征在于，在回收单元(6)中对可燃或易燃物质的纯物质或者对至少两种不同可燃或易燃物质的混合物进行处理，使其也能与不可燃或不易燃物质例如水混合。

14.  根据权利要求1～13中任一项所述的方法，其特征在于，使燃烧单元(1)在部分负荷状况下运行，其中除了来自储罐(8)的冷凝物(7)之外，也将燃料气体燃料(11)和/或电流(12)和/或供燃烧用的输入空气(19)送入燃烧单元(1)之中。

15.  根据权利要求1～9中任一项所述的方法，其特征在于，从空气/溶剂混合物(5)中全部或者几乎全部去除易燃或可燃的物质，并将该混合物(5)中的剩余气体部分供给至燃烧单元(1)的输入空气(19)之中。

16.  根据权利要求1～15中任一项所述的方法，其特征在于，部分或者完全利用燃烧单元(1)中产生的热量来驱动斯特林发动机(20)。

17.  根据权利要求16所述的方法，其特征在于，将斯特林发动机(20)中所转换的能量用于驱动目的。

18.  根据权利要求16或17所述的方法，其特征在于，斯特林发动机(20)驱动产生电能(22)的发电机(21)。

19.  根据权利要求1～18中任一项所述的方法，其特征在于，部分或者完全利用燃烧单元(1)中产生的热量来产生水蒸气(24)。

20.  根据权利要求19所述的方法，其特征在于，将所产生的水蒸气(24)用于驱动目的。

21.  根据权利要求19或20所述的方法，其特征在于，水蒸气(24)驱动产生电能(22)的发电机(21)。

22.  根据权利要求19所述的方法，其特征在于，将所产生的水蒸气(24)用于杀菌目的。

23.  根据权利要求1～22中任一项所述的方法，其特征在于，在回收单元(6)中将从燃烧单元(1)供给至回收单元(6)的热能分配到各种类型的应用。

24.  根据权利要求23所述的方法，其特征在于，在回收单元(6)中各种类型的应用级联或者以组合形式运行。

减少能量投入并且改善能量输出的设备方案
本发明涉及对可燃的气态、蒸气态或者液态废料组成的空气/溶剂混合物进行符合环境要求地处置的方法，借助燃烧单元以燃烧空气/溶剂混合物并排出燃烧单元内产生的环境友好的排出空气(2)以及所产生的废热。
按照现有技术(见图1和2)，例如必须将空气/溶剂混合物供给至加热后燃烧设备(TNV)，使得不让有害物质排放到环境中。出自规定的安全性原因，例如空气/溶剂混合物在它们离开应用过程时，必须用空气稀释到不形成可点燃的混合物的程度。将这些贫化的空气输送给加热后燃烧设备。此外，在混合空气到达加热后燃烧的燃烧室之前，有时为此将混合空气用随后燃烧过程的废热预热。
如果预热或没有预热的空气/溶剂混合物进入燃烧室，该燃烧室通常用燃料例如燃料气体或电能点火。催化后燃烧也是可考虑的。
如果用燃料电池(BSZ)代替加热后燃烧，则空气/溶剂混合物例如可以为保持工作温度一起被燃烧。通过燃料气体或可燃材料的单独回路产生电流。
按照现有技术的方案，为燃烧易燃材料需要燃料气体。
本发明基于如下任务：改进按照权利要求1的前序部分的符合环境要求地处理空气/溶剂混合物的方法，使得能够在不连续供应易燃物质的情况下分解空气/溶剂混合物。
通过下述方式实现本发明的目的：将空气/溶剂混合物部分或者全部供给至回收单元，在这里将其转化为可利用的能量形式；并且将所述能量形式部分或者全部供给燃烧单元以进行燃烧，并由.此在运行过程中给燃烧单元自行(vonselbst)部分或全部提供燃料。术语空气/溶剂混合物指的是含有可燃或易燃物质的空气和/或惰性气体和/或混合物(以下也称作混合物)。
根据本发明，可利用的能量形式优选是电流、气体(Gas)、蒸气或者易燃或可燃的冷凝物。以下还要对冷凝物进行详细解释。
按照本发明的一种实施方案，在回收单元中将空气/溶剂混合物供给至斯特林发动机，并且例如结合发电机进行发电。空气/溶剂混合物驱动斯特林发动机，该斯特林发动机再驱动发电机。
按照本发明的另一种实施方案，在水蒸气转换设备的回收单元中将空气/溶剂混合物转换成水蒸气，然后输送水蒸气以便利用。
按照一种应用形式，将水蒸气供给至发电机以进行发电。
按照另一种应用形式，在冷凝设备的回收单元中使得空气/溶剂混合物冷凝出来，并在燃烧单元中燃烧所产生的易燃冷凝物。
根据本发明，将燃烧单元中所产生的废热和/或电流供给至用来使空气/溶剂混合物冷凝出来的回收单元。
本发明的方法或设备方案在运行中基本上或完全地利用了蕴藏在之前从空气/溶剂混合物凝结的易燃性材料中的能量。不过，起动可以任选地用传统的燃料如燃料气体进行。
按照本发明的实施方案，将回收单元中产生的冷凝物或者所有在回收单元中产生的可利用的能量形式导入到储罐中，然后可根据需要从这里供给至燃烧单元。所述储罐也可作为缓冲器，并且可以将起动设备所需数量的易燃物质(燃料)填充在储罐之中。也可以使用另一个储罐来临时储存易燃和/或可燃的物质或者混合物。
按照本发明的改进实施方案，燃烧单元是常规的加热后燃烧设备和/或燃料电池设备，或者通常是可从物质中产生热量和/或冷量或者电能的能量转换系统。
按照本发明的另一种改进实施方案，回收单元是吸收设备、冷凝设备、逆制冷设备或者吸附设备。
优选通过从储罐中连续抽取冷凝物使得燃烧单元均匀运行。
按照一种实施方案，储罐中的冷凝物是非化石来源的，例如是生物乙醇或者生物丁醇。
按照本发明的改进实施方案，在回收单元中对可燃或易燃物质的纯物质、或者对至少两种不同可燃或易燃物质的混合物进行处理，使其也能与不可燃或不易燃物质例如水混合。
也可以使燃烧单元在部分负荷状况下运行，其中除了来自储罐的冷凝物之外，也将燃料气体/燃料和/或电流和/或供燃烧用的输入空气(Zuluft)送入到燃烧单元之中。
按照本发明的一种改进实施方案，从混合物或者空气/溶剂混合物中全部或者几乎全部去除易燃或可燃的物质，然后将混合物中的剩余成分送入燃烧单元的输入空气之中。
按照本发明的一种实施方案，部分或者完全利用燃烧单元中产生的热量或废热来驱动斯特林发动机。
优选将斯特林发动机中所转换的能量用于驱动目的。斯特林发动机也可驱动产生电能的发电机。这样就在回收单元中将空气/溶剂混合物转换成电流作为可利用的能量形式。然后可以将该电流进而送入燃烧单元之中以使得空气/溶剂混合物进行燃烧。
按照另一种应用形式，部分或完全利用燃烧单元中产生的热量来产生水蒸气。
然后可以将所产生的水蒸气进而用于驱动目的。
按照本发明的一种实施方案，水蒸气驱动产生电能也就是电流的发电机。
也可将所产生的水蒸气用于灭菌目的。
按照本发明的一种优选实施方案，在回收单元中将从燃烧单元供给至回收单元的热能分配到各种类型的应用。也就是说，在回收单元中产生各种可利用的能量形式。
按照一种应用形式，在回收单元中各种类型的应用级联或者以组合形式运行。
现在本发明所述的方法或者设备方案可在运行过程中基本上或者完全利用之前例如从空气/溶剂混合物中冷凝出来的易燃物质中所蕴藏的能量。不过，可以任选地使用常规燃料进行起动，或者将起动设备所需数量的易燃物质填充在作为缓冲器安装在该设备内的储罐之中。
现在可以使用燃烧过程中在燃烧单元内产生的废热来驱动例如逆制冷设备或者吸收设备，这些装置均为下面方法或设备方案的组成部分，也即从空气/溶剂混合物中冷凝出自身运转所需的燃料。从环保眼光来看，这样避免了使用化石燃料气体。
如果将这种方法或设备方案与加热后燃烧设备结合运行，则可以从储罐中抽取易燃的液态燃料，然后利用空气将其制备成可在燃烧单元内点燃的混合物。易燃物质在点火之后即燃烧并转换成二氧化碳和水，在上述回收单元中利用释放出来的能量来进行物质提取或者冷凝。
如果使用燃料电池取代加热后燃烧设备，则除了废热之外，还能从物质中获得电能。
以下将根据附图对本发明进行说明。
图1示出的是现有技术，即示意性地示出用燃烧单元1用于按照环境要求处置空气/溶剂混合物5的方法，这些空气/溶剂混合物由可燃的蒸气状或液体废料组成，伴随地引出在燃烧单元1中产生的环境友好的废空气2和产生的废热3和/或电流4。
在此，燃烧单元1是加热后燃烧设备9，空气/溶剂混合物5通入到该设备中。空气/溶剂混合物5用空气稀释到不存在能点燃的混合物的程度。将经贫化的空气输送给加热后燃烧。为了燃烧，将燃料/燃烧气体11和/或电能12，即电流导入到后燃烧设备9中。从后燃烧设备9将废空气2(CO₂/H₂O)和废热3引出。同样已知的是，废热3应用于预热空气/溶剂混合物1。
附图2所示同样也是现有技术，只不过这里使用燃料电池设备10作为燃烧单元1，空气/溶剂混合物5被送入该燃料电池设备10之中。这里也使用空气稀释空气/溶剂混合物5，使得不会存在可以点燃的混合物。将经贫化的空气供给至燃料电池设备10。将燃料/燃料气体11、氢气13和/或电能12也就是电流送入燃料电池设备10之中。从燃料电池设备10中放出排出空气2、废热3和电流4。
附图3所示为本发明所述的燃烧单元1和回收单元6的耦合形式，其中燃烧单元1将空气/溶剂混合物5转变成热能和排出空气(Abluft)或者废气(Abgas)。燃烧单元1将从可燃或易燃物质中获取的废热提供给回收单元6。
将一部分空气/溶剂混合物5直接送入燃烧单元1，将另一部分或者剩余物送入回收单元，在该回收单元转变成可利用的能量形式，再将这种能量形式送入燃烧单元之中以维持燃烧，也即燃烧过程。
回收单元6分离空气/溶剂混合物5。可燃或者易燃的物质(例如冷凝物7)被送入到储罐8之中，燃烧单元1可以从该储罐抽取运行所需的燃料。
空气/溶剂混合物5被送入到回收单元6之中并在此冷凝下来。冷凝物7被送入储罐8之中。除了空气/溶剂混合物5之外，还将燃烧单元1中产生的排出空气2和/或废热3送入到回收单元6之中。使用回收单元进行物质转换或者冷凝，必要时也可给其补充电能12。从回收单元6中排出回收单元6内产生的排出空气17，然后送入到燃烧单元之中。
将冷凝物7储存在储罐8中，直至作为液态易燃材料15导入燃烧单元1中或输送给其它的利用14。任选地，也可以在相应的换能器中进行其它的材料转换16，其中可以将电能或过程热量输送给材料转换16。
在本实施例中，燃烧单元1是加热后燃烧设备9，液态易燃物质15可在其中燃烧。还可以将燃料/燃料气体11和/或电能12送入燃烧单元1之中以辅助燃烧过程。将燃烧过程的排出空气2和废热3送入用来冷凝空气/溶剂混合物5的回收单元6之中。放出废气18(CO₂/H₂O)。
附图4所示为本发明所述的燃烧单元1(这里是燃料电池设备10)与回收单元6的耦合形式，其中燃烧单元1将物质或者液态易燃物质15转变成电能12或者热能3或者排出空气2或者废气18。燃烧单元1将从可燃或易燃物质15中获取的废热3或排出空气2提供给回收单元6。燃烧单元1还可以提供电能12供设备运行，或者提供给其它负载设备。
回收单元6分离空气/溶剂混合物5。可燃或者易燃的物质和/或冷凝物7被送入到储罐8之中，燃烧单元1可以从该储罐抽取运行所需的燃料。
空气/溶剂混合物5被送入到回收单元6之中并在此冷凝下来。冷凝物7被送入储罐8之中。除了空气/溶剂混合物5之外，还将燃烧单元1中产生的排出空气2和/或废热3送入到回收单元6之中。使用回收单元进行物质转换或者冷凝，必要时也可给其补充电能12。从回收单元6中排出回收单元6内产生的排出空气17，任选地也包括空气/溶剂混合物5的残留物，还可以任选地将其供给至燃料电池设备10。
将冷凝物7存放在储罐8之中，直至将其作为液态易燃物质15送入燃烧单元1或者供给至另一应用14。
在本实施例中燃烧单元1是燃料电池设备10，液态易燃物质15在其中燃烧。还可以将燃料/燃料气体11和/或电能12和/或输入空气19送入燃烧单元1之中以辅助燃烧过程。将燃烧过程的排出空气2和废热3送入用来冷凝空气/溶剂混合物5的回收单元6之中。放出废气18(CO₂/H₂O)。
附图5示意性示出了回收设备6，也就是说将送入的空气/溶剂混合物5转变成可利用的能量形式。从燃烧单元将空气/溶剂混合物5、可选择的电能12和/或排出空气2和废热3送入到回收设备6之中。
然后在回收设备6中转变空气/溶剂混合物5，例如用来驱动斯特林发动机20，再由该斯特林发动机驱动发电机21以产生电流22。按照另一种或者附加的应用形式，在水蒸气转换设备23中将空气/溶剂混合物5转变成水蒸气24，然后将水蒸气24提供给某种应用。按照另一种或者附加的应用形式，在冷凝设备26中使得空气/溶剂混合物5冷凝下来，然后将所产生的易燃冷凝物7送入例如燃烧单元之中并在此处进行燃烧，或者将一部分提供给另一种应用形式。
以下将对本发明所述方法的特征以及设备方案进行说明。
1.设备方案用于符合环境要求地处置空气和可燃或易燃材料的混合物，并避免利用附加的燃料气体去燃烧易燃或可燃的材料。
2.设备方案的特征在于，将燃烧单元和回收单元进行结合。燃烧单元例如可以是常规的加热后燃烧设备，或者各种不同设计方案的燃料电池设备，或者通常是从物质产生热量或冷量或电能的能量转换系统。回收单元例如可以是吸收设备、冷凝设备、逆制冷设备、吸附设备。
3.燃料电池设备不规定空气混合物中可燃材料的恒定浓度，而是可以通过不断的从储罐中抽取可燃材料均匀地操作。
4.如果输送空气/溶剂混合物或冷凝物或易燃液体材料要中断，则设备也可以通过不断的从储罐中抽取可燃材料运行。
5.通过利用燃料电池设备，除了废热之外还从可燃材料获得电流。
6.来自罐的可燃材料不必完全经该设备方案来利用，而是可以任选地部分地输送给其它的应用。
7.通过回收单元储存在储罐中的物质也可以是非化石来源的。例如可以是生物乙醇。
8.燃烧单元与回收单元耦合的主要性能是传送排出空气或者废气中的废热。视所使用的燃烧单元而定，也可以将电流纳入到该耦合之中。
9.回收单元与燃烧单元耦合的性能是传送易燃或可燃物质。
10.利用该方法可以对可燃或易燃物质的纯物质或者对至少两种不同的可燃或易燃物质的混合物进行处理。
11.利用该方法可以对可燃或易燃物质的纯物质或者至少两种不同的可燃或易燃物质的混合物进行处理，使其与不可燃或不易燃的物质例如水进行混合。