AT522533A1 - Verfahren zur Wasserstoffherstellung mit Hilfe eines Wasserdampfplasma - Google Patents

Verfahren zur Wasserstoffherstellung mit Hilfe eines Wasserdampfplasma Download PDF

Info

Publication number
AT522533A1
AT522533A1 ATA216/2019A AT2162019A AT522533A1 AT 522533 A1 AT522533 A1 AT 522533A1 AT 2162019 A AT2162019 A AT 2162019A AT 522533 A1 AT522533 A1 AT 522533A1
Authority
AT
Austria
Prior art keywords
maximum
minimum
bar
reactor
pressure
Prior art date
Application number
ATA216/2019A
Other languages
English (en)
Inventor
Gruber-Schmidt Johann
Original Assignee
Gs Gruber Schmidt
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gs Gruber Schmidt filed Critical Gs Gruber Schmidt
Priority to ATA216/2019A priority Critical patent/AT522533A1/de
Publication of AT522533A1 publication Critical patent/AT522533A1/de

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen; Reversible storage of hydrogen
    • C01B3/02Production of hydrogen; Production of gaseous mixtures containing hydrogen
    • C01B3/32Production of hydrogen; Production of gaseous mixtures containing hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide or air
    • C01B3/34Production of hydrogen; Production of gaseous mixtures containing hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide or air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/342Production of hydrogen; Production of gaseous mixtures containing hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide or air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents with the aid of electrical means, electromagnetic or mechanical vibrations, or particle radiations
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/087Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy
    • B01J19/088Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P30/00Technologies relating to oil refining and petrochemical industry

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Abstract

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff H2 aus Formaldehyd FA, Dimethylether DME, Oxymethylendimethylether OME und Dibutylether DBE umfassend einen Wasserdampfgenerator bestehend aus einem. Wassertank 2, aus dem Wasser über eine Pumpe einem Sattdampferzeuger 6, 7 und einem Überhitzer 8 zugeführt. Der so gewonnene überhitzte Dampf wird einem Plasmagenerator 16 zugeführt, in dem das Plasma mit Hilfe von Mikrowellen 17,18 erzeugt wird. Das Wasserdampfplasma wird einem Reaktor 19 zugeführt. Dibutylether DBE wird in einem Tank 12 gespeichert und mit einer Pumpe 13 einem Verdampfer 14 zugeführt, das überhitze dampfförmige Dibutylether 15 einem Reaktor 19 zugeführt. Der Reaktor 19 besitzt magnetische Wicklungen 21, um so das Wasserdampfplasma 20 mit dem dampfförmigen Dibutylether im Reaktor 19 zu reformieren. Diese Reformierung wird zudem von Katalysatoren unterstützt, um so die Umsetzungsrate zu verbessern. Das wasserstoffreiche Gas und Dampfgemisch wird abgekühlt 23,24 Wasser als Kondensat 25 gewonnen, das restliche Gasgemisch verdichtet 26 nun einer Trennstufe 28 zugeführt. Die Trennstufe 28 erzeugt ein wasserstoffreiches Gas 29, das restliche Gasgemisch 33 wird verdichtet 30, das Kohlendioxid CO2 in flüssiger Phase 31 abgeschieden, das restliche Gas aus Kohlenmonoxid CO und Methan CH4 über die Regelarmatur 34 dem Reaktor 19 rückgeführt.

Description

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff H2 aus Formaldehyd FA, Dimethylether DME, Oxymethylendimethylether OME und Dibutylether DBE umfassend einen Wasserdampfgenerator bestehend aus einem Wassertank 2, aus dem Wasser über eine Pumpe einem Sattdampferzeuger 6,7 und einem Überhitzer 8 zugeführt. Der so gewonnene überhitzte Dampf wird einem Plasmagenerator 16 zugeführt, in dem.das Plasma mit Hilfe von Mikrowellen 17,18 erzeugt wird. Das Wasserdampfplasma wird einem Reaktor 19 zugeführt.
; Dibutylether DBE wird in einem Tank 12 gespeichert und mit einer Pumpe 13 einem Verdampfer 14 zugeführt, das überhitze dampfförmige Dibutylether 15 einem Reaktor 19 zugeführt. Der Reaktor 19 besitzt magnetische Wicklungen 21, um so das Wasserdampfplasma 20 mit dem dampfförmigen Dibutylether im Reaktor 19 zu reformieren. Diese Reformierung wird zudem von Katalysatoren unterstützt, um so die Umsetzungsrate zu
‚verbessern. Das wasserstoffreiche Gas und Dampfgemisch wird abgekühlt 23,24 Wasser als Kondensat 25 gewonnen, das restliche Gasgemisch verdichtet 26 nun einer -Trennstufe 28 zugeführt. Die Trennstufe 28 erzeugt ein wasserstoffreiches Gas 29, das restliche Gasgemisch 33 wird verdichtet 30, das Kohlendioxid CO2 in flüssiger Phase 31 abgeschieden, das restliche Gas aus Kohlenmonoxid CO und Methan CH4 über die Regelarmatur 34 dem Reaktor 19 rückgeführt.
Die Frage nach Wasserstoff H,, als eines am häufigsten vorkommenden Element im Universum, war und ist immer eine der treibenden Frage in chemischen Prozessen gewesen. In der chemischen Prozessindustrie hat man und gewinnt man den benötigten Wasserstoff aus Erdgas ( Methan CH4 ) und Wasserdampf im Rahmen des bekannten Wasserdampfreformierungsverfahren.
/ Bei den Anwendungen in der erneuerbaren Energie spielte Wasserstoff bis vor kurzem eine untergeordnete Rolle. Unter erneuerbarer Energie versteht man Energie aus solarer Strahlung
( PV ), Windenergie, Biomasse und Biogas. Strom und Wärme waren das Produkt in den erneuerbaren Energieprozesse.
Durch den Ansatz mit neuen synthetischen Brennstoffen und Kraftstoffen, oftmals auch als eFuels ( FA, OME, DME, DBE ) bezeichnet, verbunden mit dem Versuch die alten bekannten klassischen fossilen Kraftstoffe und Brennstoffe teilweise zu ersetzen, ist Wasserstoff H2 wieder in den Blickpunkt in der Verwendung als Kraftstoff und Brennstoff gerückt. Wasserstoff H2 ist in den chemischen Prozessen einerseits Ausgangsstoff zur Erzeugung von eFuels und andererseits Grundlage für chemische Teilprozesse, wie Hydrogenierung.
Um Wasserstoff H2 neben der klassischen Elektrolyse aus Wasser H20 erzeugen zu können, bedarf es jedoch an Prozessen und Verfahren, die. es ermöglichen Kohlendioxid CO2 zu speichern und zu recyclieren und wieder zu verwerten. Das Rezyklieren von Kohlendioxid ‘bedingt in der Folge die Umsetzung der Gewinnung von Kohlendioxid, die Speicherung von Kohlendioxid und die Wiederverwertbarkeit. Die Gewinnung von Kohlendioxid CO2 und Wasser H20O ist eine Eigenschaft der angestrebten Nullemission. Die Umsetzung der Eigenschaft der Nullemission kann man auch aus der Beobachtung der Kohlenstoffassimilation bei der Photosynthese ableiten. Die natürliche Photosynthese basiert auf der stofflichen Umwandlung in Form der Assimilation von Kohlendioxid und Wasser mit Hilfe der Strahlung zu einem Aldehyd FA und Sauerstoff O2. -
Damit ist aber folgender Zusammenhang anzustreben: wir verwenden einen synthetischen — Kraftstoff und Brennstoff, der einen hohen Anteil an Wasserstoff H2 besitzen muss, zudem einen sehr geringen Anteil an Kohlenstoff C, sodass man diesen Brennstoff und Kraftstoff zu Kohlendioxid CO2 und Wasser H20 verflüssigen kann. Damit entsteht die Forderung, dass der nun verwendete Brennstoff und Kraftstoff aus Kohlendioxid CO2 und Wasser H20 erzeugt werden muss. Denn nur so kann der Kreislauf von Wasser H2O0, und Kohlendioxid CO2 geschlossen werden und somit regenerativ bezeichnet werden. Wenn man dabei der biogenen Stoffströme und der biogenen Abfallströme zur Erzeugung eines regenerativen Kraftstoffes
‚und Brennstoffes verwendet, dann hat man eine maximale Nutzung der biogenen Stoffströme und Reststoffströme erreicht. ;
Die Aufgabe besteht nun darin, ein Verfahren zu finden, dass die flüssigen Stoffe Dimethylether DME, Dibutylether . DBE, Formaldehyd FA, Methanol MeOH, und Oxymethylendimethyldiether OME in Wasserstoff H2 und Kohlendioxid CO2 umwandelt. Das dabei verwendete Verfahren sollte einfache und kompakt sein, und das bekannte Wasserdampfreformierungsverfahren vereinfachen, soll skalierbar sein, und das Verfahren
weist die Abscheidung und Speicherung von Kohlendioxid CO2 und Wasser H20 als grundlegende Eigenschaft auf. a
Das in dem Patent WO 0029364 dargestellte Verfahren beschreibt die Erzeugung von Formaldehyd FA aus Methanol MeOH. Der dabei anfallende Dimethylether DME wird zuMethanol MeOH reformiert, um so die Ausbeute von MeoH zu steigern. Aus Methanol MeOH und Formaldehyd FA wird Oxymethylendimethylether OME erzeugt. Der Nachteil dieses Verfahrens ist die geringe Ausbeute von Oxymethylendimethylether OME, zudem fallen höhere die bekannten Polyoxymethylendimethylether an.
Das in dem Patent PL 209944 dargestellte Verfahren beschreibt die Erzeugung eines synthetischen Gasgemisches aus Methan CH4 mit Hilfe der Anwendung eines von Mikrowellen erzeugten Plasmas. Dabei wird Stickstoff benötigt um ein Plasma erzeugen zu ‚können. Das Methan wird zu Ethin C2H2 rekombiniert. Nur ein geringer Anteil verbleibt als nutzbarer Wasserstoff H2. Ein weiterer Nachteil ist der hohe Anteil an Stickstoff N2, der aus dem synthetischen Gas aufwendig abgetrennt werden muss.
.. .. >... .. 00" °00" 0 3
.. s... ....
Die in dem Patent WO 2014 051366 A1 dargestellte Vorrichtung beschreibt die Erzeugung eines synthetischen Gasgemisches aus Methan CH4 und Kohlendioxid CO2 mit Hilfe der Anwendung eines von Mikrowellen erzeugten Plasmas. Mit dieser Vorrichtung soll das trockene Reformieren von Methan ermöglicht werden.
Im folgenden Abschnitt wird nun auf die Eigenschaften der eFuels eingegangen. Unter eFules — versteht man: Formaldehyd FA, —Dimethylether DME, %Dibutylether DBE, Oxymethylendimethylether OME. .
Formaldehyd FA kann aus Methanol durch katalytische Oxidation mit Hilfe eines Silberoxid, gewonnen werden:
* CH3OH +Jo2 —2a:ka . CH20 + H20
Formaldehyd FA hat folgende chemische und physikalische Eigenschaften
Formaldehyd (Methanal)
Phase Gasförmig _ ;
Molare Masse 30,03 g/mol
Dichte ; 0,815 ; g/cm®
Bildungsenthalpie | -106,7 kJ/mol
In Wasser löslich In Diesel löslich Tabelle 1: Eigenschaften von Formaldehyd FA
Dimthylether DME wird aus Methanol MeOH durch Dehydration ( Abspaltung von Wasser ) gewonnen
ZCH3IOH —4202-00-200 CH3OCH3 + H20
Dimethylether hat folgende chemische und physikalische Eigenschaften
Dimethylether ; (Methoxymethan)
Phase Gasförmig
Molare Masse 46,06 _g/mol
Dichte 1,967 g/cm?
Bildungsenthalpie -184,1 kJ/mol
In Wasser löslich In Diesel löslich Tabelle 2: Eigenschaften von Dimethylether DME
Dibutylether DBE wird aus Dimethylether DME, Kohlenmonoxid CO und Wasserstoff H2 gewonnen. Dabei wird Methanol MeOH und Ethanol EtOH erzeugt. Aus Ethanol EtOH wird Butanol BtOH polymerisiert. In der Weiteren Folge wird aus Butanol BtOH Dibutylether DBE durch Dehydration ( Wasserabspaltung ) erzeugt.
CH3OCH3 + CO + H2 —t» CH3CH2OH + CH3OH ZCH3ICH2O0H — 4 CH3(CH2)4 - oH + H20 CH3(CH2)4 - OH— CH3(CH2)4 - 0 - (CH2)4 - CH3
Dibutylether hat folgende chemische und physikalische Eigenschaften:
Dibutylether (Di-n-Butylether)
Phase Flüssig ; Molare Masse. 130,01 g/mol Dichte" ‚0,77 g/cm?
Bildungsenthalpie -378,7 kJ/mol . 1 In Wasser schwer löslich In Diesel sehr löslich ‚Tabelle 3: Eigenschaften von Dibutylether DBE
(Poly)Oxymethylendimethylether OME wird durch die Synthese von Dimethylether DME und Formaldehyd FA mit Hilfe der katalytischen Synthese gewonnen:
CH3OCH3 + CH20 — CH3 - (OCH2) - OCH3
Oxymethylendimethylether OME hat folgende Eigenschaften:
Oxymethylendimethylether | (Methylal)
Phase flüssig
Molare Masse 130,23 g/mol
Dichte _ 0,81 ; g/cm®
Bildungsenthalpie -378,7 kJ/mol
In Wasser löslich In Diesel löslich Tabelle 4: Eigenschaften von Oxymethylendimethylether OME
Vergleicht man die hier aufgelisteten eFuels, dann stellt man fest mit steigendem Molgewicht steigt auch der Heizwert, nimmt der Anteil an molekular gebundenen Wasserstoff H2 zu.
eFuel FA _ | DME OME DBE Kohlenstoff 1 2 3 8 Wasserstoff 2 6 8 18
Heizwert ; 4,8kWh/kg 8,5kWh/kg 7,05kWhi/kg 10,1kWh/kg Phase Flüssig_ Dampf Flüssig Flüssig Mischbarkeit Ja Nein Nein Nein wasser
Mischbarkeit Ja Ja Ja Ja
Diesel ;
Tabelle 5: Vergleich der verschiedenen eFuels
Um den Wasserstoff aus den eFuels zu gewinnen, wird erfindungsgemäß das Verfahren der Wasserdampfplasma Reformierung angewendet.
Die Erzeugung von Wasserdampf kann thermisch oder elektrisch erfolgen. Elektrisch kann
man einen Ketteltypeverdampfer verwenden, der Sattdampf bei einem Druck von 1,5 bar erzeugt. Dieser so gewonnene Wasserdampf wird dann elektrisch überhitzt. Unter elektrischer
. .. * . 00 2 . 0 2 e s ® .. ve °
.. 00 00082 v.0° 000" *.2" . 5
Beheizung versteht man, elektrisch betriebene Heizstäbe, die in einem Verdampfer (39) und in einem Überhitzer (40) verwendet werden.
Die thermische Erzeugung von Wasserdampf (6,7) erfolgt unter Ausnutzung von Abwärme, zur Erzeugung von Sattdampf und zum Überhitzen des Wasserdampfes (9). Das ist erfindungsgemäß die Nutzung von Wärme im Sinne der Kraft Wärme Kopplung.
Neben der elektrischen Erzeugung von Wasserdampf kann man auch thermisch Wasserdampf erzeugen. Das erfolgt in der Regel über einen Durchlauferhitzer, wobei wiederum Sattdampf erzeugt wird, der thermisch überhitzt. Auch bei dieser Anwendung wird Wasserdampf bei einem Druck von 1,5 bar als Sattdampf erzeugt und dann um 50°C überhitzt.
Um Wasserdampf in Plasma umwandeln zu können kann man erfindungsgemäß Mikrowellen verwenden. Dabei wird über ein Magnetron Mikrowellen erzeugt, die dann auf eine Frequenz von 0,5 GHz bis. 10 GHz abgestimmt werden. Die Mikrowellen werden dann über einen Wellenleiter auf den Wasserdampf eingebracht. Am Ende des Wellenleiters befindet sich Zu einem Steuerkolben, der zur Regulierung der reflektierten Mikrowellen dient, damit sich diese nicht auslöschen und somit aufheben, sondern überlagern und somit superponieren und somit die maximale Ausbeute an Wasserdampfplasma erreicht wird. In der Erfindung werden zudem mehrfache Mikrowellenplasmageneratoren in Serie geschalten. Das hat den Vorteil, dass man so ein hohes dichtes Wasserdampfplasma erreichen kann. Unter dichten Wasserdampfplasma
versteht man eine Teilchenzahl von 10° N/m? bis 1027 N/cm®, mit einer Elektronentemperatur von 1 bis 100 eV.
Alternativ kann Plasma auch induktiv durch gepulste hochfrequente Ströme erzeugt werden. Dabei werden ringförmige Spulen verwendet, durch die ringförmig angeordnet hochfrequente Ströme fließen, und in der Folge wird ein Magnetfeld ‚erzeugt, das es ermöglicht den ‚ Wasserdampf zu ionisieren. Unterstützt wird die induktive Wasserdampfplasmabildung durch _ einen Ungleichgewichtszustand indem der Wasserdampf durch eine Lavalldüse strömt. In der Erfindung werden mehrfache induktive Plasmageneratoren 37,38 in Serie geschalten. Das hat den Vorteil, dass ein dichtes und hohes Plasma erzeugt werden kann. Unter dichten
Wasserdampfplasma versteht man eine Teilchenzahl von 10° N/m? bis 1027 N/cm?®, mit einer Elektronentemperatur von 1 bis 100. eV.
Um Plasma aufrecht zu erhalten ist ein Magnetfeld notwendig, das den Reformierungsreaktor umhüllt. Daher ist der Reaktor 19 mit Magnetspulen 21 umgeben, die den Reaktor mit einem Magnetfeld umhüllen, und im Inneren des Reaktors die chemische Reaktion des Wasserdampfplasma mit dem Brennstoff ermöglicht und unterstützt.
Neben der Erzeugung von Wasserdampfplasma benötigt man zudem ein dampfförmiges eFuel, das mit dem Wasserdampfplasma in Kontakt gebracht wird. Das eFuel wird in einem
Tank 12 gespeichert und dann über eine Pumpe 13 über einen Verdampfer 14 in eine dampfförmige Phase umgewandelt. ; ;
Katalytisches Wassersdampfreformierung ‚besteht aus einem gasförmigen oder dampfförmigen Stoffstrom und dem Wasserdampfplasma, das mit dem Stoffstrom im Kontakt kommt, und der Reformierungsprozess katalytisch unterstützt wird. Erfindungsgemäß werden
Nickelkatalysatoren 22 verwendet. In‘ der Folge wird die Wasserstoffausbeute der verschiedenen eFuels dargestellt. ;
Die Wasserstoffausbeute steigt mit der Wertigkeit des eFuel. In der folgenden Tabelle werden die verschiedenen Ausbeuten aus den eFuel dargestellt.
Für Formaldehyd FA ergibt sich folgende Wasserstoffausbeute H2
CH20 + H20 — CO2 + 2H2
Für Dimethylether DME ergibt sich folgende Wasserstoffausbeute H2
CH3OCH3 + 3H20 — 2C02 + 6H2
Für Oxomethylendimethylether OME ergibt sich folgende Wasserstoffausbeute H2
CH3 - (CH20O) - O - CH3 + 4H20 —— 3CO02 + 8H2
Für Dibutylether DBE ergibt sich folgende Wasserstoffausbeute H2
CH3(CH2)3 - O- (CH2)3CH3 + 15H20 — 8C02 + 27H2
Erfindungsgemäß entstehen neben dem Wasserstoff H2 auch Kohlendioxid CO2, Kohlenmonoxid CO und Methan CH4 das vom Wasserstoff H2 abgetrennt werden muss.
CO2 (mol) H2 (mol) Q (kJ/mol) Formaldehyd FA__ 1 {2 -49,7 Dimethylether DME 2 16 ; +101,7 Oxymethylendimethylether | 3 8 / .1-77,0 OME | Dibutylether DBE 8 27 ; +810,0
— Tabelle 6: Darstellung. der Wasserstoffausbeute aus unterschiedliche eFuels und der benötigten Wärme (kJ/mol).
Die Erfindung umfasst die Erzeugung eines Wasserdampfplasma mit Hilfe von Mikrowellen 17,18 oder durch induktive Spulen 37,38. Das Wasserdampfplasma 20 wird mit dem dampfförmigen oder gasförmigen eFuel 15 in einem Reaktor-19 in Kontakt gebracht. Um das Plasma nicht zu verlieren, wir das Wasserdampfplasma 20 in einen Reaktor mit einem umhüllenden Magnetfeld eingebracht. Das Magnetfeld wird über elektromagnetische Spulen 21 erzeugt, dient dazu dann in dem Reaktor 19 eine Rekombination aus Wasserdampfplasma 20 und eFuel 15 erfolgen kann. Am Endes Reaktors 19 wird zudem ein Katalysatorbett 22 verwendet, das den Reformierungsprozess zusätzlich in der Umsetzung unterstützt.
Das Reformat wird abgekühlt 23, 24 und Wasser als Kondensat 25 abgeschieden. Das
bestehende Restgas bestehend aus Kohlendioxid CO2, Kohlenmonoxid CO und Wasserstoff H2 in eine Trennstufe geführt.
Als Gastrennung wird erfindungsgemäß ein einstufiger Membranprozess 26,27,28 verwendet, indem das Gas-durch eine Membran 28 mechanisch abgetrennt wird. Unter mechanischer Abtrennung versteht man Membrane mit definierten Porendurchmesser. Das Rententat ( Gasanteil der durch die poröse Membran nicht diffundiert ) wird angesaugt und verdichtet und erneut einer Membrantrennung zugeführt. Das aufkonzentrierte Gasgemisch aus Kohlendioxid
CO2, Kohlenmonoxid CO und Methan CH4 wird verdichtet 30, das flüssige Kohlendioxid 31 "wird abgeschieden und gespeichert, das Restgas aus Kohlenmonoxid CO und Methan CH4 wird dem Reaktor 19 zurückgeführt um erneut mit Wasserdampfplasma 20 rekombiniert. Das . Permeat 29 ist ein Wasserstoff H2 angereichertes Gas. Der einstufige Membranprozess setzt
„71728
° «
.__. ® * ee. = .,;. .. ....[. .. ... 0° 7
voraus, dass das Gasgemisch’ 27 auf einen Druck von 20 bar verdichtet werden muss, will man eine Abscheidung von 99% erreichen.
Als Gastrennung wird erfindungsgemäß. ein zweistufiger Membranprozess 26,27,28 ‚verwendet, indem das Gas durch eine Membran 28 mechanisch abgetrennt wird. Unter mechanischer Abtrennung versteht man Membrane mit definierten Porendurchmesser. Das Rententat ( Gasanteil der durch die poröse Membran nicht diffundiert ) wird angesaugt und verdichtet und erneut einer Membrantrennung zugeführt. Das aufkonzentrierte Gasgemisch aus Kohlendioxid CO2, Kohlenmonoxid CO und Methan CH4 wird verdichtet 30, das flüssige Kohlendioxid 31 wird abgeschieden und gespeichert, das Restgas aus Kohlenmonoxid CO und Methan CH4 wird dem Reaktor 19 zurückgeführt um erneut mit Wasserdampfplasma 20 rekombiniert. Das Permeat 29 ist ein Wasserstoff H2 arigereichertes Gas. Um eine höhere Gasreinheit zu erreichen, und um den Anteil an Verunreinigung durch Gase wie Kohlendioxid Co2 ‚ Kohlenmonoxid CO und Methan Ch4 weiter zu senken, ist eine zweite Trennstufe in Form einer mechanischen Membran 43 zu verwenden. Die zweite Trennstufe besteht aus einen Vakuumverdichter 41, der auf einen Druck von 4 bar verdichtet, und so der Trennstufe 43 zuführt. Das Rententat wird über eine Regelarmatur 45 der ersten Trennstufe 28 rückgeführt. Der Permeat 44 ist ein hochreiner Wasserstoff mit einer Verunreinigung < 10 ppm an Kohlenstöffreichen Restgase.
- Als Gastrennung wird erfindungsgemäß eine Druckwechseladsorption 46,47,48 verwendet, indem das Gas durch ein Molekularsieb, Zeolit 13 X, Kohlepellets 3 A, abgetrennt wird. Dabei wird der physikalische. Eigenschaft ausgenutzt, dass‘ Wasserstoff H2 einen sehr kleinen Moleküldurchmesser von 2,9 A aufweist, Kohlendioxid CO2, Kohlenmonoxid CO und Methan CH4 in dem Zeolit oder Molekularsieb mittels Adsorption ( Ausnutzung der physikalischen Bindung ) gespeichert wird.‘ Der angereicherte Wasserstoff 48 wird als Produkt . weiterverwendet. Um einen kontinuierlichen Betrieb werden zwei Reaktoren 46,47 verwendet. Während der eine Reaktor Kohlendioxid Co2, Kohlenmonoxid CO, Methan CH4 speichert, wird der andere Reaktor desorbiert und das so gewonnene Gas über einen Verdichter.30 auf einen Druck von 70 bar gebracht und das Kohlendioxid verflüssigt abgeschieden wird 32,31. Das Restgas aus Methan CH4 und Kohlenmonoxid CO, wird über eine Regelarmatur 34, dem Reaktor 19 rückgeführt. ;
-Die Verflüssigung von Kohlendioxid CO2 30,31,32 dient dazu.das Kohlendioxid CO2 in flüssiger Phase zu speichern und so das Kohlendioxid weiterverwerten zu können. Flüssiges’ Kohlendioxid CO2 kann zusammen mit Wasserstoff H2 zu Formaldehyd FA oder Methanol MeOH kombiniert werden. Flüssiges Kohlendioxid CO2 ist kompakt und leicht lagerbar und verwertbar und somit technisch als Rohstoff zu betrachten.
Die hier dargestellte Erfindung kann in kleinen Anlagen der Größenordnung von 5 kW ele bis 10 kW ele bis zu großen Anlagen von 500 kW ele bis 1000 kW ele verwendet werden. Bei allen Anwendungen spielt die dezentrale Energieerzeugung eine wesentliche Rolle. Die Skalierbarkeit ist ein entscheidende Eigenschaft, um Anwendungen im großtechnischen ( Industrie und Gewerbe ) wie in kleintechnischen ( privater Konsument ) zu ermöglichen. Eine weitere vorteilhafte Eigenschaft der Erfindung ist Unterstützung der Weiterentwicklung des ländlichen Raumes.
° ... * 00008 000 00) .» 852 ° .. ° .. se . eo eo » 9
.. 5% 0000 08 002 ..
Abbildungen Abbildung 1
Die Abbildung 1 zeigt einen Wassertank 2, aus dem Wasser mit einer Pumpe 3 abgesaugt wird, über ein Regelventil 4 einem . Durchlaufverdampfer zugeführt wird. Der Durchlaufverdampfer besteht aus einem Wärmetauscher 6, einem Verdampfer 7, einem _Überhitzer 9; einer Dampf Wassertrennflasche 8, wobei das Kondensat in den Tank 2 rückgeführt wird. Der überhitzte Dampf wird einem Wasserdampf Plasmakonverter 16 zugeführt. Wasserdampfplasma wird mit Mikrowellen 17, 18 über ein Magnetron 17, und Stellkolben 18 erzeugt. Dabei sind mehrere Mikrowellengeneratoren in Serie angeordnet. Das Wasserdampfplasma 20 wird in einen Reaktor 19 eingebracht. Dibutylether 11 wird in einem Tank 12 gelagert und von einer Pumpe 13 abgesaugt, verdampft über den Wärmetauscher 14 und als überhitzter Dampf 15 in den Reaktor 19 eingebracht: Der Reaktor 19 wird mit einem Magnetfeld erzeugt durch Spulen 21 umhüllt, sodass die Reformierung des überhitzten Dibutylether 15 mit dem Wasserdampfplasma 20 zu Kohlendioxid CO2 und Wasserstoff H2 reformiert werden kann. Das Gasgemisch aus Kohlendioxid CO2, Wasserstoff H2, Methan CH4 und Kohlenwasserstoffe CO wird abgekühlt 23, wobei Wasser 25 als Kondensat abgeschieden wird. Das restliche Gasgemisch aus Wasserstoff H2, Methan CH4, Kohlenwasserstoffe CO, CO2 wird über ein Trennanlage 28 in Wasserstoff 29 und Kohlenwasserstoffe 33 aufgetrennt. Das restliche Gasgemisch wird verdichtet 30, abgekühlt und das flüssige Kohlendioxid 31,32 über einen Kondensator 32 abgeschieden und das Restgas 33 über ein Regelventil 34 dem Reaktor 19 rückgeführt. Der aufkonzentrierte Wasserstoff 29 wird als Produkt weiter gewonnen.
Abbildung 2
Die Abbildung 2 zeigt einen Wassertank 2, aus dem Wasser mit einer Pumpe 3 abgesaugt wird, über ein. Regelventil‘‘ 4 einem Durchlaufverdampfer zugeführt wird. Der Durchlaufverdampfer besteht aus einem Wärmetauscher 6, einem Verdampfer 7; einem Überhitzer 9, einer Dampf Wassertrennflasche 8, wobei das Kondensat in den Tank 2 rückgeführt wird. Der überhitzte Dampf wird einem Wasserdampf Plasmakonverter 16 zugeführt. Wasserdampfplasma wird mit gepulsten induktiven Wicklungen in einem Dielektrikum erzeugt. Dabei sind mehrere Induktive Generatoren in Serie angeordnet. Um die Bildung des Plasmas zu unterstützen wird der Reaktor als Lavalldüse 36 ausgebildet. Das Wasserdampfplasma 20 wird in einen Reaktor 19 eingebracht. Dibutylether 11 wird in einem Tank 12 gelagert und von einer Pumpe. 13 abgesaugt, verdampft über den Wärmetauscher 14 und als überhitzter Dampf 15 in den Reaktor 19 eingebracht. Der Reaktor 19 wird mit einem Magnetfeld erzeugt durch Spulen 21 umhüllt, sodass die Reformierung des überhitzten Dibutylether 15 mit dem Wasserdampfplasma 20 zu Kohlendioxid CO2 und Wasserstoff H2 reformiert werden kann. Das Gasgemisch aus Kohlendioxid CO2, Wasserstoff H2, Methan CH4 und Kohlenwasserstoffe CO wird abgekühlt 23, wobei Wasser 25 als Kondensat abgeschieden wird. Das restliche Gasgemisch aus Wasserstoff H2, Methan CH4, Kohlenwasserstoffe CO, CO2 wird über ein Trennanlage 28 in Wasserstoff 29 und Kohlenwasserstoffe 33 aufgetrennt. Das restliche Gasgemisch wird verdichtet 30, abgekühlt und das flüssige Kohlendioxid 31,32 über einen Kondensator 32 abgeschieden und das Restgas 33 über ein Regeliventil 34 dem Reaktor 19 rückgeführt. Der aufkonzentrierte Wasserstoff 29 wird als Produkt weiter gewonnen. ;
Abbildung 3
Die Abbildung 3 zeigt einen Wassertank 2, aus dem Wasser mit einer Pumpe 3 abgesaugt . wird, ‚über ein Regeiventil 4 einem elektrischen Verdampfer 39 zugeführt wird. Der Durchlaufverdampfer aus einem elektrischen Verdampfer 39, einer Dampf Wassertrennflasche 8, wobei das Kondensat in den Tank rückgeführt wird. Der Sattdampf wird elektrisch überhitzt 40. Der überhitzte Dampf wird einem Wasserdampf Plasmakonverter 16 zugeführt.
s $ ° ° * : ... soo a” . .. ® . o ° ® es > zo) ...° .... ".° ..o° ...* 10
Wasserdampfplasma wird mit Mikrowellen 17, 18 über ein Magnetron 17, und Stellkolben 18 erzeugt. Dabei sind mehrere Mikrowellengeneratoren in Serie angeordnet. Das Wasserdampfplasma 20 wird in einen Reaktor 19 eingebracht. Dibutylether 11. wird in einem Tank 12 gelagert und von einer Pumpe 13 abgesaugt, verdampft über den Wärmetauscher 14 und als überhitzter Dampf 15 in den Reaktor 19 eingebracht. Der Reaktor 19 wird mit einem Magnetfeld erzeugt durch Spulen 21 umhüllt, sodass die Reformierung des überhitzten Dibutylether 15 mit dem Wasserdampfplasma 20 zu Kohlendioxid CO2 und Wasserstoff H2 reformiert werden kann. Das Gasgemisch aus Kohlendioxid CO2, Wasserstoff H2, Methan CH4 und Kohlenwasserstoffe CO wird abgekühlt 23, wobei Wasser 25 als Kondensat abgeschieden wird. Das restliche Gasgemisch aus Wasserstoff H2, Methan CH4, Kohlenwasserstoffe CO, CO2 wird über ein Trennanlage 28 in Wasserstoff 29 und Kohlenwasserstoffe 33 aufgetrennt. Das restliche Gasgemisch wird verdichtet 30, abgekühlt und. das flüssige Kohlendioxid 31,32 über einen Kondensator 32 abgeschieden und das Restgas 33 über ein Regelventil 34 dem Reaktor 19 rückgeführt. Der aufkonzentrierte Wasserstoff 29 wird als Produkt weiter gewonnen.
Abbildung 4
Die Abbildung 4 zeigt einen Wassertank 2, aus dem Wasser mit einer Pumpe 3 abgesaugt wird, über ein Regelventil 4 einem elektrischen Verdampfer 39 zugeführt wird. Der Durchlaufverdampfer aus einem elektrischen Verdampfer 39, einer Dampf Wassertrennflasche 8, wobei das Kondensat in den Tank rückgeführt wird. Der Sattdampf wird elektrisch überhitzt 40. Der überhitzte Dampf wird einem Wasserdampf Plasmakonverter 16 zugeführt. Wasserdampfplasma’ wird mit Mikrowellen 17, 18 über ein Magnetron 17, und Stellkolben 18 erzeugt. Dabei sind mehrere Mikrowellengeneratoren in Serie angeordnet. Das Wasserdampfplasma 20 wird in einen Reaktor 19 eingebracht. Dibutylether 11 wird in einem Tank 12 gelagert und von einer Pumpe 13 abgesaugt, verdampft über den Wärmetauscher 14 und als überhitzter Dampf 15 in den Reaktor 19 eingebracht. Der Reaktor 19 wird mit einem Magnetfeld erzeugt durch Spulen 21 umhüllt, sodass die Reformierung. des überhitzten Dibutylether 15 mit dem Wasserdampfplasma 20 zu Kohlendioxid CO2 und Wasserstoff H2 reformiert werden kann. Das Gasgemisch aus Kohlendioxid CO2, Wasserstoff H2, Methan CH4 und Kohlenwasserstoffe CO wird abgekühlt 23, wobei Wasser 25 als Kondensat abgeschieden wird. Das restliche Gasgemisch aus Wasserstoff H2, Methan CH4, Kohlenwasserstoffe CO, CO2 wird über ein Trennanlage 28 in Wasserstoff 29 und Kohlenwasserstoffe 33 aufgetrennt. Das restliche Gasgemisch wird verdichtet 30, abgekühlt und das flüssige Kohlendioxid 31,32 über einen Kondensator 32 abgeschieden und das Restgas 33 über ein Regelventil 34 dem Reaktor 19 rückgeführt. Der aufkonzentrierte Wasserstoff 29 wird als Produkt weiter gewonnen. In einer zweiten Trennstufe 43 wird das Permeat aus der ersten Trennstufe 29 erneut getrennt. Das Permeat aus der zweiten Trennstufe 44 wird als Produkt weiterverwendet. Das Rententat wird über die Regelarmatur’ 45 der ersten Trennstufe rückgeführt.
Abbildung 5
Die Abbildung 5 zeigt einen Wassertank 2, aus dem Wasser mit einer Pumpe 3 abgesaugt wird, über ein Regelventil 4 einem elektrischen Verdampfer 39 zugeführt wird. Der Durchlaufverdampfer aus einem elektrischen Verdampfer 39, einer Dampf Wassertrennflasche 8, wobei das Kondensat in den Tank rückgeführt wird. Der Sattdampf wird elektrisch überhitzt 40. Der überhitzte Dampf wird einem Wasserdampf Plasmakonverter 16 zugeführt. Wasserdampfplasma wird mit Mikrowellen 17, 18 über ein Magnetron 17, und Stellkolben 18 erzeugt. Dabei sind mehrere Mikrowellengeneratoren in Serie angeordnet. Das Wasserdampfplasma 20 wird in einen Reaktor 19 eingebracht. Dibutylether 11 wird in einem Tank 12 gelagert und von einer Pumpe 13 abgesaugt, verdampft über den Wärmetauscher 14 und als überhitzter Dampf 15 in den Reaktor 19 eingebracht. Der Reaktor 19 wird mit einem Magnetfeld erzeugt durch Spulen 21 umhüllt, sodass die Reformierung des überhitzten
® 0° S . e? ° *.
® 08 20. 2 ® 8 V. 11 .. .. 0990 00 008 .. . x
Dibutylether 15 mit dem Wasserdampfplasma 20 zu Kohlendioxid CO2 und Wasserstoff H2 reformiert werden kann. Das Gasgemisch aus Kohlendioxid CO2, Wasserstoff H2, Methan CH4 und Kohlenwasserstoffe CO wird abgekühlt 23, wobei Wasser 25 als Kondensat abgeschieden wird. Das restliche Gasgemisch aus Wasserstoff H2, Methan CH4, Kohlenwasserstoffe CO, CO2 wird über ein Trennanlage 28 in Form einer Druckwechseladsorption 46,47 in Wasserstoff 48 und Kohlenwasserstoffe 33 aufgetrennt. Das restliche Gasgemisch wird verdichtet 30, abgekühlt und das flüssige Kohlendioxid 31,32 über einen Kondensator 32 abgeschieden und das Restgas 33 über ein Regelventil 34 dem Reaktor 19 rückgeführt. Der aufkonzentrierte Wasserstoff 29 wird als Produkt weiter gewonnen.
1 Wasser
2 Wassertank
3 Pumpe
4 Regelarmatur
5 Wasser
6 Ekonomizer
7 Verdampfer
8 Wasserdampfabscheider
9 Überhitzer
10 Kondensatrücklauf
11 Brennstoff ( Fuel )
12. Tank -
13 ‚Pumpe
14 Verdampfer
15 gasförmiger Brennstoff 16 Plasmareaktor
17 Magnetron
18 Mikrowellenreglier
19 Reaktor
20 .Wasserdampfplasma 21 Induktive Wicklungen 22 Katalysator ; “23 Kondensator
24 Kühlwasser
25 Wassertank
26 Verdichter
27 wasserfreie Gas —- Dampfgemisch 28 Trennstufe ( Membran ) 29 Wasserstoffreiches Gas 30. Verdichter
31 Kondensator
32 Kohlendioxidtank
33 Kohlendioxidfreies Gas . 34 Volumenstrom, Druckregler 35 Rückgeführtes Gas
36 Reaktor
37 Induktive Wicklungen ‘38 Induktive Wicklungen 39 elektrischer Verdampfer 40 elektrischer Überhitzer 41 Verdichter
42 wasserstoffreiches Gas 43 Trennstufe
44 wasserstoffreiches Gas 45 Regler für Gasrückführung 46 Adsorptionsreaktor 1
47 Adsorptionsreaktor 2
48 . Wasserstoffreiches Gas 49 Regelarmatur für eFuel
.. .. 0 00980 08090 ° ® .
. 0080 800 . 2° +
®° ° ® 58 0090090 00 voß
12
DME DBE
— OME
FA
CO2
H20
H2
CH4
CH20
CH3O0CH3
CH3OH CH3I(CH2)n-O-(CH2)nCH3 CH3-(CH2O)n-O-CH3 MeOH
EtOH ' .BtOH
eFuel
.:. .. .. 0 0088 0000 . . .
® wo o 000 000 > 80 8 2 8 po ..s . 00 eo a?
° 8. ° .. .e 0000 08 008 es
Dimethylether Dibutylether | Oxymethylendimethylether Formaldehyd
Kohlendioxid
Wasser . Wasserstoff \ Methan
Formaldehyd Dimethylether
Methanol . Oxymethylendimethyler Dibutylether
Methanol
Ethanol
Butanol
Sammelbegriff für FA, DME, DBE, OME
13

Claims (1)

  1. ° .. ® . vw...
    ° 5: : „x... ..... ..
    . ...—_. . © ss. x. 14 .. vo 0000 000 098 .. *
    Ansprüche
    1. Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff, umfassend einen Wassertank (2), eine Pumpe(3) mit Regelarmatur(4), einen Verdampfer (6,7) mit einem Wasserabscheider (8), einem Überhitzer (9), einen Plasmareaktor (16) mit einem Mikrowellengenerator (17,18), einem Tank (12), einer Pumpe (13) ‚ einem Verdampfer (14), einem Reformierungsreaktor (19), einem Kondensator (23) mit einem Tank (25), einem Verdichter (25) , einer Gastrennstufe (28), einem Hochdruckverdichter(30) mit einem Kondensator (32) und einem Tank (31), einer Regelarmatur (34)
    Gekennzeichnet dadurch, dass
    - Der Wassertank (2) mit destilliertem Wasser (Deionat) befüllt ist We
    - Der Wassertank (2) ein Füllvolumen minimal 100 L bis maximal 5000 L hat
    - Die Temperatur des destillierten Wassers (1) minimal 5°C bis maximal 85°C hat - Der Wassertank (2) drucklos ist,
    - Die Pumpe (3) elektrisch mit einem Elektromotor angetrieben einen minimalen Druck von 1 bar bis maximalen Druck von 5 bar erzeugt
    - Der Volumenstrom an destilliertem Wasser über die Regelarmatur (4) auf einen minimalen Wert von 10 L/min bis maximal 100L/min geregelt wird‘
    - Der Verdampfer (6,7) Sattdampf mit einer Temperatur von minimal 111°C bis maximal 145°C erzeugt
    - Der Sattdampfdruck mit einem minimalen Druck von 1,5 bar bis maximal 4 bar geben ist.
    - Der in der Abscheideflasche (8) gewonnene Sattdampf über. einen Überhitzer (9) auf eine minimale Temperatur von 120°C bis auf eine maximale Temperatur von 175°C überhitzt wird,
    -. Indem Brennstofftank (12) der Brennstoff (11) Dibutylether DBE drucklos gelagert wird - Der Brennstoff in den Tank (12) eine Temperatur von minimal 5°C bis maximal. 50°C . gelagert wird
    - Der Brennstoff über die hydraulisch angetriebene Pumpe (13) auf einen Druck von minimal 1,0 bar bis maximal 5 bar verdichtet wird
    - Der Brennstoff über den Verdampfer (14) auf eine Temperatur von minimal 150°C bis maximal 175°C verdampft wird
    - Der dampfförmige Brennstoff (15) in den Reaktor (19) eingebracht wird
    - Der überhitzte Wasserdampf in einem Plasmareaktor (16) in ein Wasserdampfplasma ; umgewandelt wird ;
    - Das Wasserdampfplasma mit Hilfe von Mikrowellen mit einer Frequenz von 0,5 GHz bis maximal 10 GHz erzeugt wird
    . ®
    08 a 2 0.0 0" 0i0o trat tet ; »
    Die Mikrowellen mit Hilfe eines _Magnetron (17) erzeugt werden und einem Kolben zur Regelung der Wellenreflexion so eingestelit wird, dass in dem Reaktor der Wasserdampf in Plasma umgewandelt werden kann, indem sich die einlaufenden und reflektierten Wellen im Reaktorkern additiv verstärken,
    Die elektrische Leistung eines Magnetrons einen Wert von minimal 1 KW, maximal 10 kW hat,
    Die Mikrowellengeneratoren in Reihenfolge entlang des Reaktors angeordnet sind, minimal ein Mikrowellengenerator, maximal 10 Mikrowellengeneratoren verwendet werden, um so ein hoch dichtes Wasserdampfplasma zu erzeugen, das eine Anzahl von geladenen Teilchen minimal 10° N/m? bis maximal 10° N/m® hat,
    Die Mikrowellengeneratoren in Reihenfolge entlang des Reaktors angeordnet sind, minimal ein Mikrowellengenerator, maximal 10 Mikrowellengeneratoren verwendet werden, um so ein hoch dichtes Wasserdampfplasma zu erzeugen, in dem die geladenen Teilchen eine minimale Temperatur von 1eV bis maximal 100eV haben,
    Das Wasserdampfplasma (20) mit. dem dampfförmigen Brennstoff (15) in einem Reaktor (19) zusammengeführt wird, um so das Wasserdampfreformieren möglich, zu machen, ;
    Der Reaktor mit Spulen (21) umgeben ist, die ein Magnetfeld erzeugen, die eine magnetische minimale Flussdichte von 0,5 T bis maximal 10 T aufweist, um die Wasserdampfplasma mit dem Brennstoff (15) chemisch reagieren lassen zu können, Am Ende des Reaktors (19) ein Katalysatorbett (22) aus Pellets mit einem Durchmesser von minimal 3 mm bis maximal 5 mm vorhanden ist, um den chemischen Reaktionsumsatz minimal um 5% bis maximal 30% zu steigern,
    Als Katalysator ein Träger aus keramischen Aluminiumoxid AI203 mit Nickeloxid NiO auf der Oberfläche verwendet wird, und eine Schichtdicke von minimal 10 um bis maximal 100um aufweist,
    Das Wasser als Kondensat (25) aus dem reformierten Gas bel einer‘ Temperatur minimal 10°C bis maximal 25°C gewonnen wird, ; Das reformierte Gas aus einem Gasgemisch aus Wasserstoff, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und Methan besteht,
    Das reformierte trockene Gas über einen hydraulischen Kolbenverdichter auf einen Druck minimal 4 bar bis maximal 20 bar verdichtet wird,
    Das Gas in einer Gastrennstufe in Wasserstoff und Kohlenstoffhaltige Gase getrennt wird, .
    Die Gastrennstufe aus Membrane besteht, die einen Porendurchmesser von minimal 1 Angström bis maximal 3 Angström besteht,
    . Das Wasserstoffreiche Gas (29) als Permeat gewonnen einen Anteil von Kohlenstoffhaltigen Gasen minimal 1 % bis 5% aufweist, Das Kohlenstoffreiche Gas einem hydraulischen Kolbenverdichter (30) zugeführt wird, der das Gas auf einen Druck minimal von 50 bar bis maximal 70 bar verdichtet, Das im Gas enthaltene Kohlendioxid bei einem Druck von 50 bar, bei einer Temperatur mit 10°C, bei einem Druck von 70 bar, mit einer Temperatur von 25°C als flüssiges Kondensat abgeschieden wird, Das Kohlendioxidfreie Gas über eine Regelarmatur (34) dem Reaktor (19) rückgeführt wird, umso wieder verwertet zu werden. ; I
    ° ..). ° 0082 a0 „° HH 16
    .. ° ° ° .. .. 08000 00 0... .o°
    2. Verfahren nach Anspruch 1, umfassend einem Plasmareaktor (36) mit. einem Induktionsgenerator (37,38),
    Gekennzeichnet dadurch, dass
    - Der Reaktor (36) in Form einer Lavalldüse ausgebildet ist und so ein Unterdruck von minimal 0,1 bar, bis maximal 0,3 bar erzeugt werden kann,
    - Der Wasserdampf in der Lavalldüse des Reaktors (36) in einem thermodynamischen Ungleichgewicht befindet, T
    - Das Wasserdampfplasma mit Hilfe von Wicklungen induktiv im Reaktor (36) erzeugt
    ‘ wird, wobei eine magnetische Flussdichte von minimal 0,5 T bis maximal 10 T
    verwendet wird,
    - Der Strom in den Wicklungen eine Frequenz minimal 1 kHz bis maximal 1 MHz aufweist
    - Die Anzahl der Wicklungen minimal eine bis maximal 10 beträgt, in Serie angeordnet sind, sodass ein hohes dichtes Wasserdampfplasma erzeugt wird, das eine Anzahl von geladenen Teilchen minimal 10° N/m? bis maximal 1027 N/m? hat,
    - Die Anzahl der Wicklungen minimal eine bis maximal 10 beträgt, in Serie angeordnet sind, sodass ein hohes dichtes Wasserdampfplasma erzeugt wird, in dem die geladenen Teilchen eine minimale Temperatur.von 1eV bis maximal 100eV haben.
    3. Verfahren nach Anspruch 1, umfassend einen elektrischen Verdampfer (39), einen elektrischen Überhitzer (40),
    Gekennzeichnet dadurch, dass
    - Der Sattdampf elektrisch beheizt mit einer elektrischen Leistung minimal 5 KW bis maximal 500 kW erzeugt wird,
    - Der Dampfdruck minimal 1,5 bar maximal 4 bar ist, - Die Sattdampftemperatur minimal von 111°C bis maximal 143°C beträgt,
    - Der Sattdampf in einem elektrisch beheizten Überhitzer auf eine Temperatur von minimal 145°C bis maximal 175°C gebracht wird,
    - Der elektrisch beheizte Überhitzer eine elektrische Leistung von minimal 5 kW bis maximal 500 kW aufweist,
    e
    4. Verfahren nach Anspruch 1, umfassend eine zweite Gastrennstufe (43), einen Verdichter (41), eine Regelarmatur (45), ;
    Gekennzeichnet dadurch, dass
    _- Die zweite Gastrennstufe (43) auf mechanischer Trennung durch Membrane erfolgt, ein einen Porendurchmesser minimal 1 A bis maximal 3 A aufweist,
    DELETE". 9 17
    0. ..* 0500 0° 000 ..
    - Die zweite Gastrennstufe (43) bei einem Druck von minimal 4 bar bis maximal 15 bar betrieben wird,
    - Die zweite Gastrennstufe (43) bei einer Temperatur von minimal 5°C bis maximal 25°C betrieben wird,
    ‚= Zur Erzeugung des Druckes vor der Gastrennung ein hydraulischer Kolbenverdichter (41) verwendet wird, ein Gasdruck minimal von 4 bar bis maximal 16 bar erzeugt wird,
    - Der in der zweiten Gastrennstufe (43) abgetrennt Wasserstoff eine Verunreinigung in Form von Kohlenstoffhaltigen Gasen von minimal 0,001% bis maximal 0,1% besitzt,
    - Das in der zweiten Gastrennstufe (43) nicht abgetrennte Kohlenstoffhaltige Gas über eine Regelarmatur (45) auf den Druck vor der ersten Gastrennstufe minimal 4 bar bis maximal 15 bar reduziert wird, ;
    - Das in der zweiten Gastrennstufe nicht abgetrennte Kohlenstoffhaltige Gas der ersten
    _ Trennstufe (28) zugeführt wird. ; ;
    5. Verfahren nach Anspruch 1, umfassend eine Druckwechseladsorption (46,47) Gekennzeichnet dadurch, dass
    - Die Gastrennung des Gasgemisches aus Wasserstoff H2, Kohlendioxid CO2, Kohlenmonoxid CO und Methan CH4 in Form einer Druckwechseladsorption (46,47) erfolgt,
    - Die Druckwechseladsorption bei einem Druck von ‚minimal 8 bar, maximal 16 bar betrieben wird,
    - das Molekularsieb als Zeolit 13X verwendet einen Porendurchmesser von minimal 3 Angström, maximal 5 Angström besitzt, und so die Kohlenstoffverbindungen, wie Kohlendioxid CO2, Kohlenmonoxid CO, Methan CH4 physikalisch im Sieb gebunden werden können,
    - Die Adsorptign bei einer Temperatur von minimal 10°C bis maximal 25°C erfolgt,
    - Die Desorption bei einem Druck von minimal 0,1 bar, maximal 0,3 bar erfolgt,
    - Die Desorption bei einer Temperatur von minimal 50°C, bis maximal 100°C erfolgt.
    ‚6. Verfahren nach Anspruch 1, umfassend einen Tank (12) für den Brennstoff Dimethylether (DME) S
    Gekennzeichnet dadurch, dass
    - Als Brennstoff im Tank (12) Dimethylether (DME) verwendet wird,
    - Der Brennstoff Dimethylether (DME) bei einem Druck von minimal 10 bar, maximal 15 bar in flüssiger Phase gelagert wird,
    - Der Brennstoff Dimethylether (DME) eine Temperatur von minimal 5°C, maximal 50°C hat.
    7. Verfahren nach Anspruch 1, umfassend einen Tank (12) für den Brennstoff Oxymerthylendimethylether (OME)
    Gekennzeichnet dadurch, dass.
    - Als Brennstoff im Tank (12) Oxymerthylendimethylether (OME) verwendet wird,
    Der Brennstoff Oxymerthylendimethylether (OME) bei einem. Druck von 1 bar in flüssiger Phase gelagert wird, ;
    Der Brennstoff Oxymerthylendimethylether (OME) eine Temperatur von minimal 5°C,
    maximal 50°C hat.
ATA216/2019A 2019-06-05 2019-06-05 Verfahren zur Wasserstoffherstellung mit Hilfe eines Wasserdampfplasma AT522533A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ATA216/2019A AT522533A1 (de) 2019-06-05 2019-06-05 Verfahren zur Wasserstoffherstellung mit Hilfe eines Wasserdampfplasma

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ATA216/2019A AT522533A1 (de) 2019-06-05 2019-06-05 Verfahren zur Wasserstoffherstellung mit Hilfe eines Wasserdampfplasma

Publications (1)

Publication Number Publication Date
AT522533A1 true AT522533A1 (de) 2020-11-15

Family

ID=73149527

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ATA216/2019A AT522533A1 (de) 2019-06-05 2019-06-05 Verfahren zur Wasserstoffherstellung mit Hilfe eines Wasserdampfplasma

Country Status (1)

Country Link
AT (1) AT522533A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102023130057A1 (de) * 2023-10-31 2025-04-30 Forschungszentrum Jülich GmbH Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff aus DME (Dimethylether) und Anlage zur Durchführung des Verfahrens

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1392087A1 (de) * 2001-04-27 2004-02-25 David Systems &amp; Technology S.L. Verfahren zur plasmakatalytischen umsetzung von kraftstoffen, die in einem verbrennungsmotor oder in einer gasturbine verwendet werden können, in ein synthetisches gas und plasmakatalytischer umsetzer dafür
WO2006123883A1 (en) * 2005-05-17 2006-11-23 Korea Basic Science Institute Apparatus and method for producing hydrogen gas by microwave plasma discharge
WO2007116225A1 (en) * 2006-04-07 2007-10-18 Qinetiq Limited Hydrogen production
US20080296294A1 (en) * 2007-05-30 2008-12-04 Han Sup Uhm Pure steam torch by microwaves for reforming of hydrocarbon fuels

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1392087A1 (de) * 2001-04-27 2004-02-25 David Systems &amp; Technology S.L. Verfahren zur plasmakatalytischen umsetzung von kraftstoffen, die in einem verbrennungsmotor oder in einer gasturbine verwendet werden können, in ein synthetisches gas und plasmakatalytischer umsetzer dafür
WO2006123883A1 (en) * 2005-05-17 2006-11-23 Korea Basic Science Institute Apparatus and method for producing hydrogen gas by microwave plasma discharge
WO2007116225A1 (en) * 2006-04-07 2007-10-18 Qinetiq Limited Hydrogen production
US20080296294A1 (en) * 2007-05-30 2008-12-04 Han Sup Uhm Pure steam torch by microwaves for reforming of hydrocarbon fuels

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102023130057A1 (de) * 2023-10-31 2025-04-30 Forschungszentrum Jülich GmbH Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff aus DME (Dimethylether) und Anlage zur Durchführung des Verfahrens

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yin et al. Double adjustment of Co and Sr in LaMnO3+ δ perovskite oxygen carriers for chemical looping steam methane reforming
Wu et al. Sulfonic groups functionalized Zr-metal organic framework for highly catalytic transfer hydrogenation of furfural to furfuryl alcohol
Zhou et al. Cobalt catalysts: very efficient for hydrogenation of biomass-derived ethyl levulinate to gamma-valerolactone under mild conditions
Goeppert et al. Recycling of carbon dioxide to methanol and derived products–closing the loop
Wang et al. A comparative study on the quality of bio-oil derived from green macroalga Enteromorpha clathrata over metal modified ZSM-5 catalysts
Huang et al. Catalytic supercritical water gasification of glucose with in-situ generated nickel nanoparticles for hydrogen production
WO2020254121A1 (en) Biogas upgrading to methanol
EP4126307A1 (de) Verfahren zur elektrochemischen wasserstoffabtrennung aus erdgas-pipelines
CN102500303A (zh) 一种转化混合醇的装置和方法
WO2021078614A1 (de) Verfahren zur herstellung von hochreinem wasserstoff durch kopplung einer pyrolyse von kohlenwasserstoffen mit einer elektrochemischen wasserstoffabtrennung
EP3390693A1 (de) Verfahren zur erzeugung von kohlenstoff-basierten sekundärenergieträgern oder basischemikalien
JP2013006753A (ja) バイオオイル改質装置
CN108913179A (zh) 一种定向催化裂解装置及工艺
CN1931708A (zh) 一种液态烃类在钯膜反应器中制取高纯氢气的方法
AT522533A1 (de) Verfahren zur Wasserstoffherstellung mit Hilfe eines Wasserdampfplasma
Sanahuja‐Parejo et al. Insights into the production of upgraded biofuels using Mg‐loaded mesoporous ZSM‐5 zeolites
Klemm et al. CHEMampere: Technologies for sustainable chemical production with renewable electricity and CO2, N2, O2, and H2O
CN114105095B (zh) 一种船用甲醇水重整制氢质子交换膜燃料电池系统
KR20240168346A (ko) 전기분해를 사용한 합성가스 발생 과정
Zhang et al. Towards atomic precision in HMF and methane oxidation electrocatalysts
EP1373134A2 (de) Membranreaktor und verfahren zur herstellung von hochreinem wasserstoffgas
Lee et al. Catalytic pyrolysis of cellulose over SAPO-11 using Py-GC/MS
Jing et al. Hydrothermal liquefaction of lignin to aromatics over the perovskite catalysts
US9579634B2 (en) Method for producing metal catalyst for preparing alcohol and metal catalyst produced thereby
WO2024133464A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur gewinnung von hochreinem wasserstoff aus methanol oder ammoniak

Legal Events

Date Code Title Description
REJ Rejection

Effective date: 20230715