WO2013135668A1 - Chemical reactor system, comprising an axial flow reactor with heating levels and intermediate levels - Google Patents

Chemical reactor system, comprising an axial flow reactor with heating levels and intermediate levels Download PDF

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Alexander Karpenko
Emanuel Kockrick
Leslaw Mleczko
Albert TULKE
Daniel Gordon Duff
Ludger KASTER
Daniel Wichmann
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Definitions

  • Chemical reactor system comprising an axial flow reactor with hitting and intermediate planes
  • the present invention relates to a chemical reactor system comprising a first flow reactor for reacting a reactant comprising fluid and a fluid downstream of the first flow reactor and / or connected in parallel with the second flow reactor for reacting a reactant comprising fluid.
  • the second flow reactor comprises in the flow direction of the fluid seen a plurality of heating levels, which are electrically heated by heating elements and wherein the heating levels are flowed through by the fluid, wherein at least one heating element, a catalyst is arranged and is heated there. It further relates to a method for operating a reactor system according to the invention.
  • synthesis gas is produced by steam reforming of methane. Due to the high heat demand of the reactions involved, they are carried out in externally heated reformer tubes. Characteristic of this process is the limitation due to the reaction equilibrium, a heat transfer limitation and above all the pressure and temperature limitation of the reformer tubes used (nickel-based steels). Temperature and pressure side results in a limitation to a maximum of 900 ° C at about 10 to 40 bar.
  • An alternative method is autothermal reforming. In this case, a portion of the fuel is burned by the addition of oxygen within the reformer, so that the reaction gas is heated and the expiring endothermic reactions are supplied with heat.
  • the synthesis gas as product gas of the autothermal reforming is obtained at a temperature of more than 1 100 ° C.
  • an apparatus for producing a low carbon, low methane gas (syngas) comprising a refractory lined, pressure resistant reactor (ATR reactor) in which a hydrocarbon containing feed (fuel) is co-charged with carbon dioxide (CO2) and / or Steam and an oxidizing agent by catalytically assisted partial oxidation (autothermal reforming or ATR) can be implemented and a reactor burner through which the starting materials in the reaction chamber of the ATR reactor can be introduced, wherein the synthesis gas as product gas from the ATR reactor at a temperature of more than 1 100 ° C is deductible.
  • DE 19960521 A1 discloses a device for the elimination of oineches and / or odors by oxidation on a solid catalyst, which is characterized in that the solid noble metal catalyst on a metallic conductive wire, tape or tissue-shaped tubular carrier in adhering thinly or firmly bonding by burn-in with the metallic carrier, or by first coating the metallic carrier with a substantially porous mass, anchoring it to the metallic carrier by baking and loading the porous mass by impregnation with noble metal catalysts and the metallic carrier to heat by DC or AC current to the required oxidation temperature, wherein the change of the electrical resistance is used for temperature control and the effluent gas from the converter is used to preheat the incoming gas.
  • DE 10 2010 033316 A1 describes an exhaust gas treatment system comprising: M electrically heated substrates coated with a catalyst material and arranged in series to receive exhaust gas from a machine, M being an integer greater than one; and a heater control module that applies power to N of the M substrates to heat the N substrates for a predetermined period, where N is an integer less than M, wherein during the predetermined period the engine is off and the M electrically heated substrates are not Absorb exhaust.
  • DE 103 1 71 7 relates to an electrically heated reactor for carrying out gas reactions at high temperature, comprising a reactor block surrounded by an enclosure of one or more monolithic modules made of a material suitable for resistance heating or inductive heating, as a reaction space, from one to the A device for supplying and discharging a gaseous medium to / from the channels and at least two electrodes (8, 8 ') connected to a power source and the reactor block for passing a current through the reactor block or a device for the Inducing a stream in the reactor block, wherein the enclosure of the reactor block comprises a gas-tight sealing this double jacket and at least one device for supplying an inert gas in the double jacket.
  • US 2009/246118 ⁇ 1 discloses a process and plant for producing hydrogen in which a synthesis gas stream from the gasification of a carbonaceous substance is processed in a synthesis processing unit by reacting the carbon monoxide content with steam to form further hydrogen , which is removed by a pressure swing absorption unit.
  • the pass-through unit is further reformed in a steam reformer by adding a hydrocarbon stream.
  • more hydrogen is obtained. This is also separated in a Druck
  • WO 2007/042279 AI deals with a reformer system with a reformer for the chemical conversion of a hydrocarbon-containing fuel into a hydrogen-rich gas
  • Reformatgas as well as electrical heating means by which the reformer heat energy for producing a reaction temperature required for the reaction can be supplied, wherein the reformer system further comprises a capacitor which can supply the electric heating means with electric current.
  • the present invention has therefore set itself the task of providing a suitable reactor system for this purpose.
  • a chemical reactor system comprising a first flow reactor for reacting a fluid comprising reactants and a fluid downstream of the first flow reactor and / or a second flow stream connected in parallel therewith or in which the reactant comprises Second Str ömungsr eakt or one, seen in the flow direction of the fluid, comprises a plurality of heating levels, which are electrically heated by heating elements and wherein the heating levels are flowed through by the fluid, wherein at least one heating element, a catalyst is arranged and is heated there; where at least once an intermediate level between two Heating levels is arranged and wherein the intermediate plane is also traversed by the fluid.
  • the intermediate level in the second flow reactor or its contents can also be catalytically coated. This not only serves as a contact surface for the metallic conductor, but also generates a pressure loss, which is mainly due to porosity and thickness
  • Reactor inlet has a better flow distribution result.
  • the combination of heat conductor and intermediate level (or support surface) can then be on a metallic support structure, which ensures the mechanical stability. It is preferred that the intermediate plane is an electrical insulation, in particular in the presence of a metallic support structure.
  • the reaction can be influenced in a comparatively simple manner. Furthermore, it is possible to influence the reaction by catalytic coatings in different types or amounts in the intermediate level or their content.
  • a further subject of the present invention is a method for operating a chemical reactor system, comprising the steps of: a) providing an abovementioned reactor system according to the invention; b) electrically heating at least one of the heating elements in the second flow reactor, the aforementioned reactor system according to the invention; and c) passing a reactant-comprising fluid through the first and second flow reactors of the aforesaid reactor system of the invention with at least partial reaction of the reactants of the fluid.
  • the reactor system according to the invention is particularly suitable for the production of synthesis gas. Therefore, in the following, the invention will be described in this aspect without, however, being limited thereto.
  • the first flow reactor can be a (conventional) reforming reactor. Thanks to its compact and modular design, the second flow rate control is suitable for increasing the capacity of a conventional system for generating electricity.
  • the incorporation of the second flow reactor in the overall system can, inter alia, as a post-reactor or as Backup system done.
  • the connection of a parallel arranged second flow reactor for capacity expansion can be done quickly due to the electric heating, when an increased demand for reaction products occurs.
  • the second flow reactor can be started up as needed and operated with fresh reaction gas. Both reactors can use the same gas purification system.
  • the second flow reactor can be integrated into a suitable bypass strand in an existing combination of conventional reformers and purification (CO2 scrubbing, drying, coldbox, PSA, etc.).
  • a further advantage of the internal heating of the second flow reactor is that higher temperatures than in other refrigerants can be used. Prior to equilibrium limited reactions, these higher temperatures (or the ability to impose a specific temperature profile) may allow an increase in sales.
  • Reactions which can be carried out in the reactor system according to the invention and in particular in the second flow reactor are, for example, the dry reforming of
  • the second flow reactor as a post-reactor in the synthesis gas production enters the reformer (first flow reactor) with temperatures of preferably below 900 ° C leaving reformate or fission gas in the Nachre actuator.
  • the inlet temperature is high, unwanted side reactions such as carbon formation or methanation are largely suppressed.
  • An additional preheating is then obsolete.
  • the secondary reactor a continuation of the equilibrium reaction at higher temperatures can be realized. This is accompanied by an increase in sales and an increase in the CO yield and thus enables a capacity increase based on the target products, especially CO.
  • a continuation of the reaction towards higher temperatures can once again increase the conversion.
  • the system according to the invention is characterized by a high flexibility with regard to the energy input.
  • it is possible to respond flexibly to the degree of the respective prevailing endothermy.
  • This makes it possible to operate the postreactor both with pure RWGS operation (+ 38 kJ / mol) and with pure dry reforming (+247 kJ / mol).
  • This opens up a wide window of possible input compositions and also includes a mixed operation the aforementioned reactions, especially SMR and the mixed operation with CI I H2O and CO2.
  • a reaction to demand-changed ratios of H2 / CO is possible.
  • the second reactor can also be used as a backup system for demand-controlled additional syngas production in a composite of conventional reformers. It is therefore possible to flexibly set up the system capacity if the second reactor is switched on as required. Conventional reformers show very little tolerance to frequent startup and shutdown procedures.
  • the present invention including preferred embodiments thereof, is illustrated in conjunction with the following drawings and examples, without being limited thereto. The embodiments can be combined as desired, unless clearly the opposite results from the context.
  • FIG. 1 -4 schematically second flow reactors according to the invention in an expanded representation
  • FIG. 5-10 Results of Simulation Calculations for Two Flow Reactors
  • the in FIG. 1 schematically flows through a fluid comprising reactants from top to bottom, as shown by the arrows in the drawing.
  • the fluid may be liquid or gaseous and may be single-phase or multi-phase.
  • the fluid is gaseous. It is conceivable that the oil contains exclusively reactants and reaction products, but also that additionally inert components such as inert gases are present in the fluid.
  • the reactor has a plurality of (four in the present case) heating levels 100, 101, 102, 103, which are electrically heated by means of corresponding heating elements 110, 111, 112, 113.
  • the heating levels 100, 101, 102, 103 are in operation of the
  • At least one heating element 1 10, 1 1 1 1. 1 12, 1 13 a catalyst is arranged and is heated there.
  • the catalyst can directly or indirectly with the heating elements 1 10, 1 1 1. 1 12, 1 13 be connected, so that these heating elements represent the catalyst support or a support for the catalyst support.
  • the heat supply of the reaction takes place electrically and is not introduced from the outside by means of radiation through the walls of the reactor, but directly into the interior of the reaction space. It is realized a direct electrical heating of the catalyst.
  • heating elements 1 10, 1 1 1, 1 12, 1 13 are preferably Bankleiterlegtechniken such as FeCrAl alloys used.
  • metallic materials it is also possible to use electrically conductive Si-based materials, particularly preferably SiC, and / or carbon-based materials.
  • the second flow reactor is also at least once a, for example, ceramic intermediate layer 200, 201, 202 (which is preferably of a ceramic or metallic support frame / 'is plane worn) between two heating zones 100, 101, 102, 103 are disposed, wherein the intermediate plane ( n) 200, 201, 202 or the contents 210, 21 1, 212 of an intermediate level 200, 201, 202 are likewise flowed through by the fluid during operation of the reactor.
  • This has the effect of homogenizing the fluid flow.
  • additional catalyst is present in one or more intermediate levels 200, 201, 202 or other isolation elements in the reactor. Then an adiabatic reaction can take place.
  • the material forms an AhCh protective layer by temperature acting in the presence of air / oxygen.
  • This passivation layer can serve as the basis of a washcoat which acts as a catalytically active coating.
  • the direct resistance heating of the catalyst or the heat supply of the reaction is realized directly via the catalytic structure. It is also, when using other 1 lei leiier. the formation of other protective layers such as Si-O-C systems possible.
  • the pressure in the reactor can take place via a pressure-resistant steel jacket.
  • suitable ceramic insulation materials it can be achieved that the pressure-bearing steel is exposed to temperatures of less than 200 ° C and, if necessary, less than 60 ° C.
  • the electrical connections are shown in FIG. 1 only shown very schematically. They can be conducted in the cold region of the reactor within an insulation to the ends of the reactor or laterally from the heating elements 1 1 0, 1 1 1. 1 12, 1 1 3 are performed so that the di e actual electrical connections can be provided in the cold region of the reactor.
  • the electrical heating is done with direct current or alternating current.
  • inlet temperatures are often reached by 600 ° C, which are often below the desired inlet temp eratur which reduce the formation of carbon black / carbon in reforming reactions.
  • the connection of one or more of the described electrically heated elements as a gas heater allows a rapid heating of the educt gases to temperatures higher than usual in the prior art, without an oxygen-containing atmosphere is required.
  • the use of the electrically heated elements in the inlet region of the reactor also has a positive effect with regard to the cold start and starting behavior, in particular with regard to rapid heating to the reaction temperature and better controllability.
  • heating elements 1 10, 1 1 1, 1 12, 1 13 are arranged, which are helical, meandering, lattice-shaped and / or net-shaped. It is also possible that in the second flow reactor at least one heating element 1 10, 1 1 1, 1 12, 1 13 one of the remaining heating elements 1 10, I I I, 1 12, 1 13 different amount and / or type of catalyst is present. Preferably, the heating elements 1 10, I I I, 1 12, 1 13 are arranged so that they can each be electrically heated independently.
  • the individual heating levels can be individually controlled and regulated.
  • a catalyst in the heating levels can also be dispensed with in the reactor inlet area, so that only the heating and no reaction take place in the inlet area.
  • the (for example ceramic) intermediate levels 200, 201, 202 or their contents 210, 21 1, 212 comprise a material resistant to the reaction conditions, for example a ceramic foam. They serve for mechanical support of the heating levels 100, 101, 102, 103 and for mixing and distribution of the gas stream. At the same time is such an electrical
  • the intermediate level 200, 201, 202 in the second flow reactor can comprise, for example, a loose bed of solids. These solids themselves may be porous or solid, so that the fluid flows through gaps between the solids. It is preferred that the material of the solid bodies comprises oxides, carbides, nitrides, phosphides and / or borides of aluminum, silicon and / or zirconium. An example of this is SiC. Further preferred is cordierite.
  • the intermediate level 200, 201, 202 comprises a one-piece porous solid.
  • the fluid flows through the intermediate plane via the pores of the solid. This is shown in FIG. 1 shown.
  • Preference is given to honeycomb monoliths, as used for example in the exhaust gas purification of internal combustion engines.
  • the average length of a plane 100, 101, 102, 103 seen in the flow direction of the fluid and the average length of an intermediate level 200, 201, 202 in the flow direction of the fluid in a ratio of> 0 , 01: 1 to ⁇ 100: 1 to each other. Even more advantageous are ratios of> 0, 1: 1 to ⁇ 10: 1 or 0.5: 1 to ⁇ 5: 1.
  • Suitable catalysts in the second flow reactor may for example be selected from the group consisting of: (I) mixed metal oxides of the formula A (i -w -x) A 'w A "x B (Iy z) B' y B" z 03-Deita where:
  • A, A 'and A are independently selected from the group: Mg, Ca, Sr, Ba, Li, Na, K. Rh. Cs, Sn, Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm , Eu, Gd, Tb. Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Tl, Lu, Ni, Co, Pb, Bi and / or Cd, and B, B 'and B "are independently selected from the group: Cr , Mn, Fe. Bi Cd,
  • B is selected from the group: Cr, Mn, Fe, Bi, Cd, Co, Cu, Ni, Sn, Al, Ga, Sc, Ti, V, Nb, Ta, Mo, Pb, I I f. Zr, Tb. W. Gd. Yb. Mg, Cd, To. Re. Ru. Rh. Pd, Os, Ir and / or Pt;
  • B ' is selected from the group: Re, Ru, Rh, Pd, Os, Ir and / or Pt;
  • B is selected from the group: Cr, Mn, Fe, Bi. Cd, Co, Cu, Ni, Sn, Al, Ga, Sc, Ti, V, Nb. Ta, Mo, Pb I II " . Zr. Tb. W. Gd. Yb. Mg, Cd and Zn; and
  • Ml and M2 are independently selected from the group: Re. Ru. Rh. Ir, Os, Pd and / or Pt; and M3 is selected from the group: Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm,
  • L is selected from the group: Na, K. Rb. Cs, Mg, Ca, Sr, Ba. Sc, Y. Sn, Pb. Pd. Mn. In. Tl, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and / or Lu; and
  • M is selected from the group: Ti, Zr. Hf, V, Nb. Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re. Fe. Ru. Os, Co, Rh. Ir, Ni, Pd. Pt, Zn. Cu, Ag and / or Au; and l ⁇ x ⁇ 2; 0 ⁇ y ⁇ 12; and 4 ⁇ z ⁇ 9;
  • I is selected from the group: Na, K. Rb. Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y. Sn, Pb. Mn, In, Tl, La, Ce, Pr. Nd. Sm, Eu. Gd. Tb. Dy. Ho, He, Tin. Yb and / or Lu; and 4 ⁇ z ⁇ 9;
  • Ml and M2 are independently selected from the group: Cr, Mn, Fe, Co, Ni,
  • a and 6 are independently selected from the group: Be, Mg, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Y, Zr. Nb, Mo, I I f. Ta, W. La. Ce, Pr, nd. Sm, Eu, Gd. Tb, Dy. Ho, Er, Tm, Yb. and / or Lu; and or
  • reaction products includes the catalyst phases present under reaction conditions.
  • the second flow reactor according to the invention can have a modular design.
  • a module may include, for example, a heating level, an intermediate level, the electrical contact and the corresponding further insulation materials and thermal insulation materials.
  • the inventive method in the provided second flow reactor is an electrical heating of at least one of the heating elements 110, III, 1 12, 113. This may, but not in time prior to the passage of a reactant comprising fluid through the flow stream or at least partially reacting the reactants the fluid take place. As already mentioned in connection with the reactor, it is advantageous if the individual heating elements 1 10, 11, 112, 13 are operated in the second flow reactor or in each case with different heating power.
  • the reaction temperature in the reactor is at least in places> 700 ° C to ⁇ 1300 ° C. More preferred ranges are> 800 ° C to ⁇ 1200 ° C and> 900 ° C to ⁇ 1100 ° C, especially> 850 ° C to ⁇ 1050 ° C.
  • the average (average) contact time of the fluid to a heating element 1 10, 1 1 1, 1 12, 1 13 in the second flow reactor for example,> 0.01 seconds to ⁇ 1 second and / or the average contact time of the fluid to an intermediate level.
  • 1 12, 1 13 may be> 0.001 seconds to ⁇ 5 seconds.
  • Preferred contact times are> 0.005 to ⁇ 1 second, more preferably> 0.01 to ⁇ 0.9 second.
  • the reaction in the first and / or second flow reactor may take place at a pressure of> 1 bar
  • the pressure is> 2 bar to ⁇ 50 bar, more preferably> 6 bar to ⁇ 30 bar.
  • additional reactants are added to the fluid between the first and second flow reactors.
  • it may be CO2, for example, from a return of a CO2 scrubber act.
  • the H2 / CO ratio is then reduced by means of an RWGS reaction taking place in the second flow reactor or this ratio can be adapted flexibly to the respective requirement.
  • hydrogen or hydrogen gas which is contaminated with CO and / or methane, for example (purge, PSA exhaust gas, etc.) can also be supplied and converted into the desired product CO together with CO.sub.2.
  • the reactants in the fluid are selected from the group comprising alkanes, alkenes, alkynes, alkanols, alkenols, alkynols, carbon monoxide, carbon dioxide, water, ammonia, hydrogen and / or oxygen.
  • alkanes methane is particularly suitable, among the alkanols methanol and / or ethanol are preferred.
  • the following figures 2-4 show second flow reactors, which are optimized for certain reactions, further a mixed operation with various above-mentioned reactions is expressly possible.
  • the equilibrium ends with the equilibrium composition corresponding to the exit tem- perature of the first reactor. This can then be added to other streams.
  • FIG. 2 shows a further second flow reactor according to the invention, which can preferably be used for the RWGS reaction.
  • the first heating level 100 with heating element 1 10 is not yet provided with a catalyst and serves as a gas heater.
  • the subsequent intermediate level 200 contains a monolithic shaped catalyst body 210, which is catalytically coated. Alternatively, it may also be a catalyst bedding. This is followed by a heating level 101 with heating element 1 1 1, an intermediate level 201 with a porous support layer 21 1 (optionally catalytically coated) and a further 1 leizebene 102 with heating element 1 12 at.
  • this heating level 102 Downstream of this heating level 102 is again an intermediate level 202 with a monolithic catalytic converter body or catalyst inlet 212, a heating level 103 with a heating element 13 and an intermediate level 203 with a monolithic shaped catalyst body or catalyst feed 213. At least one of the heating elements 11 1 1, I 12 and I 13 also includes a catalyst.
  • the individual catalyst-supporting elements of the reactor may be different in the type and amount of the catalyst, and the heating elements may be controlled and controlled individually or in groups.
  • the characteristics of the RWGS reaction lie in a comparatively moderate heat requirement and in the fact that it is an equilibrium reaction.
  • a Metlianleiter especially at elevated pressure and at temperatures below 800 ° C occur. Therefore, a high gas inlet temperature is preferably selected in order to thermodynamically suppress the side reactions and in particular the methanation. In turn, a high outlet temperature ensures high sales.
  • FIG. 3 shows a further second flow reactor according to the invention, which can preferably be used for dry reforming.
  • the first heating level 100 with heating element 1 10 can not yet be provided with a catalyst and then serves as a pure gas heater. In order to avoid unwanted side reactions, however, a (weakly) catalytically active layer may already be applied to the heating element 110.
  • the subsequent intermediate level 200 contains an orotic support layer 210, which may optionally be catalytically coated.
  • a heating level 101 with a catalytically coated heating element 11 1 is followed by a heating level 101 with a catalytically coated heating element 11 1, an intermediate level 201 with a porous supporting layer 211 (optionally catalytically coated) and a further heating level 102 with a catalytically coated heating element 1 12.
  • Downstream of this heating level 102 is again an intermediate level 202 with a porous support layer 212 (optionally catalytically coated), a heating level 103 with catalytically coated heating element 11 and an intermediate level 203 with a porous support layer 213 (optionally catalytically coated).
  • the individual catalyst-carrying elements of the reactor can differ in the type and amount of the catalyst and the heating elements can be controlled and regulated individually or in groups.
  • the main feature of the Dry Reforming lies in a high heat demand, which prevails locally limited, especially in the first third of the reactor. It is an equilibrium reaction with a soot formation as a side reaction. Therefore, it is preferred to choose high gas inlet temperatures to thermodynamically suppress the side reaction. High outlet temperatures ensure high sales. The reaction takes place essentially in the catalytically coated heating elements.
  • FIG. 4 shows a further second flow reactor according to the invention, which can preferably be used for methane steam reforming.
  • the first heating level 100 with heating element 1 10 can not yet be provided with a catalyst and then serves as a pure gas heater. In order to avoid unwanted side reactions, however, a (weakly) catalytically active layer may already be applied to the heating element 110.
  • the subsequent intermediate level 200 contains a porous support layer 210, which may optionally be catalytically coated. This is followed by a heating level 101 with a catalytically coated heating element 11 1, an intermediate level 201 with a porous supporting layer 2 1 1 (optionally catalytically coated) and a further heating level 102 with a catalytically coated heating element 1 12.
  • this heating level 102 Downstream of this heating level 102 is again an intermediate level 202 with a porous support layer 212 (optionally catalytically coated), a heating level 103 with catalytically coated heating element 13 and an intermediate level 203 with monolithic shaped catalyst body or catalyst bed 213.
  • the catalyst supporting elements of the reactor may differ in the type and amount of catalyst and the heating elements may be controlled and controlled individually or in groups.
  • the main feature of methane steam reforming is a high heat requirement. It is an equilibrium reaction with a soot formation as a side reaction. Therefore, it is preferable to select high gas inlet temperatures to thermodynamically suppress the side reaction. High outlet temperatures ensure high sales.
  • the reaction is carried out essentially in the first reactor segment on the catalytically coated heating elements.
  • the first segment is characterized by the fact that the reactant concentration and the heat requirement of the reaction are very high.
  • the second segment of the reactor which is characterized by the fact that the reactant methane is already largely implemented and the volume-specific heat demand is significantly lower, the further reaction of the starting materials can be carried out on catalytically coated moldings.
  • the heating elements then act as an intermediate heater as needed.
  • FIG. Figure 5 shows the conversion (XCH4, XCCG) over the normalized reactor length.
  • the "spikes" in the sales profile result from the consideration of a bypass stream that is added behind each heating element. The turnover rises steadily and reaches 90% after the first half of the reactor, then the sales level flattens out and approaches the corresponding equilibrium value at the exit at.
  • FIG. 6 shows the temperature profile of the gas and solid phase.
  • the maximum power of the heating elements is given up in the inlet area (corresponds to 100% in the power profile). Much of the electrical energy is consumed by the heat of reaction.
  • the power input is selected such that the solid-state temperature (including the catalysis) is in the range around 1 100 ° C.
  • the reaction gas enters the reactor at 800.degree. C., and the temperature of the gas phase rises above the reactor length through heat exchange with the solid. The reaction takes place on the solid, reactions in the gas phase are not taken into account.
  • FIG. 7 shows the relative heating power per heating element.
  • the profile of heat input per element shows that the highest power is introduced in the first third of the reactor. At the rear of the reactor, sales level off and only a small input of power is required. This is where the concepts derive. which provide monolithic shaped bodies or catalyst charge in the area.
  • FIG. 8 shows the conversion (XCH4, XCCC) over the normalized reactor length
  • FIG. 9 shows the temperature profile of the gas and solid phase
  • FIG. 10 shows the relative heating power per heating element.

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Abstract

The present invention relates to a chemical reactor system, comprising a first flow reactor for reacting a fluid comprising reactants and a second flow reactor connected downstream of the first flow reactor and/or parallel thereto for reacting a fluid comprising reactants. The second flow reactor, as viewed in the direction of flow of the fluid, comprises a plurality of heating levels (100, 101, 102, 103), which are electrically heated by means of heating elements (110, 111, 112, 113), and wherein the fluid can flow through the heating levels, wherein a catalyst is arranged on at least one heating element, where it can be heated. The invention also relates to a method for operating a reactor system according to the invention.

Description

Chemisches_ReaktorsYstem, umfassend einen axialen Strömiin^sreaktor mit Hetz- und Zwischenebenen  Chemical reactor system comprising an axial flow reactor with hitting and intermediate planes
Die vorliegende Erfindung betrifft ein chemisches Reaktorsystem, umfassend einen ersten Strömungsreaktor zur Reaktion eines Reaktanden umfassenden Fluids und einen stromab vom ersten Strömungsreaktor und/oder parallel mit diesem verbundenen zweiten Strömungsreaktor zur Reaktion eines Reaktanden umfassenden Fluids. Der zweite Strömungsreaktor umfasst in Strömungsrichtung des Fluids gesehen eine Mehrzahl von Heizebenen, welche mittels Heizelementen elektrisch beheizt werden und wobei die Heizebenen von dem Fluid durchströmbar sind, wobei an mindestens einem Heizelement ein Katalysator angeordnet ist und dort beheizbar ist. Sie betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Reaktorsystems. The present invention relates to a chemical reactor system comprising a first flow reactor for reacting a reactant comprising fluid and a fluid downstream of the first flow reactor and / or connected in parallel with the second flow reactor for reacting a reactant comprising fluid. The second flow reactor comprises in the flow direction of the fluid seen a plurality of heating levels, which are electrically heated by heating elements and wherein the heating levels are flowed through by the fluid, wherein at least one heating element, a catalyst is arranged and is heated there. It further relates to a method for operating a reactor system according to the invention.
Bedingt durch den verstärkten Ausbau regenerativer Energien entsteht ein fluktuierendes Energieangebot im Stromnetz. In Phasen günstiger Strompreise ergibt sich für den Betrieb von Reaktoren zur Durchführung endothermer Reaktionen, bevorzugt für die Herstellung von Synthesegas, die Möglichkeit eines wirtschaftlichen und ökonomisch sinnvollen Betriebs unter Ausnutzung der regenerativen Energien, wenn diese elektrisch beheizt werden. Dieses ist vor allem dann der Fall, wenn eine direkte Beheizung einer Katalysatorstruktur möglich ist, so dass Verluste durch Wärmeübergangswiderstände deutlich reduziert werden. Due to the increased expansion of renewable energies, a fluctuating supply of energy in the power grid is created. In phases of favorable electricity prices results for the operation of reactors for carrying out endothermic reactions, preferably for the production of synthesis gas, the possibility of an economical and economically meaningful operation taking advantage of renewable energies when they are electrically heated. This is especially the case when a direct heating of a catalyst structure is possible, so that losses are significantly reduced by heat transfer resistances.
Konventionell erfolgt die Herstellung von Synthesegas mittels der Dampfreformierung von Methan. Aufgrund des hohen Wärmebedarfs der beteiligten Reaktionen erfolgt deren Durchführung in von außen beheizten Reformerröhren. Charakteristisch für dieses Verfahren ist die Limitierung durch das Reaktionsgleichgewicht, eine Wärmetr ansp ortlimiti erung und vor allem die Druck- und Temperaturlimitierung der eingesetzten Reformerröhren (nickelbasierte Stähle). Temperatur- und druckseitig resultiert daraus eine Limitierung auf maximal 900 °C bei ca. 10 bis 40 bar. Ein alternatives Verfahren ist die autotherme Reformierung. Hierbei wird ein Teil des Brennstoffs durch Zugabe von Sauerstoff innerhalb des Reformers verbrannt, so dass das Reaktionsgas aufgeheizt wird und die ablaufenden endothermen Reaktionen mit Wärme versorgt werden. Conventionally, synthesis gas is produced by steam reforming of methane. Due to the high heat demand of the reactions involved, they are carried out in externally heated reformer tubes. Characteristic of this process is the limitation due to the reaction equilibrium, a heat transfer limitation and above all the pressure and temperature limitation of the reformer tubes used (nickel-based steels). Temperature and pressure side results in a limitation to a maximum of 900 ° C at about 10 to 40 bar. An alternative method is autothermal reforming. In this case, a portion of the fuel is burned by the addition of oxygen within the reformer, so that the reaction gas is heated and the expiring endothermic reactions are supplied with heat.
I m Stand der Technik sind einige Vorschläge für eine interne Heizung von chemischen Reaktoren bekannt geworden. So beschreiben beispielsweise Zhang et al., International Journal of Hydrogen Energy 2007, 32, 3870-3879 die Simulation und experimentelle Analyse eines co-axialen, zylindrischen M et hau- Da mp Ire for mers unter Verwendung eines elektrisch beheizten Alumit- Katalysators (EHAC). DE 10 2008 027 882 A 1 betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines kohlenmonoxidreichen, methanarmen Gases (Synthesegas), wobei ein Kohlenwasserstoffe enthaltender Einsatz (Brennstoff) gemeinsam mit Kohlendioxid (CO2) und/oder Wasserdampf sowie einem Oxidationsmittel durch katalytisch unterstützte partielle Oxidation (autotherme Reformierung beziehungsweise ATR) umgesetzt wird. Das Synthesegas als Produktgas der autothermen Reformierung wird mit einer Temperatur von mehr als 1 100 °C gewonnen. Ebenfalls beschrieben wird eine Vorrichtung zur Erzeugung eines kohlenmonoxidreichen, methanarmen Gases (Synthesegas), aufweisend einen mit einer feuerfesten Auskleidung versehenen, druckfesten Reaktor (ATR-Reaktor), in dem ein Kohlenwasserstoffe enthaltender Einsatz (Brennstoff) gemeinsam mit Kohlendioxid (CO2) und/oder Wasserdampf sowie einem Oxidationsmittel durch katalytisch unterstützte partielle Oxidation (Autothermal-Reformierung beziehungsweise ATR) umsetzbar ist sowie einen Reaktorbrenner, über den die Einsatzstoffe in den Reaktionsraum des ATR-Reaktors einbringbar sind, wobei das Synthesegas als Produktgas aus dem ATR-Reaktor mit einer Temperatur von mehr als 1 100 °C abziehbar ist. DE 19960521 AI offenbart eine Vorrichtung zur Beseitigung von Öinebeln und/oder Gerüchen durch Oxidation an einem festen Katalysator, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der feste Edelmetall- Katalysator auf einem metallisch leitenden draht-, band- gilt er- gewebe- oder rohrförmigen Träger in dünner Schicht festhaftend aufzubringen oder durch Einbrennen mit dem metallischen Träger fest zu verbinden, oder den metallischen Träger zuerst mit einer weitgehend porösen Masse zu beschichten, durch Einbrennen auf dem metallischen Träger zu verankern und die poröse Masse durch Tränken mit Edelmetallkatalysatoren zu beladen und den metallischen Träger mittels Gleich- oder Wechselstrom auf die erforderliche Oxidationstemperatur zu erhitzen, wobei die Änderung des elektrischen Widerstands zur Temperaturregelung dient und das aus dem Konverter ausströmende Gas zum Vorwärmen des einströmenden Gases benutzt wird. DE 10 2010 033316 AI beschreibt ein Abgasbehandlungssystem, umfassend: M elektrisch beheizte Substrate, die mit einem Katalysatormaterial beschichtet sind und die in Reihe angeordnet sind, um Abgas einer Maschine aufzunehmen, wobei M eine ganze Zahl größer als Eins ist; und ein Heizungssteuermodul, das Leistung an N der M Substrate anlegt, um die N Substrate während einer vorbestimmten Periode zu erwärmen, wobei N eine ganze Zahl kleiner als M ist, wobei während der vorbestimmten Periode die Maschine abgeschaltet ist und die M elektrisch beheizten Substrate kein Abgas aufnehmen. In the prior art, some proposals for internal heating of chemical reactors have become known. For example, Zhang et al., International Journal of Hydrogen Energy 2007, 32, 3870-3879, describe the simulation and experimental analysis of a coaxial axial cylindrical dumbber using an electrically heated alumite catalyst (EHAC ). DE 10 2008 027 882 A1 relates to a process for producing a low-carbon, low-methane gas (synthesis gas), wherein a hydrocarbon-containing feed (fuel) together with carbon dioxide (CO2) and / or water vapor and an oxidizing agent by catalytically assisted partial oxidation (autothermal reforming or ATR) is implemented. The synthesis gas as product gas of the autothermal reforming is obtained at a temperature of more than 1 100 ° C. Also described is an apparatus for producing a low carbon, low methane gas (syngas) comprising a refractory lined, pressure resistant reactor (ATR reactor) in which a hydrocarbon containing feed (fuel) is co-charged with carbon dioxide (CO2) and / or Steam and an oxidizing agent by catalytically assisted partial oxidation (autothermal reforming or ATR) can be implemented and a reactor burner through which the starting materials in the reaction chamber of the ATR reactor can be introduced, wherein the synthesis gas as product gas from the ATR reactor at a temperature of more than 1 100 ° C is deductible. DE 19960521 A1 discloses a device for the elimination of oineches and / or odors by oxidation on a solid catalyst, which is characterized in that the solid noble metal catalyst on a metallic conductive wire, tape or tissue-shaped tubular carrier in adhering thinly or firmly bonding by burn-in with the metallic carrier, or by first coating the metallic carrier with a substantially porous mass, anchoring it to the metallic carrier by baking and loading the porous mass by impregnation with noble metal catalysts and the metallic carrier to heat by DC or AC current to the required oxidation temperature, wherein the change of the electrical resistance is used for temperature control and the effluent gas from the converter is used to preheat the incoming gas. DE 10 2010 033316 A1 describes an exhaust gas treatment system comprising: M electrically heated substrates coated with a catalyst material and arranged in series to receive exhaust gas from a machine, M being an integer greater than one; and a heater control module that applies power to N of the M substrates to heat the N substrates for a predetermined period, where N is an integer less than M, wherein during the predetermined period the engine is off and the M electrically heated substrates are not Absorb exhaust.
DE 103 1 71 7 Λ I betrifft einen elektrisch beheizten Reaktor zur Durchführung von Gasreaktionen bei hoher Temperatur, umfassend einen mit einer Umhüllung umgebenen Reaktorblock aus einem oder mehreren monolithischen Modulen aus einem für eine Widerstandsb eheizung oder induktive Beheizung geeigneten Material, als Reaktionsraum ausgebildete Kanäle, die von einer auf die gegenüberliegende Seite des Reaktorblocks reichen, je eine Vorrichtung zum Zuführen und zum Abführen eines gasförmigen Mediums zu/aus den Kanälen und mindestens zwei mit einer Stromquelle und dem Reaktorblock verbundene Elektroden (8, 8') zum Durchleiten eines Stroms durch den Reaktorblock oder eine Vorrichtung zum Induzieren eines Stroms im Reaktorblock, wobei die Umhüllung des Reaktorblocks einen diesen gasdicht abschließenden Doppelmantel und mindestens eine Vorrichtung zum Zuführen eines Inertgases in den Doppelmantel umfasst. DE 103 1 71 7 relates to an electrically heated reactor for carrying out gas reactions at high temperature, comprising a reactor block surrounded by an enclosure of one or more monolithic modules made of a material suitable for resistance heating or inductive heating, as a reaction space, from one to the A device for supplying and discharging a gaseous medium to / from the channels and at least two electrodes (8, 8 ') connected to a power source and the reactor block for passing a current through the reactor block or a device for the Inducing a stream in the reactor block, wherein the enclosure of the reactor block comprises a gas-tight sealing this double jacket and at least one device for supplying an inert gas in the double jacket.
Die Publikation Guo et al., Chemical Engineering Science 2011, 66, 6287-6296 ist auf dieThe publication Guo et al., Chemical Engineering Science 2011, 66, 6287-6296 is assigned to
Dampfreformierung von Kerosin gerichtet. Steam reforming of kerosene directed.
US 2009/246118 Λ 1 offenbart ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung von Wasserstoff, in denen ein Synthesegasstrom aus der Vergasung einer kohlenstoffhaltigen Substanz in einer Synthes egas verarbeitungs einheit prozessiert wird, indem der Kohlenstoffmonoxidgehalt mit Dampf zur Reaktion gebracht wird unter Bildung von weiterem Wasserstoff, welcher durch eine Druckwechselabsorptions einheit entfernt wird. Das v erb l e ib end e G as au s d e r Druckwechselabso tionseinheit wird in einem Dampfreformer weiter reformiert, indem ein Kohlenwasserstoffstrom hinzugefügt wird. So wird weiterer Wasserstoff erhalten. Dieser wird ebenfalls in einer Druckwechs elabsorptions einheit abgetrennt. US 2009/246118 Λ 1 discloses a process and plant for producing hydrogen in which a synthesis gas stream from the gasification of a carbonaceous substance is processed in a synthesis processing unit by reacting the carbon monoxide content with steam to form further hydrogen , which is removed by a pressure swing absorption unit. The pass-through unit is further reformed in a steam reformer by adding a hydrocarbon stream. Thus, more hydrogen is obtained. This is also separated in a Druckwechsels elabsorption unit.
WO 2007/042279 AI beschäftigt sich mit einem Reformersystem mit einem Reformer zum chemischen Umsetzen eines kohlenwasserstoffhaltigen Kraftstoffes in ein wasserstoffgasreichesWO 2007/042279 AI deals with a reformer system with a reformer for the chemical conversion of a hydrocarbon-containing fuel into a hydrogen-rich gas
Reformatgas, sowie elektrischen Heizmitteln, mittels welchen dem Reformer Wärmeenergie zum Herstellen einer für die Umsetzung erforderlichen Reaktionstemperatur zuführbar ist, wobei das Reformersystem weiterhin einen Kondensator aufweist, der die elektrischen Heizmittel mit elektrischem Strom versorgen kann. Reformatgas, as well as electrical heating means by which the reformer heat energy for producing a reaction temperature required for the reaction can be supplied, wherein the reformer system further comprises a capacitor which can supply the electric heating means with electric current.
Wünschenswert wäre j edoch, eine genauere Kontrolle eines Temperaturprofils bei einer endothermen intern beheizten Reaktion zu erhalten. Die vorliegende Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, eine hierfür geeignetes Reaktorsystem bereitzustellen. However, it would be desirable to have a more accurate control of a temperature profile in an endothermic internally heated reaction. The present invention has therefore set itself the task of providing a suitable reactor system for this purpose.
Diese Aufgabe wird er findungs gemäß gelöst durch ein chemisches Reaktorsystem, umfassend einen ersten Strömungsreaktor zur Reaktion eines Reaktanden umfassenden Fluids und einen stromab vom ersten Strömungsreaktor und/ oder parallel mit diesem verbundenen zweiten Str ömungsr eakt or zur Reaktion eines Reaktanden umfassenden Fluids, in dem der zweite Str ömungsr eakt or eine, gesehen in Strömungsrichtung des Fluids, Mehrzahl von Heizebenen umfasst, welche mittels Heizelementen elektrisch beheizt werden und wobei die Heizebenen von dem Fluid durchströmbar sind, wobei an mindestens einem Heizelement ein Katalysator angeordnet ist und dort beheizbar ist; wobei mindestens einmal eine Zwischenebene zwischen zwei Heizebenen angeordnet ist und wobei die Zwischenebene ebenfalls von dem Fluid durchströmbar ist. This object is achieved according to the invention by a chemical reactor system comprising a first flow reactor for reacting a fluid comprising reactants and a fluid downstream of the first flow reactor and / or a second flow stream connected in parallel therewith or in which the reactant comprises Second Str ömungsr eakt or one, seen in the flow direction of the fluid, comprises a plurality of heating levels, which are electrically heated by heating elements and wherein the heating levels are flowed through by the fluid, wherein at least one heating element, a catalyst is arranged and is heated there; where at least once an intermediate level between two Heating levels is arranged and wherein the intermediate plane is also traversed by the fluid.
Die Zwischenebene im zweiten Strömungsreaktor beziehungsweise deren Inhalt kann auch katalytisch beschichtet sein. Diese dient nicht nur als Auflagefläche für den metallischen Leiter, sondern generiert auch Abhängig von Porosität und Dicke einen Druckverlust, der vor allem imThe intermediate level in the second flow reactor or its contents can also be catalytically coated. This not only serves as a contact surface for the metallic conductor, but also generates a pressure loss, which is mainly due to porosity and thickness
Reaktoreinlauf eine bessere Strömungsverteilung zur Folge hat. Die Kombination aus Heizleiter und Zwischenebene (beziehungsweise Auflagefläche) kann dann auf einem metallischen Tragegerüst liegen, das für die mechanische Stabilität sorgt. Es ist bevorzugt, dass die Zwischenebene eine elektrische Isolierung darstellt, insbesondere bei Vorliegen eines metallischen Tragegerüstes. Reactor inlet has a better flow distribution result. The combination of heat conductor and intermediate level (or support surface) can then be on a metallic support structure, which ensures the mechanical stability. It is preferred that the intermediate plane is an electrical insulation, in particular in the presence of a metallic support structure.
Durch die eine oder mehrere im zweiten Strömungsreaktor befindliche, nicht beheizte Zwischenebene kann weiterhin eine Verweilstrecke eines reagierenden Fluids erreicht werden, innerhalb derer sich eine günstigere Wärmeverteilung ergibt. Durch die Wahl entsprechend langer oder kurzer Strecken des Fluids durch die Zwischenebene(n) kann auf vergleichsweise einfache Art Einfluss auf die Reaktion genommen werden. Weiterhin ist es möglich, die Reaktion durch katalytische Beschichtungen in unterschiedlicher Art oder Menge in der Zwischenebene beziehungsweise deren Inhalt zu beeinflussen. By the one or more located in the second flow reactor, non-heated intermediate level, a dwell of a reacting fluid can still be achieved, within which there is a more favorable heat distribution. By choosing correspondingly long or short distances of the fluid through the intermediate plane (s), the reaction can be influenced in a comparatively simple manner. Furthermore, it is possible to influence the reaction by catalytic coatings in different types or amounts in the intermediate level or their content.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Ver ahren zum Betreiben eines chemischen Reaktorsystems, umfassend die Schritte: a) Bereitstellen eines vorgenannten, er findungs gemäßen Reaktorsystems; b) Elektrisches Beheizen wenigstens eines der Heizelemente im zweiten Strömungsreaktor, des vorgenannten, erfindungsgemäßen Reaktorsystems; und c) Durchströmen eines Reaktanden umfassenden Fluids durch den ersten und zweiten Strömungsreaktor des vorgenannten, erfindungsgemäßen Reaktorsystems unter zumindest teilweiser Reaktion der Reaktanden des Fluids. A further subject of the present invention is a method for operating a chemical reactor system, comprising the steps of: a) providing an abovementioned reactor system according to the invention; b) electrically heating at least one of the heating elements in the second flow reactor, the aforementioned reactor system according to the invention; and c) passing a reactant-comprising fluid through the first and second flow reactors of the aforesaid reactor system of the invention with at least partial reaction of the reactants of the fluid.
Das erfindungsgemäße Reaktorsystem eignet sich insbesondere für die Herstellung von Synthesegas. Daher wird im Folgenden die Erfindung unter diesem Aspekt beschrieben werden, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. The reactor system according to the invention is particularly suitable for the production of synthesis gas. Therefore, in the following, the invention will be described in this aspect without, however, being limited thereto.
Der erste Strömungsreaktor kann dabei ein (konventioneller) Reformierreaktor sein. Der zweite Str ömungsr eakt or eignet sich durch seinen kompakten und modularen Aufbau zur Kapazitätssteigerung eines konventionellen Systems zur S ynth es egas erzeugung. Die Einbindung des zweiten Strömungsreaktors in das Gesamtsystem kann unter anderem als Nachreaktor oder als Backup-System erfolgen. Die Zuschaltung eines parallel angeordneten zweiten Strömungsreaktors zur Kapazitätserweiterung kann aufgrund der elektrischen Beheizung schnell geschehen, wenn ein erhöhter Bedarf an Reaktionsprodukten auftritt. Der zweite Strömungsreaktor kann dabei nach Bedarf angefahren und mit frischem Reaktionsgas betrieben werden. Beide Reaktoren können dasselbe Gasaufreinigungssystem nutzen. Weiterhin kann der zweite Strömungsreaktor in einen geeigneten Bypassstrang in einen bestehenden Verbund aus konventionellen Reformern und Aufreinigung (CO2- Wäsche, Trocknung, Coldbox, PSA, etc.) integriert werden. The first flow reactor can be a (conventional) reforming reactor. Thanks to its compact and modular design, the second flow rate control is suitable for increasing the capacity of a conventional system for generating electricity. The incorporation of the second flow reactor in the overall system can, inter alia, as a post-reactor or as Backup system done. The connection of a parallel arranged second flow reactor for capacity expansion can be done quickly due to the electric heating, when an increased demand for reaction products occurs. The second flow reactor can be started up as needed and operated with fresh reaction gas. Both reactors can use the same gas purification system. Furthermore, the second flow reactor can be integrated into a suitable bypass strand in an existing combination of conventional reformers and purification (CO2 scrubbing, drying, coldbox, PSA, etc.).
Ein weiterer Vorteil der internen Beheizung des zweiten Strömungsreaktors ist, dass höhere T emp eraturen al s in k onv enti on e ll en R e form ern m ö gl i ch s i nd . V or al l em b e i gleichgewichtslimitierten Reaktionen können diese höheren Temperaturen (oder auch die Möglichkeit, ein konkretes Temperaturprofi l aufzuprägen) eine Umsatzsteigerung ermöglichen. A further advantage of the internal heating of the second flow reactor is that higher temperatures than in other refrigerants can be used. Prior to equilibrium limited reactions, these higher temperatures (or the ability to impose a specific temperature profile) may allow an increase in sales.
Reaktionen, die in dem erfindungsgemäßen Reaktorsystem und insbesondere i m zweiten Str ömungsr eakt or durchgeführt werden können, sind beispielsweise das Dry Reforming vonReactions which can be carried out in the reactor system according to the invention and in particular in the second flow reactor are, for example, the dry reforming of
Methan ( DR. CI L + C02 ;± 2 CO + 2 H2), die umgekehrte Wassergas-Shift-Reaktion (RWGS, C02 + H2 5=£ CO + H20), die Partialoxidation von Methan (POX, CH4 + 1/2 02 ^ CO + 2 H2), die Methan-Dampfreformierung (SMR, CH4 + I !:·() ^ CO + 3 H2) sowie die Reaktion von Methan mitMethane (DR. CI L + C0 2 ; ± 2 CO + 2 H 2 ), the reverse water gas shift reaction (RWGS, C0 2 + H 2 5 = £ CO + H 2 0), the partial oxidation of methane (POX , CH 4 + 1/2 0 2 ^ CO + 2 H 2 ), the methane steam reforming (SMR, CH 4 + I!: · () ^ CO + 3 H 2 ) and the reaction of methane with
Ammoniak zur Gewinnung von Blausäure (BMA, CI I i + NH3 HCN + 3 H2). Mischformen derAmmonia for the production of hydrocyanic acid (BMA, CI I i + NH 3 HCN + 3 H 2 ). Mixed forms of
Reaktionen SMR, RWGS und DR sind ebenfalls möglich. Reactions SMR, RWGS and DR are also possible.
In der Verwendung des zweiten Strömungsreaktors als Nachreaktor in der Synthesegasherstellung tritt das den Reformer (ersten Strömungsreaktor) mit Temperaturen von vorzugsweise unter 900 °C verlassende Reformat oder Spaltgas in den Nachre aktor ein. D urc h d i e b ereits hohe Eintrittstemp er atur werden unerwünschte Nebenreaktionen wie Kohlenstoffbildung oder Methanisierung weitestgehend unterdrückt. Eine zusätzliche Vorheizung ist dann hinfällig. Im Nachreaktor kann eine Weiterführung der Gleichgewichtsreaktion bei höheren Temperaturen realisiert werden. Dieses geht mit einer Umsatzsteigerung und einer Erhöhung der CO-Ausbeute einher und ermöglicht so eine Kapazitätserhöhung bezogen auf die Zielprodukte, vor allem CO. Vor allem bei Gleichgewichtsreaktionen mit starker Druckabhängigkeit kann eine Weiterführung der Reaktion hin zu höheren Temperaturen nochmals den Umsatz erhöhen. In the use of the second flow reactor as a post-reactor in the synthesis gas production enters the reformer (first flow reactor) with temperatures of preferably below 900 ° C leaving reformate or fission gas in the Nachre actuator. In other words, if the inlet temperature is high, unwanted side reactions such as carbon formation or methanation are largely suppressed. An additional preheating is then obsolete. In the secondary reactor, a continuation of the equilibrium reaction at higher temperatures can be realized. This is accompanied by an increase in sales and an increase in the CO yield and thus enables a capacity increase based on the target products, especially CO. Especially in equilibrium reactions with strong pressure dependence, a continuation of the reaction towards higher temperatures can once again increase the conversion.
Das erfindungsgemäße System zeichnet sich durch eine hohe Flexibilität hinsichtlich des Energieeintrags aus. Somit kann flexibel auf den Grad der jeweils vorherrschenden Endothermie reagier werden. Dadurch ist es möglich, den Nachreaktor sowohl mit reinem RWGS-Betrieb (+ 38 kJ/mol) als auch mit reinem Dry Reforming (+247 kJ/mol) zu betreiben. Dieses eröffnet ein breites Fenster an möglichen Eingangszusammensetzungen und beinhaltet auch einen Mischbetrieb aus den genannten Reaktionen, vor allem SMR und der Mischbetrieb mit CI I H2O und CO2. Weiterhin ist eine Reaktion auf bedarfsmäßig geänderte Verhältnisse von H2/CO möglich. The system according to the invention is characterized by a high flexibility with regard to the energy input. Thus, it is possible to respond flexibly to the degree of the respective prevailing endothermy. This makes it possible to operate the postreactor both with pure RWGS operation (+ 38 kJ / mol) and with pure dry reforming (+247 kJ / mol). This opens up a wide window of possible input compositions and also includes a mixed operation the aforementioned reactions, especially SMR and the mixed operation with CI I H2O and CO2. Furthermore, a reaction to demand-changed ratios of H2 / CO is possible.
Dadurch und durch die Tatsache, dass sich die elektrische Beheizung im zweiten Reaktor in der Regel durch ein sehr rasches Aufheizverhalten auszeichnet, kann der zweite Reaktor auch als Backup-System für eine bedarfsgesteuerte zusätzliche Synthesegas -Erzeugung in einem Verbund aus konventionellen Reformern eingesetzt werden. Dam it ist ein flex ibler Aufbau der Anlagenkapazität möglich, wenn der zweite Reaktor nach Bedarf zugeschaltet wird. Herkömmliche Reformer zeigen eine nur sehr geringe Toleranz gegenüber häufigen Anfahr- und Abfahrvorgängen. Die vorliegende Erfindung einschließlich bevorzugter Ausführungsformen wird in Verbindun mit den nachfolgenden Zeichnungen und Beispielen erläutert, ohne hierauf beschränkt zu sein. Die Ausführungsformen können beliebig miteinander kombiniert werden, sofern sich nicht eindeutig das Gegenteil aus dem Kontext ergibt. Because of this and the fact that the electrical heating in the second reactor is usually characterized by a very rapid heating behavior, the second reactor can also be used as a backup system for demand-controlled additional syngas production in a composite of conventional reformers. It is therefore possible to flexibly set up the system capacity if the second reactor is switched on as required. Conventional reformers show very little tolerance to frequent startup and shutdown procedures. The present invention, including preferred embodiments thereof, is illustrated in conjunction with the following drawings and examples, without being limited thereto. The embodiments can be combined as desired, unless clearly the opposite results from the context.
Es zeigen: FIG. 1 -4 schematisch erfindungsgemäße zweite Strömungsreaktoren in expandierter Darstellung FIG. 5-10 Ergebnisse von Simulationsberechnungen für zwei Strömungsreaktoren In the drawings: FIG. 1 -4 schematically second flow reactors according to the invention in an expanded representation FIG. 5-10 Results of Simulation Calculations for Two Flow Reactors
Der in FIG. 1 schematisch gezeigte zweite Str ömungsr eakt or wird von einem Reaktanden umfassenden Fluid von oben nach unten durchströmt, wie durch die Pfeile in der Zeichnung dargestellt. Das Fluid kann flüssig oder gasförmig sein und einphasig oder mehrphasig aufgebaut sein. Vorzugsweise, auch angesichts der möglichen Reaktionstemperaturen, ist das Fluid gasförmig. Es ist sowohl denkbar, dass das F 1 u i d ausschließlich Reaktanden und Reaktionsprodukte enthält, aber auch, dass zusätzlich inerte Komponenten wie Inertgase im Fluid vorliegen. The in FIG. 1 schematically flows through a fluid comprising reactants from top to bottom, as shown by the arrows in the drawing. The fluid may be liquid or gaseous and may be single-phase or multi-phase. Preferably, also in view of the possible reaction temperatures, the fluid is gaseous. It is conceivable that the oil contains exclusively reactants and reaction products, but also that additionally inert components such as inert gases are present in the fluid.
I Strömungsrichtung des Fluids gesehen weist der Reaktor eine Mehrzahl von (im vorliegenden Fall vier) Heizebenen 100, 101, 102, 103 auf, welche mittels entsprechender Heizelemente 1 10, I I I , 1 12, 1 13 elektrisch beheizt werden. Die Heizebenen 100, 101 , 102, 103 werden im Betrieb desAs seen in the flow direction of the fluid, the reactor has a plurality of (four in the present case) heating levels 100, 101, 102, 103, which are electrically heated by means of corresponding heating elements 110, 111, 112, 113. The heating levels 100, 101, 102, 103 are in operation of the
Reaktors von dem Fluid durchströmt und die Heizelemente 1 10, 1 1 1 , 1 12, 1 13 werden von dem Fluid kontaktiert. Flowed through the reactor by the fluid and the heating elements 1 10, 1 1 1, 1 12, 1 13 are contacted by the fluid.
An mindestens einem Heizelement 1 10, 1 1 1 . 1 12, 1 13 ist ein Katalysator angeordnet und ist dort beheizbar. Der Katalysator kann direkt oder indirekt mit den Heizelementen 1 10, 1 1 1 . 1 12, 1 13 verbunden sein, so dass diese Heizelemente den Katalysatorträger oder einen Träger für den Katalysatorträger darstellen. In dem Reaktor erfolgt somit die Wärmeversorgung der Reaktion elektrisch und wird nicht von Außen mittels Strahlung durch die Wandungen des Reaktors eingebracht, sondern direkt in das innere des Reaktionsraumes. Es wird eine direkte elektrische Beheizung des Katalysators realisiert. At least one heating element 1 10, 1 1 1. 1 12, 1 13 a catalyst is arranged and is heated there. The catalyst can directly or indirectly with the heating elements 1 10, 1 1 1. 1 12, 1 13 be connected, so that these heating elements represent the catalyst support or a support for the catalyst support. In the reactor, therefore, the heat supply of the reaction takes place electrically and is not introduced from the outside by means of radiation through the walls of the reactor, but directly into the interior of the reaction space. It is realized a direct electrical heating of the catalyst.
Für die Heizelemente 1 10, 1 1 1 , 1 12, 1 13 kommen bevorzugt Heizleiterlegierungen wie FeCrAl- Legierungen zum Einsatz. Alternativ zu metallischen Werkstoffen können zudem auch elektrisch leitfähige Si-basiene Materialien, besonders bevorzugt SiC, und/oder kohlenstoffbasierte Materialien eingesetzt werden. For the heating elements 1 10, 1 1 1, 1 12, 1 13 are preferably Heizleiterlegierungen such as FeCrAl alloys used. As an alternative to metallic materials, it is also possible to use electrically conductive Si-based materials, particularly preferably SiC, and / or carbon-based materials.
Im erfindungsgemäßen zweiten Strömungsreaktor ist weiterhin mindestens einmal eine zum Beispiel keramische Zwischenebene 200, 201 , 202 (die vorzugsweise von einem keramischen oder metallischen Traggerüst/'-ebene getragen wird) zwischen zwei Heizebenen 100, 101 , 102, 103 angeordnet, wobei die Zwischenebene(n) 200, 201 , 202 beziehungsweise der Inhalt 210, 21 1 , 212 einer Zwischenebene 200, 201 , 202 ebenfalls im Betrieb des Reaktors vom dem Fluid durchströmt werden. Dieses hat den Effekt einer Homogenisierung der Fluidströmung Es ist auch möglich, dass zusätzlicher Katalysator in einer oder mehreren Zwischenebenen 200, 201, 202 oder weiteren Isolationselementen im Reaktor vorhanden ist. Dann kann eine adiabatische Reaktion ablaufen. In the present invention the second flow reactor is also at least once a, for example, ceramic intermediate layer 200, 201, 202 (which is preferably of a ceramic or metallic support frame / 'is plane worn) between two heating zones 100, 101, 102, 103 are disposed, wherein the intermediate plane ( n) 200, 201, 202 or the contents 210, 21 1, 212 of an intermediate level 200, 201, 202 are likewise flowed through by the fluid during operation of the reactor. This has the effect of homogenizing the fluid flow. It is also possible that additional catalyst is present in one or more intermediate levels 200, 201, 202 or other isolation elements in the reactor. Then an adiabatic reaction can take place.
Bei der Verwendung von FeCrAl-Heizleitem kann die Tatsache ausgenutzt werden, dass das Material durch Temperatur ein Wirkung in Gegenwart von Luft/Sauerstoff eine AhCh-Schutzschicht ausbildet. Diese Passivierungsschicht kann als Grundlage eines Washcoats dienen, welcher als katalytisch aktive Beschichtung fungiert. Damit ist d ie direkte Widerstandsbeheizung des Katalysators beziehungsweise die Wärmevers orgung der Reaktion direkt über die katalytische Struktur realisiert. Es ist auch, bei Verwendung anderer 1 lei leiier. die Bildung anderer Schutzschichten wie beispielsweise von Si-O-C-Systemen möglich. When using FeCrAl heating conductors, the fact can be exploited that the material forms an AhCh protective layer by temperature acting in the presence of air / oxygen. This passivation layer can serve as the basis of a washcoat which acts as a catalytically active coating. Thus, the direct resistance heating of the catalyst or the heat supply of the reaction is realized directly via the catalytic structure. It is also, when using other 1 lei leiier. the formation of other protective layers such as Si-O-C systems possible.
Die Druckaufnahme im Reaktor kann über einen druckfesten Stahlmantel erfolgen. Unter Verwendung geeigneter keramischer Isolationsmaterialien kann erreicht werden, dass der drucktragende Stahl Temperaturen von weniger als 200 °C und, wo notwendig, auch weniger als 60 °C ausgesetzt wird. Durch entsprechende Vorrichtungen kann dafür gesorgt werden, dass bei Taupunktsunterschreitung keine Auskondensation von Wasser am Stahlmantel erfolgt. The pressure in the reactor can take place via a pressure-resistant steel jacket. Using suitable ceramic insulation materials it can be achieved that the pressure-bearing steel is exposed to temperatures of less than 200 ° C and, if necessary, less than 60 ° C. By means of appropriate devices, it can be ensured that, when the dew point is undershot, there is no condensation of water on the steel jacket.
Die elektrischen Anschlüsse sind in FIG. 1 nur sehr schematisch dargestellt. Sie können im kalten Bereich des Reaktors innerhalb einer Isolierung zu den Enden des Reaktors geführt oder seitlich aus den Heizelementen 1 1 0, 1 1 1 . 1 12, 1 1 3 durchgeführt werden, so dass di e eigentlichen elektrischen Anschlüsse im kalten Bereich des Reaktors vorgesehen sein können. Die elektrische Beheizung erfolgt mit Gleichstrom oder Wechselstrom. Vor dem Hintergrund der herkömmlichen Wärmerückgewinnung und Wärmeintegration im Gesamtprozess und/ oder Anlagenverbund werden häufig Reaktoreintrittstemperaturen um die 600 °C erreicht, die damit häufig unter den gewünschten Eintrittstemp eratur en liegen, die bei Reformierreaktionen die Bildung von Ruß/Kohlenstoff reduzieren. Die Vorschaltung eines oder mehrerer der beschriebenen elektrisch beheizten Elemente als Gaserhitzer ermöglicht ein rasches Aufheizen der Eduktgase auf Temperaturen höher als nach dem Stand der Technik üblich, ohne dass eine sauerstoffhaltige Atmosphäre erforderlich ist. The electrical connections are shown in FIG. 1 only shown very schematically. They can be conducted in the cold region of the reactor within an insulation to the ends of the reactor or laterally from the heating elements 1 1 0, 1 1 1. 1 12, 1 1 3 are performed so that the di e actual electrical connections can be provided in the cold region of the reactor. The electrical heating is done with direct current or alternating current. Against the background of conventional heat recovery and heat integration in the overall process and / or plant composite reactor inlet temperatures are often reached by 600 ° C, which are often below the desired inlet temp eratur which reduce the formation of carbon black / carbon in reforming reactions. The connection of one or more of the described electrically heated elements as a gas heater allows a rapid heating of the educt gases to temperatures higher than usual in the prior art, without an oxygen-containing atmosphere is required.
Der Einsatz der elektrisch beheizten Elemente im Eintrittsbereich des Reaktors wirkt sich auch positiv im Hinblick auf das Kaltstart- und Anfahrverhalten aus, insbesondere in Hinblick auf das rasche Aufheizen auf Reaktionstemperatur und die bessere Kontrollierbarkeit. The use of the electrically heated elements in the inlet region of the reactor also has a positive effect with regard to the cold start and starting behavior, in particular with regard to rapid heating to the reaction temperature and better controllability.
Durch geeignete Formgebung kann eine Ob erfiächenvergröß erung erreicht werden. Es ist möglich, dass im zweiten Strömungsreaktor in den Heizebenen 100, 101 , 102, 103 Heizelemente 1 10, 1 1 1 , 1 12, 1 13 angeordnet sind, welche spiralförmig, mäanderförmig, gitterförmig und/oder netzförmig aufgebaut sind. Es ist weiterhin möglich, dass im zweiten Strömungsreaktor an zumindest einem Heizelement 1 10, 1 1 1 , 1 12, 1 13 eine von den übrigen Heizelementen 1 10, I I I , 1 12, 1 13 verschiedene Menge und/oder Art des Katalysators vorliegt. Vorzugsweise sind die Heizelemente 1 10, I I I , 1 12, 1 13 so eingerichtet, dass sie jeweils unabhängig voneinander elektrisch beheizt werden können. By means of suitable shaping, it is possible to achieve an increase in performance. It is possible that in the second flow reactor in the heating levels 100, 101, 102, 103 heating elements 1 10, 1 1 1, 1 12, 1 13 are arranged, which are helical, meandering, lattice-shaped and / or net-shaped. It is also possible that in the second flow reactor at least one heating element 1 10, 1 1 1, 1 12, 1 13 one of the remaining heating elements 1 10, I I I, 1 12, 1 13 different amount and / or type of catalyst is present. Preferably, the heating elements 1 10, I I I, 1 12, 1 13 are arranged so that they can each be electrically heated independently.
I m Endergebnis können die einzelnen Heizebenen einzeln gesteuert und geregelt werden. I m Reaktoreintrittsbereich kann nach Bedarf auch auf einen Katalysator in den Heizebenen verzichtet werden, so dass ausschließlich die Aufheizung und keine Reaktion im Eintrittsbereich erfolgt.In the final result, the individual heating levels can be individually controlled and regulated. As required, a catalyst in the heating levels can also be dispensed with in the reactor inlet area, so that only the heating and no reaction take place in the inlet area.
Dieses ist insbesondere im Hinblick auf das Anfahren des Reaktors von Vorteil. Wenn sich die ein/einen Heizebenen 100, 101 , 102, 103 in Leistungseintrag, Katalysatorbeladung und/oderThis is particularly advantageous in terms of starting the reactor. When the heating levels 100, 101, 102, 103 are in power input, catalyst loading and / or
Katalysatorart unterscheiden, kann ein für die jeweilige Reaktion angepasstes Temperaturprofil erreicht werden. In Hinblick auf die Anwendung für endotherme Gleichgewichtsreaktionen ist dieses beispielsweise ein Temperaturpr il. das die höchsten Temperaturen und damit den höchstenDifferent catalyst type, a matched for the particular reaction temperature profile can be achieved. With regard to the application for endothermic equilibrium reactions this is for example a Temperaturpr il. the highest temperatures and therefore the highest
Umsatz am Reaktoraustritt erreicht. Sales achieved at the reactor outlet.
Die (beispielsweise keramischen) Zwischenebenen 200, 201, 202 respektive ihr Inhalt 210, 21 1 , 212 umfassen ein gegenüber den Reaktionsbedingungen beständiges Material, beispielsweise einen keramischen Schaum. Sie dienen zur mechanischen Abstützung der Heizebenen 100, 101, 102, 103 sowie zur Durchmischung und Verteilung des Gasstroms. Gleichzeitig ist so eine elektrischeThe (for example ceramic) intermediate levels 200, 201, 202 or their contents 210, 21 1, 212 comprise a material resistant to the reaction conditions, for example a ceramic foam. They serve for mechanical support of the heating levels 100, 101, 102, 103 and for mixing and distribution of the gas stream. At the same time is such an electrical
Isolierung zwischen zwei Heizebenen möglich. Es ist bevorzugt, dass im zweiten Strömungsreaktor das Material des Inhalts 210, 21 1, 212 einer Zwischenebene 200, 201 , 202 Oxide, Carbide, Nitride, Phosphide und/oder Boride von Aluminium, Silizium und/oder Zirkonium umfasst. Ein Beispiel hierfür ist SiC. Ferner bevorzugt ist Cordierit. Insulation between two heating levels possible. It is preferred that in the second flow reactor the material of the content 210, 21 1, 212 of an intermediate level 200, 201, 202 oxides, carbides, nitrides, Phosphides and / or borides of aluminum, silicon and / or zirconium. An example of this is SiC. Further preferred is cordierite.
Die Zwischenebene 200, 201 , 202 im zweiten Strömungsreaktor kann beispielsweise eine lose Schüttung von Festkörpern umfassen. Diese Festkörper selbst können porös oder massiv sein, so dass das Fluid durch Lücken zwischen den Festkörpern hindurchströmt. Es ist bevorzugt, dass das Material der Festkörper Oxide, Carbide, Nitride, Phosphide und/oder Boride von Aluminium, Silizium und/oder Zirkonium umfasst. Ein Beispiel hierfür ist SiC. Ferner bevorzugt ist Cordierit. The intermediate level 200, 201, 202 in the second flow reactor can comprise, for example, a loose bed of solids. These solids themselves may be porous or solid, so that the fluid flows through gaps between the solids. It is preferred that the material of the solid bodies comprises oxides, carbides, nitrides, phosphides and / or borides of aluminum, silicon and / or zirconium. An example of this is SiC. Further preferred is cordierite.
Es ist ebenfalls möglich, dass im zweiten Strömungsreaktor die Zwischenebene 200, 201 , 202 einen einstückigen porösen Festkörper umfasst. In diesem Fall durchströmt das Fluid d ie Zwischenebene über die Poren des Festkörpers. Dieses ist in FIG. 1 dargestellt. Bevorzugt sind Wabenmonolithe, wie sie beispielsweise bei der Abgasreinigung von Verbrennungsmotoren eingesetzt werden. It is also possible that in the second flow reactor, the intermediate level 200, 201, 202 comprises a one-piece porous solid. In this case, the fluid flows through the intermediate plane via the pores of the solid. This is shown in FIG. 1 shown. Preference is given to honeycomb monoliths, as used for example in the exhaust gas purification of internal combustion engines.
Hinsichtlich der baulichen Abmessungen ist bevorzugt, dass die durchschnittliche Länge einer 1 lei/ebene 100, 101 , 102, 103 in Strömungsrichtung des Fluids gesehen und die durchschnittliche Länge einer Zwischenebene 200, 201 , 202 in Strömungsrichtung des Fluids gesehen in einem Verhältnis von > 0,01 : 1 bis < 100: 1 zueinander stehen. Noch vorteilhafter sind Verhältnisse von > 0, 1 : 1 bis < 10: 1 oder 0,5: 1 bis < 5: 1. With regard to the structural dimensions, it is preferred that the average length of a plane 100, 101, 102, 103 seen in the flow direction of the fluid and the average length of an intermediate level 200, 201, 202 in the flow direction of the fluid in a ratio of> 0 , 01: 1 to <100: 1 to each other. Even more advantageous are ratios of> 0, 1: 1 to <10: 1 or 0.5: 1 to <5: 1.
Geeignete Katalysatoren im zweiten Strömungsreaktor können beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: (I) Mischmetalloxide der Formel A(i-w-x)A' wA"xB(i-y-z)B'yB"z03-deita wobei hier gilt: Suitable catalysts in the second flow reactor may for example be selected from the group consisting of: (I) mixed metal oxides of the formula A (i -w -x) A 'w A "x B (Iy z) B' y B" z 03-Deita where:
A, A' und A" sind unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe: Mg, Ca, Sr, Ba, Li, Na, K. Rh. Cs, Sn, Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb. Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Tl , Lu, Ni, Co, Pb, Bi und/oder Cd; und B, B' und B" sind unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe: Cr, Mn, Fe. Bi. Cd,A, A 'and A "are independently selected from the group: Mg, Ca, Sr, Ba, Li, Na, K. Rh. Cs, Sn, Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm , Eu, Gd, Tb. Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Tl, Lu, Ni, Co, Pb, Bi and / or Cd, and B, B 'and B "are independently selected from the group: Cr , Mn, Fe. Bi Cd,
Co, Cu, Ni, Sn, AI, Ga, Sc, Ti, V, Nb, Ta, Mo, Pb. I I f. Zr. Tb. W. ( id. Yb. Mg, Li, Na, K. Ce und/oder Zn; und Co, Cu, Ni, Sn, Al, Ga, Sc, Ti, V, Nb, Ta, Mo, Pb. I i f. Zr. Tb.W. (id.Yb.Mg, Li, Na, K. Ce and / or Zn; and
0 < w < 0,5; 0 < x < 0,5; 0 < y < 0,5; 0 < z < 0,5 und - 1 < delta < 1 ; (II) Mischmetalloxide der Formel A (i-w-x)A' wA"xB(i-y-z)B'yB"z03-deita wobei hier gilt: A, A' und A" sind unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe: Mg, Ca, Sr, Ba, Li, Na, , Rh. Cs, Sn, Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd. Sm, Eu, Gd, Tb. Dy. Ho, Er, Tm. Yb. Tl , Lu, Ni,0 <w <0.5; 0 <x <0.5; 0 <y <0.5; 0 <z <0.5 and - 1 <delta <1; (II) mixed metal oxides of the formula A (i -w -x) A 'w A "x B (IYZ) B' y B" z 03-Deita which applies here: A, A 'and A "are independently selected from the group: Mg, Ca, Sr, Ba, Li, Na, Rh. Cs, Sn, Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd. Sm, Eu, Gd, Tb. Dy. Ho, Er, Tm. Yb. Tl, Lu, Ni,
Co, Pb und oder Cd; und Co, Pb and or Cd; and
B ist ausgewählt aus der Gruppe: Cr, Mn, Fe, Bi, Cd, Co, Cu, Ni, Sn, AI, Ga, Sc, Ti, V, Nb, Ta, Mo, Pb, I I f. Zr, Tb. W. Gd. Yb. Mg, Cd, Zu. Re. Ru. Rh. Pd, Os, Ir und/oder Pt; B is selected from the group: Cr, Mn, Fe, Bi, Cd, Co, Cu, Ni, Sn, Al, Ga, Sc, Ti, V, Nb, Ta, Mo, Pb, I I f. Zr, Tb. W. Gd. Yb. Mg, Cd, To. Re. Ru. Rh. Pd, Os, Ir and / or Pt;
B' ist ausgewählt aus der Gruppe: Re, Ru, Rh, Pd, Os, Ir und/oder Pt; B 'is selected from the group: Re, Ru, Rh, Pd, Os, Ir and / or Pt;
B" ist ausgewählt aus der Gruppe: Cr, Mn, Fe, Bi. Cd, Co, Cu, Ni, Sn, AI, Ga, Sc, Ti, V, Nb. Ta, Mo, Pb. I II". Zr. Tb. W. Gd. Yb. Mg, Cd und oder Zn; und B "is selected from the group: Cr, Mn, Fe, Bi. Cd, Co, Cu, Ni, Sn, Al, Ga, Sc, Ti, V, Nb. Ta, Mo, Pb I II " . Zr. Tb. W. Gd. Yb. Mg, Cd and Zn; and
0 < w < 0,5; 0 < x < 0,5; 0 < y < 0,5; 0 < z < 0,5 und -1 < delta < 1 ; (III) Mischungen von wenigstens zwei verschiedenen Metallen M 1 und M2 auf einem Träger, welcher ein mit einem Metall M3 dotiertes Oxid von AI, Ce und/oder Zr umfasst; wobei hier gilt: 0 <w <0.5; 0 <x <0.5; 0 <y <0.5; 0 <z <0.5 and -1 <delta <1; (III) mixtures of at least two different metals M 1 and M2 on a support comprising an oxide of Al, Ce and / or Zr doped with a metal M 3; where:
Ml und M2 sind unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe: Re. Ru. Rh. Ir, Os, Pd und/oder Pt; und M3 ist ausgewählt aus der Gruppe: Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm,Ml and M2 are independently selected from the group: Re. Ru. Rh. Ir, Os, Pd and / or Pt; and M3 is selected from the group: Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm,
Yb und/oder Lu; Yb and / or Lu;
(IV) Mischmetalloxide der Formel LOx(M(y/z)Al(2-y/z)03)z; wobei hier gilt: (IV) mixed metal oxides of the formula LOx (M ( y / z ) Al (2-y / z) 03) z; where:
L ist ausgewählt aus der Gruppe: Na, K. Rb. Cs, Mg, Ca, Sr, Ba. Sc, Y. Sn, Pb. Pd. Mn. In. TI, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd. Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und/oder Lu; und L is selected from the group: Na, K. Rb. Cs, Mg, Ca, Sr, Ba. Sc, Y. Sn, Pb. Pd. Mn. In. Tl, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and / or Lu; and
M ist ausgewählt aus der Gruppe: Ti, Zr. Hf, V, Nb. Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re. Fe. Ru. Os, Co, Rh. Ir, Ni, Pd. Pt, Zn. Cu, Ag und/oder Au; und l < x < 2; 0 < y < 12; und 4 < z < 9; M is selected from the group: Ti, Zr. Hf, V, Nb. Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re. Fe. Ru. Os, Co, Rh. Ir, Ni, Pd. Pt, Zn. Cu, Ag and / or Au; and l <x <2; 0 <y <12; and 4 <z <9;
(V) Mischmetalloxide der Formel L0(A1203)Z; wobei hier gilt: (V) mixed metal oxides of the formula L0 (Al 2 O 3 ) Z ; where:
I ist ausgewählt aus der Gruppe: Na, K. Rb. Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y. Sn, Pb. Mn, In, Tl, La, Ce, Pr. Nd. Sm, Eu. Gd. Tb. Dy. Ho, Er, Tin. Yb und/oder Lu; und 4 < z < 9; I is selected from the group: Na, K. Rb. Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y. Sn, Pb. Mn, In, Tl, La, Ce, Pr. Nd. Sm, Eu. Gd. Tb. Dy. Ho, He, Tin. Yb and / or Lu; and 4 <z <9;
(VI) oxidischer Katalysator, der Ni und Ru umfasst. (VI) Oxide catalyst comprising Ni and Ru.
(VII) Metall Mi und/oder wenigstens zwei verschiedene Metalle Ml und M2 auf und/oder in einem Träger, wobei der Träger ein Carbid, Oxycarbid, Carbonitrid, Nitrid, Borid, Silicid, Germanid und/oder Selenid der Metalle A und/oder 6 ist; wobei hier gilt: (VII) metal Mi and / or at least two different metals M1 and M2 on and / or in a carrier, wherein the carrier is a carbide, oxycarbide, carbonitride, nitride, boride, silicide, germanide and / or selenide of the metals A and / or 6 is; where:
Ml und M2 sind unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe: Cr, Mn, Fe, Co, Ni,Ml and M2 are independently selected from the group: Cr, Mn, Fe, Co, Ni,
Re, Ru, Rh, Ir, Os, Pd, Pt, Zn, Cu, La. Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb. Dy, Ho, Er. Tm, Yb, und/oder Lu; und Re, Ru, Rh, Ir, Os, Pd, Pt, Zn, Cu, La. Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb. Dy, Ho, Er. Tm, Yb, and / or Lu; and
A und 6 sind unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe: Be, Mg, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Y, Zr. Nb, Mo, I I f. Ta, W. La. Ce, Pr, Nd. Sm, Eu, Gd. Tb, Dy. Ho, Er, Tm, Yb. und/oder Lu; und/oder A and 6 are independently selected from the group: Be, Mg, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Y, Zr. Nb, Mo, I I f. Ta, W. La. Ce, Pr, nd. Sm, Eu, Gd. Tb, Dy. Ho, Er, Tm, Yb. and / or Lu; and or
Reaktionsprodukte von (I), (II), (III), (IV), (V), (VI) und/oder (VII) in Gegenwart von Kohlendioxid, Wasserstoff, Kohlenmonoxid und/oder Wasser bei einer Temperatur von > 700 °C. Reaction products of (I), (II), (III), (IV), (V), (VI) and / or (VII) in the presence of carbon dioxide, hydrogen, carbon monoxide and / or water at a temperature of> 700 ° C.
Der Begriff "Reaktionsprodukte" schließt die unter Reaktionsbedingungen vorliegenden Katalysatorphasen mit ein. The term "reaction products" includes the catalyst phases present under reaction conditions.
Bevorzugt sind für: Preferred are for:
(I) LaNiÜ3 und/oder
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(insbesondere
(I) LaNiÜ3 and / or
Figure imgf000013_0001
(especially
(II) LaNio,9-o,99Ruo,o 1 -0, 103 und/oder LaNio,9-o,99Rho,oi-o,i03 (insbesondere LaNio^Ruo.osC und/oder LaNio.gsRho.osC ). (II) LaNio, 9-o, 99Ruo, o1 -O, 103 and / or LaNio, 9-o, 99Rho, oi-o, i03 (especially LaNio ^ Ruo.osC and / or LaNio.gsRho.osC).
(III) Pt-Rh auf Ce-Zr-Al-Oxid, Pt-Ru und/oder Rh-Ru auf Ce-Zr-Al-Oxid (III) Pt-Rh on Ce-Zr-Al oxide, Pt-Ru and / or Rh-Ru on Ce-Zr-Al oxide
(IV) BaNiAlnOi9, C a N i A I11O19, BaNio,975Ruo,o25Ali 1O19,
Figure imgf000013_0002
1O19,
(IV) BaNiAlnOi9, C a N i A I11O19, BaNio, 975Ruo, o25Ali 1019,
Figure imgf000013_0002
1O19,
BaNio,92Ruo,o8AlnOi9,
Figure imgf000013_0003
und/oder BaRuo.osAln.gsOig
BANIO, 92Ruo, o8AlnOi9,
Figure imgf000013_0003
and / or BaRuo.osAln.gsOig
(V) BaAlizOw, SrAli20i9 und/oder CaAli20i9 (V) BaAlizOw, SrAli 2 0i 9 and / or CaAli 2 0i 9
(VI) Ni und Ru auf Ce-Zr-Al-Oxid, auf einem Oxid aus der Klasse der Perowskite und/oder auf einem Oxid aus der Klasse der Hexaaluminate (VII) Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Re, Ru, Rh. Ir, Os, Pd, Pt, Zn, Cu, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Cid. Tb, Dy. Ho, Er, Tm, Yb, und/oder Lu auf M02C und/ oder WC. (VI) Ni and Ru on Ce-Zr-Al oxide, on an oxide of the class of perovskites and / or on an oxide of the class of hexaaluminates (VII) Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Re, Ru, Rh. Ir, Os, Pd, Pt, Zn, Cu, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Cid. Tb, Dy. Ho, Er, Tm, Yb, and / or Lu on M02C and / or WC.
Der erfindungsgemäße zweite Strömungsreaktor kann modular aufgebaut sein. Ein Modul kann beispielsweise eine Heizebene, eine Zwischenebene, die elektrische Kontaktierung und die entsprechenden weiteren Isolationsmaterialien und Wärmedämmstoffe enthalten. The second flow reactor according to the invention can have a modular design. A module may include, for example, a heating level, an intermediate level, the electrical contact and the corresponding further insulation materials and thermal insulation materials.
Im erfmdungsgemäßen Verfahren erfolgt im bereitgestellten zweiten Strömungsreaktor ein elektrisches Beheizen wenigstens eines der Heizelemente 110, I I I, 1 12, 113. Dieses kann, muss aber nicht zeitlich vor dem Durchströmen eines Reaktanden umfassenden Fluids durch den Str ömungsr eakt or unter zumindest teilweiser Reaktion der Reaktanden des Fluids erfolgen. Wie bereits im Zusammenhang mit dem Reaktor erwähnt ist es vorteilhaft, wenn im zweiten Str ömungsr eakt or die einzelnen Heizelemente 1 10, 1 11, 112, 1 13 mit einer j eweils unterschiedlichen Heizleistung betrieben werden. In the inventive method in the provided second flow reactor is an electrical heating of at least one of the heating elements 110, III, 1 12, 113. This may, but not in time prior to the passage of a reactant comprising fluid through the flow stream or at least partially reacting the reactants the fluid take place. As already mentioned in connection with the reactor, it is advantageous if the individual heating elements 1 10, 11, 112, 13 are operated in the second flow reactor or in each case with different heating power.
Hinsichtlich der Temperatur ist bevorzugt, dass im ersten und/oder zweiten Strömungsreaktor die Reaktionstemperatur im Reaktor wenigstens stellenweise > 700 °C bis < 1300 °C beträgt. Mehr bevorzugte Bereiche sind > 800 °C bis < 1200 °C und > 900 °C bis < 1100 °C, insbesondere > 850 °C bis < 1050 °C. With regard to the temperature, it is preferred that in the first and / or second flow reactor, the reaction temperature in the reactor is at least in places> 700 ° C to <1300 ° C. More preferred ranges are> 800 ° C to <1200 ° C and> 900 ° C to <1100 ° C, especially> 850 ° C to <1050 ° C.
Die durchschnittliche (mittlere) Kontaktzeit des Fluids zu einem Heizelement 1 10, 1 1 1 , 1 12, 1 13 im zweiten Strömungsreaktor kann beispielsweise > 0,01 Sekunden bis < 1 Sekunde betragen und/oder die durchschnittliche Kontaktzeit des Fluids zu einer Zwischenebene 1 10, I I I . 1 12, 1 13 kann beispielsweise > 0,001 Sekunden bis < 5 Sekunden betragen. Bevorzugte Kontaktzeiten sind > 0,005 bis < I Sekunden, mehr bevorzugt > 0,01 bis < 0,9 Sekunden. The average (average) contact time of the fluid to a heating element 1 10, 1 1 1, 1 12, 1 13 in the second flow reactor, for example,> 0.01 seconds to <1 second and / or the average contact time of the fluid to an intermediate level. 1 10, III. For example, 1 12, 1 13 may be> 0.001 seconds to <5 seconds. Preferred contact times are> 0.005 to <1 second, more preferably> 0.01 to <0.9 second.
Die Reaktion im ersten und/oder zweiten Strömungsreaktor kann bei einem Druck von > I bar bisThe reaction in the first and / or second flow reactor may take place at a pressure of> 1 bar
< 200 bar durchgeführt werden. Vorzugsweise beträgt der Druck > 2 bar bis < 50 bar, mehr bevorzugt > 6 bar bis < 30 bar. E s ist möglich, dass zwischen dem ersten und dem zweiten Strömungsreaktor dem Fluid zusätzliche Reaktanden hinzugefügt werden. Insbesondere kann es sich um CO2 handeln, beispielsweise aus einer Rückführung einer CO2- Wäsche, handeln. Mit im Spaltgas vorhandenen Wasserstoff wird dann mittels einer im zweiten Strömungsreaktor ablaufenden RWGS- Reaktion das H2/'CO-Verhältnis verringert beziehungsweise kann dieses Verhältnis dem jeweiligen Bedarf flexibel angepasst werden. Des Weiteren kann auch Wasserstoff oder Wasserstoffgas, welches beispielsweise mit CO und/oder Methan verunreinigt ist (Purge, PSA-Abgas, etc.) zugeführt und zusammen mit CO2 in das Wertprodukt CO umgesetzt werden. Es ist ebenfalls bevorzugt, dass die Reaktanden im Fluid ausgewählt sind aus der Gruppe umfassend Alkane, Alkene, Alkine, Alkanole, Alkenole, Alkinole, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Wasser, Ammoniak, Wasserstoff und/ oder Sauerstoff. Unter den Alkanen ist Methan besonders geeignet, unter den Alkanolen sind Methanol und/oder Ethanol bevorzugt. Die nachfolgenden Figuren 2-4 zeigen zweite Strömungsreaktoren, welche für bestimmte Reaktionen optimiert sind, wobei weiterhin ein Mischbetrieb mit verschiedenen oben erwähnten Reaktionen ausdrücklich möglich ist. In der Verwendung des zweiten Strömungsreaktors als N a c h r e akt o r w i rd a l s E dukt g a s b e r e i t s R e fo rm at g a s v e rw e n d e t , d a s s d i e Gleichgewichts Zusammensetzung entsprechend der Austrittstemp er atur des ersten Reaktors enthält. Diesem können dann weitere Stoffströme zudosiert werden. <200 bar are performed. Preferably, the pressure is> 2 bar to <50 bar, more preferably> 6 bar to <30 bar. It is possible that additional reactants are added to the fluid between the first and second flow reactors. In particular, it may be CO2, for example, from a return of a CO2 scrubber act. With hydrogen present in the cracked gas, the H2 / CO ratio is then reduced by means of an RWGS reaction taking place in the second flow reactor or this ratio can be adapted flexibly to the respective requirement. Furthermore, hydrogen or hydrogen gas, which is contaminated with CO and / or methane, for example (purge, PSA exhaust gas, etc.) can also be supplied and converted into the desired product CO together with CO.sub.2. It is also preferred that the reactants in the fluid are selected from the group comprising alkanes, alkenes, alkynes, alkanols, alkenols, alkynols, carbon monoxide, carbon dioxide, water, ammonia, hydrogen and / or oxygen. Among the alkanes, methane is particularly suitable, among the alkanols methanol and / or ethanol are preferred. The following figures 2-4 show second flow reactors, which are optimized for certain reactions, further a mixed operation with various above-mentioned reactions is expressly possible. In the use of the second flow reactor as a slow-reacting or as a gas-to-gas product, the equilibrium ends with the equilibrium composition corresponding to the exit tem- perature of the first reactor. This can then be added to other streams.
FIG. 2 zeigt einen weiteren erfindungsgemäßen zweiten Strömungsreaktor, welcher vorzugsweise für die RWGS-Reaktion eingesetzt werden kann. Die erste Heizebene 100 mit Heizelement 1 10 ist hierbei noch nicht mit einem Katalysator versehen und dient als Gaserhitzer. Die anschließende Zwischenebene 200 enthält einen monolithischen Katalysatorformkörper 210, welcher katalytisch beschichtet ist. Alternativ kann es sich auch um eine Katalysators chüttung handeln. Hieran schließen sich eine Heizebene 101 mit Heizelement 1 1 1 , eine Zwischenebene 201 mit einer porösen Stützschicht 21 1 (optional katalytisch beschichtet) sowie eine weitere 1 leizebene 102 mit Heizelement 1 12 an. Dieser Heizebene 102 nachgelagert ist wieder eine Zwischenebene 202 mit monolithischem Katalysator tormkörper oder K ataly s ators chüttung 212, eine Heizebene 103 mit Heizelement 1 13 und eine Zwischenebene 203 mit monolithischem Katalysatorformkörper oder Kataly s ators chüttung 213. Mindestens eines der Heizelemente 1 1 1 , I 12 und 1 13 umfasst auch einen Katalysator. FIG. 2 shows a further second flow reactor according to the invention, which can preferably be used for the RWGS reaction. The first heating level 100 with heating element 1 10 is not yet provided with a catalyst and serves as a gas heater. The subsequent intermediate level 200 contains a monolithic shaped catalyst body 210, which is catalytically coated. Alternatively, it may also be a catalyst bedding. This is followed by a heating level 101 with heating element 1 1 1, an intermediate level 201 with a porous support layer 21 1 (optionally catalytically coated) and a further 1 leizebene 102 with heating element 1 12 at. Downstream of this heating level 102 is again an intermediate level 202 with a monolithic catalytic converter body or catalyst inlet 212, a heating level 103 with a heating element 13 and an intermediate level 203 with a monolithic shaped catalyst body or catalyst feed 213. At least one of the heating elements 11 1 1, I 12 and I 13 also includes a catalyst.
Auch hi er können di e einzelnen katalysatortragenden Elemente des Reaktors sich in Art und Menge des Katalysators unterscheiden und die Heizelemente können einzeln oder in Gruppen gesteuert und geregelt werden. Also, the individual catalyst-supporting elements of the reactor may be different in the type and amount of the catalyst, and the heating elements may be controlled and controlled individually or in groups.
Die Merkmale der RWGS-Reaktion liegen in einem vergleichsweise moderaten Wärmebedarf und darin, dass es sich um eine Gleichgewichtsreaktion handelt. Als Nebenreaktion kann eine Metlianisierung vor allem bei erhöhtem Druck und bei Temperaturen von unter 800 °C auftreten. Daher wird vorzugsweise eine hohe Gaseintrittstemperatur gewählt, um die Nebenreaktionen und insbesondere die Methanisierung thermodynamisch zu unterdrücken. Eine hohe Austrittstemperatur wiederum sorgt für einen hohen Umsatz. The characteristics of the RWGS reaction lie in a comparatively moderate heat requirement and in the fact that it is an equilibrium reaction. As a side reaction, a Metlianisierung especially at elevated pressure and at temperatures below 800 ° C occur. Therefore, a high gas inlet temperature is preferably selected in order to thermodynamically suppress the side reactions and in particular the methanation. In turn, a high outlet temperature ensures high sales.
Die katalytische Umsetzung erfolgt hier zum überwiegenden Teil adiabat an den monolithischen Katalysatorformkörpern und in einem geringeren Maße an den mit Katalysator versehenen I lei/elementen. FIG. 3 zeigt einen weiteren erfindungsgemäßen zweiten Strömungsreaktor, welcher vorzugsweise für das Dry Reforming eingesetzt werden kann. Die erste Heizebene 100 mit Heizelement 1 10 kann hierbei noch nicht mit einem Katalysator versehen sein und dient dann als reiner Gaserhitzer. Zur Vermeidung unerwünschter Nebenreaktionen kann aber bereits eine (schwach) katalytisch aktive Schicht auf dem Heizelement 1 10 angebracht sein. Die anschließende Zwischenebene 200 enthält eine oröse Stützschicht 210, welche optional katalytisch beschichtet sein kann. Hieran schließen sich eine Heizebene 101 mit katalytisch beschichtetem Heizelement 11 1 , eine Zwischenebene 201 mit einer porösen Stützschicht 211 (optional katalytisch beschichtet) sowie eine weitere Heizebene 102 mit katalytisch beschichtetem Heizelement 1 12 an. Dieser Heizebene 102 nachgelagert ist wieder eine Zwischenebene 202 mit einer porösen Stützschicht 212 (optional katalytisch beschichtet), eine Heizebene 103 mit katalytisch beschichtetem Heizelement 1 1 und eine Zwischenebene 203 mit einer porösen Stützschicht 2 13 (optional katalytisch beschichtet). The catalytic reaction takes place here for the most part adiabatically to the monolithic catalyst moldings and to a lesser extent to the catalyst provided with I lei / elements. FIG. 3 shows a further second flow reactor according to the invention, which can preferably be used for dry reforming. The first heating level 100 with heating element 1 10 can not yet be provided with a catalyst and then serves as a pure gas heater. In order to avoid unwanted side reactions, however, a (weakly) catalytically active layer may already be applied to the heating element 110. The subsequent intermediate level 200 contains an orotic support layer 210, which may optionally be catalytically coated. This is followed by a heating level 101 with a catalytically coated heating element 11 1, an intermediate level 201 with a porous supporting layer 211 (optionally catalytically coated) and a further heating level 102 with a catalytically coated heating element 1 12. Downstream of this heating level 102 is again an intermediate level 202 with a porous support layer 212 (optionally catalytically coated), a heating level 103 with catalytically coated heating element 11 and an intermediate level 203 with a porous support layer 213 (optionally catalytically coated).
Auch hier können die einzelnen katalysatortragenden Elemente des Reaktors sich in Art und Menge des Katalysators unterscheiden und die Heizelemente können einzeln oder in Gruppen gesteuert und geregelt werden. Again, the individual catalyst-carrying elements of the reactor can differ in the type and amount of the catalyst and the heating elements can be controlled and regulated individually or in groups.
Das Hauptmerkmal des Dry Reforming liegt in einem hohen Wärmebedarf, welcher lokal begrenzt vor allem im ersten Drittel des Reaktors herrscht. Es ist eine Gleichgewichtsreaktion mit einer Rußbildung als Nebenreaktion. Daher ist es bevorzugt, hohe Gaseintrittstemperaturen zu wählen, um die Nebenreaktion thermodynamisch zu unterdrücken. Hohe Austrittstemperaturen sorgen für einen hohen Umsatz. Die Reaktion erfolgt hierbei i m Wesentlichen an den katalytisch beschichteten Heizelementen. The main feature of the Dry Reforming lies in a high heat demand, which prevails locally limited, especially in the first third of the reactor. It is an equilibrium reaction with a soot formation as a side reaction. Therefore, it is preferred to choose high gas inlet temperatures to thermodynamically suppress the side reaction. High outlet temperatures ensure high sales. The reaction takes place essentially in the catalytically coated heating elements.
FIG. 4 zeigt einen weiteren erfindungsgemäßen zweiten Strömungsreaktor, welcher vorzugsweise für die Methan-Dampfreformierung eingesetzt werden kann. Die erste Heizebene 100 mit Heizelement 1 10 kann hierbei noch nicht mit einem Katalysator versehen sein und dient dann als reiner Gaserhitzer. Zur Vermeidung unerwünschter Nebenreaktionen kann aber bereits eine (schwach) katalytisch aktive Schicht auf dem Heizelement 1 10 angebracht sein. Die anschließende Zwischenebene 200 enthält eine poröse Stützschicht 210, welche optional katalytisch beschichtet sein kann. Hieran schließen sich eine Heizebene 101 mit katalytisch beschichtetem Heizelement 1 1 1. eine Zwischenebene 201 mit einer porösen Stützschicht 2 1 1 (optional katalytisch beschichtet) sowie eine weitere Heizebene 102 mit katalytisch beschichtetem Heizelement 1 12 an. Dieser Heizebene 102 nachgelagert ist wieder eine Zwischen ebene 202 mit einer porösen Stützschicht 212 (optional katalytisch beschichtet), eine Heizebene 103 mit katalytisch beschichtetem Heizelement 1 13 und eine Zwischen ebene 203 mit monolithischem Katalysatorformkörper oder Kataly s ator s chüttung 213. Auch hier können die ein/einen katalysatortragenden Elemente des Reaktors sich in Art und Menge des Katalysators unterscheiden und die Heizelemente können einzeln oder in Gruppen gesteuert und geregelt werden. FIG. 4 shows a further second flow reactor according to the invention, which can preferably be used for methane steam reforming. The first heating level 100 with heating element 1 10 can not yet be provided with a catalyst and then serves as a pure gas heater. In order to avoid unwanted side reactions, however, a (weakly) catalytically active layer may already be applied to the heating element 110. The subsequent intermediate level 200 contains a porous support layer 210, which may optionally be catalytically coated. This is followed by a heating level 101 with a catalytically coated heating element 11 1, an intermediate level 201 with a porous supporting layer 2 1 1 (optionally catalytically coated) and a further heating level 102 with a catalytically coated heating element 1 12. Downstream of this heating level 102 is again an intermediate level 202 with a porous support layer 212 (optionally catalytically coated), a heating level 103 with catalytically coated heating element 13 and an intermediate level 203 with monolithic shaped catalyst body or catalyst bed 213. Again, the catalyst supporting elements of the reactor may differ in the type and amount of catalyst and the heating elements may be controlled and controlled individually or in groups.
Das Hauptmerkmal der Methan-Dampfreformierung liegt in einem hohen Wärmebedarf. Es ist eine Gleichgewichtsreaktion mit einer Rußbildung als Nebenreaktion. Daher ist es bevorzugt, hohe Gas eintrittstemp eraturen zu wählen, um die Nebenreaktion thermodynamisch zu unterdrücken. Hohe Austrittstemperaturen sorgen für einen hohen Umsatz. Die Reaktion wird im Wesentlichen im ersten Reaktorsegment an den katalytisch beschichteten Heizelementen durchgeführt. Das erste Segment zeichnet sich dadurch aus, dass die Eduktkonzentration und der Wärmebedarf der Reaktion sehr hoch sind. Im zweiten Segment des Reaktors, das sich dadurch auszeichnet, dass das Edukt Methan bereits zum größten Teil umgesetzt ist und der volumenspezifische Wärmebedarf deutlich geringer ist, kann die weitere Umsetzung der Edukte an katalytisch beschichteten Formkörpern erfolgen. Die Heizelemente fungieren dann nach Bedarf als Zwischenheizung. The main feature of methane steam reforming is a high heat requirement. It is an equilibrium reaction with a soot formation as a side reaction. Therefore, it is preferable to select high gas inlet temperatures to thermodynamically suppress the side reaction. High outlet temperatures ensure high sales. The reaction is carried out essentially in the first reactor segment on the catalytically coated heating elements. The first segment is characterized by the fact that the reactant concentration and the heat requirement of the reaction are very high. In the second segment of the reactor, which is characterized by the fact that the reactant methane is already largely implemented and the volume-specific heat demand is significantly lower, the further reaction of the starting materials can be carried out on catalytically coated moldings. The heating elements then act as an intermediate heater as needed.
Beispiele: Nachfolgend werden Simulations Studien für zwei verschiedene B etri ebsweisen eines erfindungsgemäßen zweiten Strömungsreaktors ("Fahrweise I" und "Fahrweise II") beschrieben. EXAMPLES In the following, simulation studies for two different methods of a second flow reactor according to the invention ("driving style I" and "driving style II") are described.
Den Simulationsstudien wurde folgendes zugrunde gelegt: The simulation studies were based on the following:
• Die mathematischen Modellgleichungen wurden auf Basis der Bilanzierung der Masse und Energie am differentiellen Volumenelement abgeleitet · Das Modell beinhaltet eine Feststoffphase und eine Gasphasen • The mathematical model equations were derived on the basis of the mass and energy balancing on the differential volume element. · The model contains a solid phase and a gas phase
• Der Stoffübergang zwischen Gas und Katalysator wird berücksichtigt (Linearer Trieb kraftansatz) • The mass transfer between gas and catalyst is taken into account (linear instinct of propulsion)
• Änderungen der Zustande großen werden nur in axialer Strömungsrichtung betrachtet ( I D - Modell) · Die Temperatur- und Druckabhängigkeit der Stoffgrößen wird berücksichtigt Die Simulationsstudien beziehen sich auf a) das Dry Reforming b) den Reaktortyp in Anlehnung an FIG. 3, das heißt, die Heizebenen sind katalytisch beschichtet und die R eaktion läuft an diesen katalytisch aktiven 1 lei/leitern ab Fahrweisc l : • Changes in the states large are only considered in the axial flow direction (ID model) · The temperature and pressure dependence of the substance sizes is taken into account The simulation studies refer to a) the dry reforming b) the reactor type based on FIG. 3, that is, the heating levels are catalytically coated and the reaction takes place on these catalytically active 1 lei / conductors Driving instructions:
FIG. 5 zeigt den Umsatz (XCH4, XCCG) über der normierten Reaktorlänge. Die„Zacken" im Umsatzprofil resultieren aus der Berücksichtigung eines Bypassstroms, der hinter jedem Heizelement zugemischt wird. Der Umsatz steigt stetig an und erreicht nach der 1. Hälfte des Reaktors 90%, danach flacht der Umsatzverlauf ab und nähert sich am Ausgang dem entsprechenden Gleichgewichtswert an. FIG. Figure 5 shows the conversion (XCH4, XCCG) over the normalized reactor length. The "spikes" in the sales profile result from the consideration of a bypass stream that is added behind each heating element.The turnover rises steadily and reaches 90% after the first half of the reactor, then the sales level flattens out and approaches the corresponding equilibrium value at the exit at.
FIG. 6 zeigt das Temperaturprofil der Gas- und Feststoffphase. Bei der gezeigten Fahrweise wird im Eintrittsbereich die maximale Leistung der Heizelemente aufgegeben (entspricht 100% im Leistungsprofil). Ein Großteil der elektrisch eingebrachten Energie wird durch die Wärmetönung der Reaktion verbraucht. Der Leistungseintrag ist so gewählt, dass die Feststofftemperatur (beinhaltet die Kataly s atorphas e) im Bereich um 1 100 °C liegt. Das Reaktionsgas tritt mit 800 °C in den Reaktor ein, durch Wärmetausch mit dem Feststoff steigt die Temperatur der Gasphase über die Reaktoriänge an. Die Reaktion findet am Feststoff statt, Reaktionen in der Gasphase sind nicht berücksichtigt. FIG. 7 zeigt die relative Heizleistung pro Heizelement. Das Profil der pro Element eingebrachten Heizleistung (in Prozent basierend auf der maximalen Leistung eines einzelnen Elements) zeigt, dass die höchste Leistung im ersten Drittel des Reaktors eingebracht wird. Im hinteren Bereich des Reaktors flacht der Umsatz ab und es ist nur noch ein geringer Leistungseintrag erforderlich. Daraus leiten sich die Konzepte ab. die in dem Bereich monolithische Formkörper oder Katalys ator s chüttung vorsehen. FIG. 6 shows the temperature profile of the gas and solid phase. In the mode of operation shown, the maximum power of the heating elements is given up in the inlet area (corresponds to 100% in the power profile). Much of the electrical energy is consumed by the heat of reaction. The power input is selected such that the solid-state temperature (including the catalysis) is in the range around 1 100 ° C. The reaction gas enters the reactor at 800.degree. C., and the temperature of the gas phase rises above the reactor length through heat exchange with the solid. The reaction takes place on the solid, reactions in the gas phase are not taken into account. FIG. 7 shows the relative heating power per heating element. The profile of heat input per element (in percent based on the maximum power of a single element) shows that the highest power is introduced in the first third of the reactor. At the rear of the reactor, sales level off and only a small input of power is required. This is where the concepts derive. which provide monolithic shaped bodies or catalyst charge in the area.
Fahi-weise II : Fahi-wise II:
Im Unterschied zur Fahrweise I wird hier der Vorteil des Reaktorkonzepts verdeutlicht, derIn contrast to driving mode I, the advantage of the reactor concept is clarified here
Reaktion ein gewünschtes Temperaturprofil aufprägen zu können. Die Gastemperatur im Eintritt liegt bei 800 °C und der Leistungseintrag pro Heizelement ist so gewählt, dass eine kontinuierliche Rampe über der Reaktorlänge aufgeprägt wird wobei die höchste Temperatur am Reaktorausgang erreicht wird. Im Unterschied zur Fahrweise I ist bei dieser Fahrweise ein längerer Reaktor erforderlich, allerdings werden die Heizelemente deutlich weniger belastet, was zu längeren Standzeiten führen kann. FIG. 8 zeigt den Umsatz (XCH4, XCCC) über der normierten Reaktorlänge, FIG. 9 zeigt das Temperaturprofil der Gas- und Feststoffphase und FIG. 10 zeigt die relative Heizleistung pro Heizelement. Reaction to impose a desired temperature profile can. The gas temperature in the inlet is 800 ° C and the power input per heating element is chosen so that a continuous ramp over the reactor length is impressed with the highest temperature at the reactor outlet is reached. In contrast to the procedure I, a longer reactor is required in this procedure, but the heating elements are significantly less burdened, which can lead to longer service life. FIG. 8 shows the conversion (XCH4, XCCC) over the normalized reactor length, FIG. 9 shows the temperature profile of the gas and solid phase and FIG. 10 shows the relative heating power per heating element.

Claims

Patentansprüche  claims
1. Chemisches Reaktorsystem, umfassend einen ersten Strömungsreaktor zur Reaktion eines Reaktanden umfassenden Fluids und einen stromab vom ersten Strömungsreaktor und/oder parallel mit diesem verbundenen zweiten Strömungsreaktor zur Reaktion eines Reaktanden umfassenden Fluids, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Strömungsreaktor, gesehen in Strömungsrichtung des Fluids, eine Mehrzahl von Heizebenen (100, 101 , 102, 103) umfasst, welche mittels Heizelementen (1 10, 11 1 , 1 12, 1 13) elektrisch beheizt werden und wobei die Heizebenen (100, 101 , 102, 103) von dem Fluid durchströmbar sind, wobei an mindestens einem Heizelement (1 10, I I I, 1 12, 113) ein Katalysator angeordnet ist und dort beheizbar ist; wobei mindestens einmal eine Zwischenebene (200, 201 , 202) zwischen zwei Heizebenen (100, 101, 102, 103) angeordnet ist und wobei die Zwischenebene (200, 201 , 202) ebenfalls von dem Fluid durchströmbar ist. A chemical reactor system comprising a first flow reactor for reacting a reactant comprising fluid and a fluid downstream of the first flow reactor and / or connected in parallel therewith second flow reactor for reacting a reactant, characterized in that the second flow reactor, viewed in the flow direction of the fluid , a plurality of heating levels (100, 101, 102, 103), which are electrically heated by means of heating elements (1 10, 11 1, 1 12, 1 13) and wherein the heating levels (100, 101, 102, 103) of the Fluid can be flowed through, wherein at least one heating element (1 10, III, 1 12, 113), a catalyst is arranged and is heated there; wherein at least once an intermediate level (200, 201, 202) between two heating levels (100, 101, 102, 103) is arranged and wherein the intermediate level (200, 201, 202) can also be traversed by the fluid.
2. Reaktorsystem gemäß Anspruch 1, wobei im zweiten Str ömungsr eakt or in den Heizebenen (100, 101, 102, 103) Heizelemente ( 1 10, 1 1 1 , 1 12, 1 13) angeordnet sind, welche spiralförmig, mäanderförmig, gitt erförmig und/oder netzförmig aufgebaut sind. 2. Reactor system according to claim 1, wherein in the second flow direction or in the heating levels (100, 101, 102, 103) heating elements (110, 111, 112, 113) are arranged which form a spiral, meandering shape are constructed erförmig and / or net-shaped.
3. Reaktorsystem gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei im zweiten Strömungsreaktor an zumindest einem Heizelement (1 10, I I I , 1 12, 1 13) eine von den übrigen Heizelementen (1 10, I i i , 112, 113) verschiedene Menge und/oder Art des Katalysators vorliegt. 3. Reactor system according to claim 1 or 2, wherein in the second flow reactor at least one heating element (1 10, III, 1 12, 1 13) one of the other heating elements (1 10, I ii, 112, 113) different amount and / or Type of catalyst is present.
4. Reaktorsystem gemäß einem der Ansprüche I bis 3, wobei im zweiten Strömungsreaktor die Heizelemente ( 1 10, 1 1 1 , 1 12, 1 13) so eingerichtet sind, dass sie j eweils unabhängig voneinander elektrisch beheizt werden können. 4. Reactor system according to one of claims I to 3, wherein in the second flow reactor, the heating elements (1 10, 1 1 1, 1 12, 1 13) are arranged so that they can each be electrically heated in each case independently.
5. Reaktorsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei im zweiten Strömungsreaktor das Material des Inhalts (210, 211 , 212) einer Zwischenebene (200, 201, 202) Oxide, Carbide, Nitride, Phosphide und/ oder Boride von Aluminium, Silizium und/ oder Zirkonium umfasst. 5. Reactor system according to one of claims 1 to 4, wherein in the second flow reactor, the material of the content (210, 211, 212) of an intermediate level (200, 201, 202) oxides, carbides, nitrides, phosphides and / or borides of aluminum, silicon and / or zirconium.
6. Reaktorsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei im zweiten Strömungsreaktor die6. Reactor system according to one of claims 1 to 5, wherein in the second flow reactor the
Zwischenebene (200, 201, 202) eine lose Schüttung von Festkörpern umfasst. Intermediate level (200, 201, 202) comprises a loose bed of solids.
7. Reaktorsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei im zweiten Strömungsreaktor die Zwischenebene (200, 201, 202) einen einstückigen porösen Festk rper umfasst. 7. Reactor system according to one of claims 1 to 5, wherein in the second flow reactor, the intermediate level (200, 201, 202) comprises a one-piece porous Festk body.
8. Reaktorsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei im zweiten Strömungsreaktor die durchschnittliche Länge einer 1 Ieizebene (100, 101 , 102, 103) in Strömungsrichtung des Fluids gesehen und die durchschnittliche Länge einer Zwischenebene (200, 201 , 202) in Strömungsrichtung des Fluids gesehen in einem Verhältnis von > 0,01 : 1 bis < 100: 1 zueinander stehen. 8. Reactor system according to one of claims 1 to 7, wherein in the second flow reactor, the average length of a 1 Iegebene (100, 101, 102, 103) seen in the flow direction of the fluid and the average length of an intermediate level (200, 201, 202) in Seen flow direction of the fluid in a ratio of> 0.01: 1 to <100: 1 to each other.
Reaktorsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei im zweiten Strömungsreaktor der Katalysator ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Reactor system according to one of claims 1 to 8, wherein in the second flow reactor, the catalyst is selected from the group consisting of:
(I) Mischmetalloxiden der Formel A (i-w-x)A' wA"xB(i-y-z)B'yB"z03-deita wobei hier gilt: (I) mixed metal oxides of the formula A (i -w -x) A 'w A "x B (Iy z) B' y B" z 03-Deita which applies here:
A, A' und A" sind unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe: Mg, Ca, Sr,A, A 'and A "are independently selected from the group: Mg, Ca, Sr,
Ba, Li, Na, K, Rb, Cs, Sn, Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sin, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er. Tin, Yb, Tl , Lu, Ni, Co, Pb, Bi und/oder Cd; und Ba, Li, Na, K, Rb, Cs, Sn, Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sin, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er. Tin, Yb, Tl, Lu, Ni, Co, Pb, Bi and / or Cd; and
B, B' und B" sind unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe: Cr, Mn, Fe, Bi, Cd, Co, Cu, Ni, Sn, AI, Ga, Sc, Ti, V, Nb, Ta, Mo, Pb, I I f. Zr. Tb, W, Gd, Yb, Mg, Li, Na, K. Ce und/oder Zn; und B, B 'and B "are independently selected from the group: Cr, Mn, Fe, Bi, Cd, Co, Cu, Ni, Sn, Al, Ga, Sc, Ti, V, Nb, Ta, Mo, Pb , II for Zr Tb, W, Gd, Yb, Mg, Li, Na, K. Ce and / or Zn;
0 < w < 0,5; 0 < x < 0,5; 0 < y < 0,5; 0 < z < 0,5 und -1 < delta < 1 ; 0 <w <0.5; 0 <x <0.5; 0 <y <0.5; 0 <z <0.5 and -1 <delta <1;
(II) Mischmetalloxide der Formel A (i-w-x)A' wA"xB(i-y-z)B'yB"z03-deita wobei hier gilt: (II) mixed metal oxides of the formula A (i -w -x) A 'w A "x B (Iy z) B' y B" z 03-Deita which applies here:
A, A' und A" sind unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe: Mg, Ca, Sr, Ba, Li, Na, K. Rb. Cs, Sn, Sc, Y. La, Ce, Pr. Nd, Sm, Eu, Gd. Tb. Dy. Ho, Er, Tm, Yb. Tl , Lu. Ni, Co, Pb und/oder Cd; und A, A 'and A "are independently selected from the group: Mg, Ca, Sr, Ba, Li, Na, K. Rb. Cs, Sn, Sc, Y. La, Ce, Pr. Nd, Sm, Eu Ho, Er, Tm, Yb, Tl, Lu, Ni, Co, Pb, and / or Cd, and Gd, Tb
B ist ausgewählt aus der Gruppe: Cr, Mn, Fe, Bi, Cd, Co, Cu, Ni, Sn, AI, Ga, Sc, Ti, V, Nb, Ta, Mo, Pb, Hf, Zr. Tb, W. Gd. Yb, Mg, Cd, Zn, Re. Ru. Rh. Pd. Os, Ir und/oder Pt; und B is selected from the group: Cr, Mn, Fe, Bi, Cd, Co, Cu, Ni, Sn, Al, Ga, Sc, Ti, V, Nb, Ta, Mo, Pb, Hf, Zr. Tb, W. Gd. Yb, Mg, Cd, Zn, Re. Ru. Rh. Pd. Os, Ir and / or Pt; and
B' ist ausgewählt aus der Gruppe: Re, Ru, Rh, Pd, Os, Ir und/oder Pt; und B 'is selected from the group: Re, Ru, Rh, Pd, Os, Ir and / or Pt; and
B" ist ausgewählt aus der Gruppe: Cr, Mn, Fe, Bi. Cd, Co, Cu, Ni, Sn, AI, Ga. Sc, Ti, V, Nb, Ta. Mo, Pb. Hf, Zr. Tb. W. Gd. Yb. Mg, Cd und/oder Zn; und B "is selected from the group: Cr, Mn, Fe, Bi. Cd, Co, Cu, Ni, Sn, Al, Ga. Sc, Ti, V, Nb, Ta. Mo, Pb. Hf, Zr. Tb. W. Gd. Yb. Mg, Cd and / or Zn; and
0 < w < 0,5; 0 < x < 0,5; 0 < y < 0,5; 0 < z < 0,5 und -1 < delta < 1 ; 0 <w <0.5; 0 <x <0.5; 0 <y <0.5; 0 <z <0.5 and -1 <delta <1;
(III) Mischungen von wenigstens zwei verschiedenen Metallen M 1 und M2 auf einem Träger, welcher ein mit einem Metall M3 dotiertes Oxid von AI, Ce und/oder Zr umfasst; wobei hier gilt: (III) mixtures of at least two different metals M 1 and M2 on a support comprising an oxide of Al, Ce and / or Zr doped with a metal M 3; where:
Ml und M2 sind unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe: Re, Ru. Rh. Ir, Os, Pd und/oder Pt; und  Ml and M2 are independently selected from the group: Re, Ru. Rh. Ir, Os, Pd and / or Pt; and
M3 ist ausgewählt aus der Gruppe: Sc, Y, La, Ce, Pr. Nd, Sm, Eu, Gd. Tb. Dy, Ho, Er, Tin, Yb und/oder Lu; M3 is selected from the group: Sc, Y, La, Ce, Pr. Nd, Sm, Eu, Gd. Tb. Dy, Ho, Er, Tin, Yb and / or Lu;
(IV) Mischmetalloxide der Formel LOx(M(y/z)Al(2-y/z)03)z; wobei hier gilt: (IV) mixed metal oxides of the formula LO x (M ( y / z ) Al (2-y / z) 03) z; where:
I . ist ausgewählt aus der Gruppe: Na, K, Rh, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y, Sn, Pb, Pd, Mn, In, Tl, La, Ce, Pr. Nd. Sm, Eu, Gd, Tb, Dy. Ho, Er. Tin, Yb und/oder Lu; und M ist ausgewählt aus der Gruppe: Ti, Zr, Hf, V, Nb. Ta, Cr, Mo. W. Mn, Re. Fe, Ru. I. is selected from the group: Na, K, Rh, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y, Sn, Pb, Pd, Mn, In, Tl, La, Ce, Pr. Nd. Sm, Eu, Gd, Tb, Dy. Ho, he. Tin, Yb and / or Lu; and M is selected from the group: Ti, Zr, Hf, V, Nb. Ta, Cr, Mo. W. Mn, Re. Fe, Ru.
Os, Co, Rh. Ir, Ni, Pd. Pt. Zn, Cu, Ag und/oder Au; und Os, Co, Rh. Ir, Ni, Pd. Pt. Zn, Cu, Ag and / or Au; and
0 < x < 2; 0 < y < 12; und 4 < z < 9; 0 <x <2; 0 <y <12; and 4 <z <9;
(V) Mischmetalloxide der Formel LO(Al203)z; wobei hier gilt: (V) mixed metal oxides of the formula LO (Al 2 O 3 ) z ; where:
1. ist ausgewählt aus der Gruppe: Na, K. Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y. Sn, Pb. Mn, 1. is selected from the group: Na, K. Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y. Sn, Pb. Mn,
In, Tl, La, Ce, Pr. Nd, Sm, Eu. Gd, Tb. Dy. Ho, Er. Tm, Yb und/oder Lu; undIn, T1, La, Ce, Pr. Nd, Sm, Eu. Gd, Tb. Dy. Ho, he. Tm, Yb and / or Lu; and
4 < z < 9; 4 <z <9;
(VI) oxidischer Katalysator, der Ni und Ru umfasst. (VI) Oxide catalyst comprising Ni and Ru.
(VII) Metall Ml und/oder wenigstens zwei verschiedene Metalle Ml und M2 auf und/oder in einem Träger, wobei der Träger ein Carbid, Oxycarbid, Carbonitrid, Nitrid, Borid,(VII) metal Ml and / or at least two different metals Ml and M2 on and / or in a carrier, wherein the carrier comprises a carbide, oxycarbide, carbonitride, nitride, boride,
Silicid, Germanid und/oder Selenid der Metalle A und/oder B ist; wobei hier gilt: Silicide, germanide and / or selenide of metals A and / or B; where:
MI und M2 sind unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe: Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Re. Ru. Rh. ir. Os, Pd. Pt, Zn. Cu, La, Ce, Pr. Nd. Sm, Eu. Gd, Tb, Dy. Ho. Er, Tm. Yb. und/oder Lu; und  MI and M2 are independently selected from the group: Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Re. Ru. Rh. Ir. Os, Pd. Pt, Zn. Cu, La, Ce, Pr. Nd. Sm, Eu. Gd, Tb, Dy. Ho. He, Tm. Yb. and / or Lu; and
A und B sind unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe: Be, Mg, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Y. Zr. Nb. Mo. Hf, Ta. W. La, Ce, Pr, Nd. Sm, Eu, Gd. Tb, Dy. Ho, Er, Tm, Yb, und/oder Lu; und/oder A and B are independently selected from the group: Be, Mg, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Y. Zr. Nb. Mo. Hf, Ta. W. La, Ce, Pr, Nd. Sm, Eu, Gd. Tb, Dy. Ho, Er, Tm, Yb, and / or Lu; and or
Reaktionsprodukte von (I), (II), (III), (IV), (V), (VI) und/oder (VII) in Gegenwart von Kohlendioxid, Wasserstoff, Kohlenmonoxid und/ oder Wasser hei einer Temperatur von > 700 °C. 10. Verfahren /um Betreiben eines chemischen Reaktorsystems, umfassend die Schritte: a) Bereitstellen eines Reaktorsystems gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bisReaction products of (I), (II), (III), (IV), (V), (VI) and / or (VII) in the presence of carbon dioxide, hydrogen, carbon monoxide and / or water at a temperature of> 700 ° C. 10. A method / operation of a chemical reactor system, comprising the steps of: a) providing a reactor system according to one or more of claims 1 to
9; b) Elektrisches Beheizen wenigstens eines der Heizelemente (110, 111, 112, 113) im zweiten Strömungsreaktor; und c) Durchströmen eines Reaktanden umfassenden Fluids durch den ersten und zweiten9; b) electrically heating at least one of the heating elements (110, 111, 112, 113) in the second flow reactor; and c) passing a reactant comprising fluid through the first and second fluid
Str ömungsr eakt or unter zumindest teilweiser Reaktion der Reaktanden des Fluids. Flow reaction or at least partial reaction of the reactants of the fluid.
1 1 . Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei im zweiten Strömungsreaktor die einzelnen Heizelemente (110, 111, 112, 113) mit einer jeweils unterschiedlichen Heizleistung betrieben werden. 12. Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 11, wobei im ersten und/oder zweiten Strömungsreaktor die Reaktionstemperatur im Reaktor wenigstens stellenweise > 700 °C bis < 1300 °C beträgt. 1 1. A method according to claim 10, wherein in the second flow reactor, the individual heating elements (110, 111, 112, 113) are operated with a respective different heating power. 12. The method according to claim 10 or 11, wherein in the first and / or second flow reactor, the reaction temperature in the reactor at least in places> 700 ° C to <1300 ° C.
13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei im zweiten Strömungsreaktor die durchs chnittliche Kontaktzeit des Fluids zu einem Heizelement (110, 1 1 1. 112, 113) > 0,01 Sekunden bis < 1 Sekunde beträgt und/oder die durchschnittliche Kontaktzeit des Fluids zum Inhalt (210, 211, 212) einer Zwischenebene (200, 201, 201) > 0,001 Sekunden bis < 513. The method according to any one of claims 10 to 12, wherein in the second flow reactor, the average contact time of the fluid to a heating element (110, 11, 112, 113) is> 0.01 second to <1 second and / or the average Contact time of the fluid to the content (210, 211, 212) of an intermediate level (200, 201, 201)> 0.001 seconds to <5
Sekunden beträgt. Seconds.
14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Strömungsreaktor dem Fluid zusätzliche Reaktanden hinzugefügt werden. 14. The method of claim 10, wherein additional reactants are added to the fluid between the first and second flow reactors.
15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei die Reaktanden im Fluid ausgewählt sind aus der Gruppe umfassend Alkane, Alkene, Alkine, Alkanole, Alkenole, Alkinole, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Wasser, Ammoniak, Wasserstoff und/oder Sauerstoff. 15. The method according to any one of claims 10 to 14, wherein the reactants in the fluid are selected from the group comprising alkanes, alkenes, alkynes, alkanols, alkenols, alkynols, carbon monoxide, carbon dioxide, water, ammonia, hydrogen and / or oxygen.
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