WO2019174679A1 - Method and arrangement for methanol synthesis - Google Patents

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Dieter Erwin SCHULZE
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Karl Bau Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a process for the synthesis of methanol and an arrangement therefor, in which a mixture of methanol and water in a
  • Steam reforming reactor is reformed with a first catalyst with heat to hydrogen and carbon dioxide.
  • Aluminum oxides are used. These catalysts are used for aluminum magnesium. These catalysts are used for aluminum magnesium. These catalysts are used for aluminum magnesium. These catalysts are used for aluminum magnesium. These catalysts are used for aluminum magnesium. These catalysts are used for aluminum magnesium.
  • DE 196 44 684 A1 describes a method for storing hydrogen energy, in which a mixture of hydrogen and carbon dioxide is reacted in a reactor in methane, methanol or ethanol.
  • Membrane permeators for the separation of hydrogen (H 2 ) - and Carbon dioxide (C0 2 ) molecules which can then be fed directly for methanol synthesis fuel cells or other chemical synthesis methods.
  • pure hydrogen can be recovered from the mixture of H 2 and C0 2 by removing C0 2 and used in chemical synthesis processes or as a fuel for fuel cells.
  • Methanol production by means of a fuel cell is known in which the injected into the methanol synthesizer gas composition is regulated.
  • Exhaust gas wherein electricity is generated by oxidation of the exhaust gas in a fuel cell.
  • Solid catalyst is brought into contact, wherein the catalyst of
  • US 2013/0025192 A1 describes a solar thermal system.
  • the system includes a solar thermal system for receiving concentrated solar energy. The heat from the solar energy is used for a first
  • Plant unit a methane reforming reactor used. The first
  • Plant unit also receives a first set of reactants and generates a first set of products.
  • a second unit receives the first set of products from the first unit and produces a second set of products in an exothermic reaction in a hydrocarbon synthesis reactor.
  • a third unit, an evaporator, receives heat from the operation of the second unit to produce a portion of the first set of reactants.
  • US 2009/0014336 A1 describes a process for producing methanol by recirculation and reductive conversion of an available one
  • Carbon dioxide source comprising:
  • Hydrogen stream is obtained, to the partial oxidation reactor effluent for generating a synthesis gas stream having a predetermined ratio of hydrogen to carbon monoxide and optionally to carbon dioxide;
  • Recirculation flow comprises a substantial part of the exhaust gas
  • Contact with a solid catalyst comprises a gas phase of CH 3 OH and H 2 0 and the solid catalyst comprises a copper, zinc and gallium comprehensive metal mixed oxide.
  • a fuel cell for example, a proton exchange membrane (PEM) fuel cell and a
  • Carbon dioxide containing the aforementioned catalyst Carbon dioxide containing the aforementioned catalyst.
  • Heat source can be used, on the one hand C0 2 in an energetically and / or material-technically usable, higher quality substance, namely methanol, to transfer and thereby to take advantage of other benefits.
  • This object is achieved with a comparison with DE 698 08 983 T2 modified methanol synthesis, in which carbon dioxide and water react exothermically to a mixture of methanol and water.
  • the process is characterized by the following steps: providing a liquid mixture of methanol and water, in particular with a mixing ratio of 70% to 60% CH 3 OH to 30% to 40% H 2 O; - Catalytic reforming of the mixture of methanol and water with heat, in particular at 180 ° C to 320 ° C, to 3H 2 and C0 2 , - Separation of H 2 and C0 2 in two species pure
  • Methanol synthesis reactor are provided to the tank, so that in the
  • Methanol synthesis reactor C0 2 and H 2 0 is synthesized under the influence of the second catalyst to CH3OH and H 2 0 mixture with release of heat and excess oxygen.
  • the fuel cell is on and in
  • the methanol-water mixture is reformed with the addition of heat to hydrogen and carbon dioxide.
  • the heat supply is energetically sensible fed by excess heat from another process.
  • the hydrogen obtained from this is separated with oxygen, for example from a separate process, the Fuel cell fed and converted into water of reaction when emitting electrical energy.
  • Methanol synthesis process can be controlled more precisely.
  • a "new source" for the supplementarily supplied C0 2 may be a C0 2 gas cylinder with C0 2 supplied or a parallel C0 2 separation process, for example from the ambient air.
  • Methanol synthesis process results from the fact that it is carried out together with a process for the production of deuterium reduced water, injected in the HHO gas obtained from an electrolysis in a reactor and ignited and in the presence of metal oxides as a catalyst at temperatures of 2800 ° C to 3500 ° C is reacted in a plasma to emerging reaction water, wherein air is supplied to the combustion furnace, the air surrounding the plasma and thus the plasma is cooled and then cooled the plasma after combustion as exhaust air and the reaction water therein is condensed and collected, wherein the heat from the HHO gas combustion is used for the catalytic decomposition of the mixture of methanol and water.
  • HHO gas means a gas which is formed during the electrolysis of water, namely 2x “H” + 1x “O”, which burns extremely reactive to water.
  • This HHO gas is also called “Brown's gas”, “hydroxide gas” or “oxyhydrogen gas”.
  • reaction water from the fuel cell which has a reduced deuterium content of ⁇ 140 ppm, preferably ⁇ 80 ppm, the deuterium reduced water from the
  • the required oxygen supply for the fuel cell can be used directly from the HHO gas combustion process conducted in parallel.
  • the gas separation agent has a nanopore membrane, by which C0 2 molecules are separable from the H 2 molecules, whereby a pure separation of the two gases is possible.
  • a nanopore membrane by which C0 2 molecules are separable from the H 2 molecules, whereby a pure separation of the two gases is possible.
  • it is a developed by Stanford University membrane based on zeolites.
  • a so-called Polyabsorb material can be used in which the C0 2 is stored and only the H 2 can be supplied for further use of the fuel cell (so-called "carbon capture
  • the fuel cell is a KOH electrolyte alkaline fuel cell
  • an efficient and relatively non-disruptive type of fuel cell is preferred.
  • the "EloFlux fuel cell” of Gaskatel GmbH, Germany can be used.
  • the methanol synthesis reactor has a mixing section with a mixing nozzle through which the carbon dioxide and the water is mixed, wherein the water as a vapor, preferably at about 4 bar pressure, is present and on
  • Preferred as a supplementary source of carbon dioxide is a
  • C0 2 -Abscheidestrom provided. This can be deposited with acceptable energy expenditure pure C0 2 from the ambient air.
  • the heat required for this can also be used from parallel processes, for example HHO gas combustion or exothermic methanol synthesis.
  • HHO gas combustion or exothermic methanol synthesis.
  • first and second catalyst metal oxides such as CuO, ZnO, Zr0 2, Al 2 0 3, NiO, Ga 2 0 3 and / or the like, or exclusively of, or consists of mixtures thereof, both the
  • the first and / or the second catalyst consist of CuO, ZnO and Al 2 O 3 with a weight ratio of 50 to 80% by weight CuO, 12 to 40% by weight ZnO and 5 to 15% by weight Al 2 O 3 ,
  • a particularly effective catalyst is provided for both the steam reforming as well as for the synthesis of methanol, which is assembled on the basis of the catalyst from DE 698 08 983 T2.
  • the mixture of methanol and water has a mixing ratio of 70 to 60 wt.% CH 3 OH to 30 to 40 wt.% H 2 0.
  • Fig. 1 is a schematic arrangement plan.
  • Fig. 1 shows a schematic arrangement plan according to a
  • the method and the arrangement for the production of deuterium reduced water is the subject of a separate PCT patent application with the same filing date of the same Applicant, so that here this part of the method and the arrangement (based on the
  • Deuterium reduced water by HHO gas combustion can be used.
  • the required arrangement refers to the reference numerals 7, 8 and 9 and their sub-items.
  • the arrangement for methanol synthesis has a storage tank 70, in which a methanol-water mixture with a mixing ratio of preferably 68 wt.% CH 3 OH to 32 wt.% H 2 0 is included. From the tank 70, a methanol-water mixture feed line 82 leads to a steam reforming reactor 8, in which a first catalyst 81 consisting of a mixture of copper, zinc and aluminum oxide in crystalline or powder form is present. Since the process occurring in the steam reforming reactor 8 is endothermic, is a
  • Heat supply via a circulation line 52 is provided.
  • the heat from the HHO gas combustion in a reactor 4 with combustion chamber 41 is provided by means circulating in the circulation line 52 heat transfer medium from a heat exchanger 5.
  • Gas line 83 is provided, is guided in the hydrogen and carbon dioxide.
  • the gas line 83 leads to a gas separation means 84 in the form of a
  • a C0 2 line 85 and an H 2 feed line 91 from the gas separation means 84 provide additional components of the overall arrangement.
  • the H 2 supply line 91 is connected to a fuel cell 9, preferably an alkaline fuel cell 9 (AFC fuel cell).
  • a 0 2 supply line 92 is connected to the fuel cell 9, which in here illustrated embodiment, oxygen from an exhaust duct 53 of parallel executed HHO gas combustion supplies.
  • a water outlet 93 and a power line 94 is connected to the fuel cell 9.
  • the water fed from the fuel cell 9 via the water outlet 93 has a reduced deuterium content of ⁇ 140 ppm.
  • Fuel cell 9 and selected process parameters may preferably also a deuterium reduced water with a deuterium content of ⁇ 80 ppm.
  • the water discharge 93 is connected in the embodiment shown here to a treatment for deuterium reduced water 6, namely a filter and dosing station 62 and thus increases the yield of deuterium reduced water from the parallel executed HHO gas combustion.
  • the power line 94 is connected via a suitable control for power supply to the public power grid or other suitable consumers. In the embodiment shown here, the power line 94 to the
  • Power supply 11 of an electrolysis device 1 connected to the production of HHO gas.
  • the C0 2 line 85 leads into a methanol synthesis reactor 7, wherein a C0 2 -Abborgestrom 86 is connected to the C0 2 line 85, which separates from the ambient air C0 2 and additionally passes into the C0 2 supply of the methanol synthesis reactor 7. Furthermore, a water supply line 76 via an evaporator 75 in the methanol synthesis reactor 7. The supply of both products in the methanol synthesis reactor 7 via a mixing nozzle 71. In methanol synthesis reactor 7, a second catalyst 72 is maintained, which also consists of copper, zinc and aluminum oxide. Preference is given to using a catalyst according to DE 698 08 983 T2. The im
  • Methanol synthesis reactor 7 proceeding methanol synthesis is exothermic, so that a heat carrier 74 is passed through the methanol synthesis reactor 7 to derive the resulting process heat.
  • the heat transfer circuit 74 leads in the illustrated embodiment to the evaporator 75 to the supplied in the water supply line 76 water for the methanol synthesis process evaporate.
  • the water comes from a water supply 21 with common for both methods
  • Water pretreatment 2 preferably an ion exchanger.
  • a synthesis line 73 is provided which leads to the tank 70 and thus closes the process run. Further, the methanol synthesis reactor 7 is a
  • Methanol synthesis from water and C0 2 is formed, provided.
  • an overflow for the methanol-water mixture is also provided, which leads to a methanol recovery 78.
  • the electrolyzer 1 HHO gas is generated by means of direct current electrolysis, fed by a mains power supply 11 and a
  • HHO gas distributor 12 supplied. Here is the HHO gas on three
  • HHO gas lines 13 to supply HHO gas nozzles 14 divided and, if necessary, regulated in the flow.
  • the HHO gas flowing into the HHO gas nozzles 14 is ignited by electric ignition systems, not shown, and burned in the combustion chamber 41 of the reactor 4.
  • the flame is directed to a catalyst 40.
  • the catalyst 40 consists of metal oxides, in particular Al 2 0 3 in a powdery, crystalline state.
  • the catalyst 40 causes a plasma with a temperature of about 2800 ° C to 3500 ° C arise.
  • a catalyst support plate 42 in the combustion chamber 41 is rotated with the catalyst resting thereon 40 by a rotating and lifting device 43 at a speed of 1 to 3 rev / min to the entire free surface of the Catalyst 40 from the HHO gas flame to sweep, so that an intense and uniform plasma formation is formed. Furthermore, the
  • fresh air 31 which is supplied via a fan 3, an annular space 32 and air supply openings 33 directly in the area of the HHO gas nozzles 14, flows into the combustion chamber 41 and forms a plasma
  • Fresh air 31 leads to a total of cooled exhaust air at a temperature of ⁇ 600 ° C. This exhaust air is in an exhaust duct 45 then the
  • Heat exchanger 5 is supplied. In the heat exchanger 5, the exhaust air is removed by means of a circulation line 52 with a heat transfer medium.
  • Circulation line 52 leads in the illustrated embodiment to the steam reforming reactor 8 and there supplies the required process heat of at least 180 ° C to 320 ° C to effect the endothermic catalytic reaction by means of the first catalyst 81. This is the over the
  • Steam reforming reactor 8 gasified and reformed according to the formula (1) listed on page 1 in hydrogen and carbon dioxide.
  • This gas mixture is supplied via the gas line 83 to the gas separation means 84, wherein the two gases are separated into two separate types of separate streams.
  • the pure hydrogen gas is supplied via the H 2 supply line 91 of the fuel cell 9.
  • a "waste product" of the parallel HHO gas combustion process is now used, namely the exhaust air or a partial flow of the exhaust air from the exhaust duct 53, which after combustion over the Exhaust duct 45 and the heat exchanger 5 is guided. In this heat exchanger is by cooling the exhaust air from the
  • Plasma HHO gas combustion Deuterium reduced water of reaction condenses, which is an essential manufacturing product of this process. This resulting water of reaction has a significantly reduced
  • the remaining exhaust air consists essentially of oxygen and residual moisture.
  • desalinated water can be used in the combustion chamber 41, which is injected via the water pretreatment 2, in particular by means of an ion exchanger, and a water distributor 22 with cycle control via water nozzles 24 directly in the region of the plasma.
  • the additional water injection achieves a greater yield of deuterium-reduced water.
  • Water injection can be used for additional cooling of the reactor 4, if in the combustion monitoring in the combustion chamber 41 excessively high temperatures should arise.
  • the temperature monitoring is preferably carried out via a pyrometer to ensure a fast reaction and non-contact temperature measurement.
  • the ionized plasma can breathe, so that the exhaust air in the region of the exhaust air duct 45 has already cooled below 600 ° C. before entering the heat exchanger 5.
  • the catalyst 40 should be replaced from time to time, for example, once or twice a year.
  • the catalyst 40 of metal oxides, especially Al 2 0 3 does not consume in the combustion process. The procedure can thus be used in addition to the production of deuterium reduced water for the production of gemstones and thus for C0 2 reduction.
  • Combustion chamber 76 Water supply line Catalyst support plate 77 Degassing valve

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Abstract

The invention relates to a method for methanol synthesis comprising the steps: providing a fluid mixture of methanol and water; catalytically reforming the mixture of methanol and water by supplying heat to form 3H2 and C02; separating H2 and C02 into two type-unique gas streams; supplying the thus obtained hydrogen together with oxygen to a fuel cell (9); converting the hydrogen and the oxygen in the fuel cell (9) to reaction water in delivering electrical energy, while, parallel to the hydrogen processing, the thus obtained CO2 is mixed with newly fed H2O and catalytically synthesized to form a mixture of methanol and water while emitting heat and re-supplied to the first method step. The invention further relates to an arrangement for methanol synthesis, wherein a mixture of methanol and water is stored in a tank (70), wherein a steam reformation reactor (8) having a first catalyst (8) is provided, in which the mixture of methanol and water is reformed by supplying heat to form 3H2 and CO2, wherein a gas separation means (84) is provided, which separates the reformed 3H2 and CO2 gas mixture into one gas line each (85, 91) and, downstream of the H2 gas line (91) a fuel cell (9) is arranged and, downstream of the CO2 gas line (85) a methanol synthesis reactor (7) having a second catalyst (72) is arranged, wherein a water supply line (76) to the methanol synthesis reactor (7) and a synthesis line (73) from the methanol synthesis reactor (7) to the tank (70) are provided so that, in the methanol synthesis reactor (7), CO2 and H2O are synthesized under the influence of the second catalyst (72) to form the CH3OH and H2O mixture while emitting heat.

Description

B E S C H R E I B U N G  DESCRIPTION
Verfahren und Anordnung zur Methanolsynthese Process and arrangement for methanol synthesis
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Methanolsynthese sowie eine Anordnung dafür, bei der ein Gemisch aus Methanol und Wasser in einem The invention relates to a process for the synthesis of methanol and an arrangement therefor, in which a mixture of methanol and water in a
Dampfreformierreaktor mit einem ersten Katalysator unter Wärmezufuhr zu Wasserstoff und Kohlendioxid reformiert wird. Steam reforming reactor is reformed with a first catalyst with heat to hydrogen and carbon dioxide.
Grundlagen für die Methanolsynthese wurden beispielsweise in der Bases for the methanol synthesis have been described for example in the
US 3,790,505 beschrieben, in der Katalysatoren aus Kupfer, Zink und US 3,790,505 described in the catalysts of copper, zinc and
Aluminiumoxiden eingesetzt werden. Diese Katalysatoren dienen der Aluminum oxides are used. These catalysts are used for
Methanolherstellung aus einem Synthesegas bei 200°C bis 300°C bzw. dem Dampfreformieren von Methanol zu Wasserstoff als deren umgekehrte Reaktion. Die Reaktion beim Dampfreformieren von Methanol ist gegeben durch Methanol production from a synthesis gas at 200 ° C to 300 ° C or the steam reforming of methanol to hydrogen as their reverse reaction. The reaction in the steam reforming of methanol is given by
CH3OH + H20 -> 3H2 + C02, wie dies beispielsweise in der DE 698 08 983 T2 ausgeführt ist. In dieser Schrift werden auch besondere Ausgestaltungen für den Methanolsynthese- und Reformierungskatalysator, der die Reaktionsfähigkeit der Stoffgemische bewirkt, beschrieben. Darin wird auch die Umwandlung von Kohlendioxid in Methanol als Maßnahme zur Linderung des Problems der globalen Erwärmung durch den Anstieg des Kohlendioxidgehaltes in der Atmosphäre beschrieben. CH 3 OH + H 2 0 -> 3H 2 + C0 2, as is carried out for example in DE 698 08 983 T2. In this document, special embodiments for the methanol synthesis and reforming catalyst, which causes the reactivity of the mixtures are described. It also describes the conversion of carbon dioxide into methanol as a measure to alleviate the problem of global warming from the increase in carbon dioxide in the atmosphere.
Ebenso beschreibt die DE 196 44 684 A1 ein Verfahren zur Speicherung von Wasserstoffenergie, bei dem eine Mischung von Wasserstoff und Kohlendioxid in einem Reaktor in Methan, Methanol oder Ethanol umgesetzt wird. Likewise, DE 196 44 684 A1 describes a method for storing hydrogen energy, in which a mixture of hydrogen and carbon dioxide is reacted in a reactor in methane, methanol or ethanol.
In der US 6 090 312 A wird ein Reformierungsverfahren beschrieben, bei dem Dampf mit einer Kohlenwasserstoffverbindung wie Methan, Erdgas oder dergleichen durchgeführt wird. Das Verfahren verwendet anorganische In US 6 090 312 A a reforming process is described in which steam is carried out with a hydrocarbon compound such as methane, natural gas or the like. The method uses inorganic
Membranpermeatoren zur Separation von Wasserstoff (H2)- und Kohlendioxid (C02)-Molekülen, die dann direkt für eine Methanolsynthese Brennstoffzellen oder anderen chemischen Syntheseverfahren zugeführt werden können. Dabei kann reiner Wasserstoff aus der Mischung von H2 und C02 durch Entfernen von C02 zurückgewonnen und in chemischen Syntheseverfahren bzw. als Brennstoff für Brennstoffzellen verwendet werden. Membrane permeators for the separation of hydrogen (H 2 ) - and Carbon dioxide (C0 2 ) molecules, which can then be fed directly for methanol synthesis fuel cells or other chemical synthesis methods. In this case, pure hydrogen can be recovered from the mixture of H 2 and C0 2 by removing C0 2 and used in chemical synthesis processes or as a fuel for fuel cells.
Aus der US 4 772 634 A ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur From US 4,772,634 A is an apparatus and a method for
Methanolherstellung mittels einer Brennstoffzelle bekannt, bei der die in den Methanolsynthetisierer eingepresste Gaszusammensetzung reguliert wird. Methanol production by means of a fuel cell is known in which the injected into the methanol synthesizer gas composition is regulated.
In der US 4 309 359 A wird ein katalytisches Verfahren zur Dehydrierung eines Alkohols oder Kohlenwasserstoffs bzw. ein Hydrierungsverfahren mit den folgenden Stufen beschreiben: US Pat. No. 4,309,359 A describes a catalytic process for the dehydrogenation of an alcohol or hydrocarbon or a hydrogenation process with the following steps:
a) Überleiten der Reaktanten über einen Prozesskatalysator;  a) passing the reactants over a process catalyst;
b) Kondensation und Abtrennung eines flüssigen Produkts; und  b) condensation and separation of a liquid product; and
c) Entnahme eines Kohlenmonoxid und/oder Wasserstoff aufweisenden  c) removal of a carbon monoxide and / or hydrogen-containing
Abgases, wobei Elektrizität durch Oxydation des Abgases in einer Brennstoffzelle erzeugt wird.  Exhaust gas, wherein electricity is generated by oxidation of the exhaust gas in a fuel cell.
Aus der US 2014/0308597 A1 ist eine Dampfreformierung von Methanol bekannt, bei der eine Gasphase enthaltend CH3OH und H20 mit einem From US 2014/0308597 A1 a steam reforming of methanol is known in which a gas phase containing CH 3 OH and H 2 0 with a
Feststoffkatalysator in Kontakt gebracht wird, wobei der Katalysator aus Solid catalyst is brought into contact, wherein the catalyst of
Metallmischoxyden, enthaltend Kupfer, Zink und Gallium, besteht. Metal mixed oxides containing copper, zinc and gallium.
Die US 2013/0025192 A1 beschreibt ein solarthermisches System. Das System beinhaltet eine solarthermische Anlage zum Empfangen von konzentrierter Solarenergie. Die Wärme aus der Solarenergie wird für eine erste US 2013/0025192 A1 describes a solar thermal system. The system includes a solar thermal system for receiving concentrated solar energy. The heat from the solar energy is used for a first
Anlageneinheit, einen Methan-Reformierreaktor, genutzt. Die erste Plant unit, a methane reforming reactor used. The first
Anlageneinheit empfängt auch einen ersten Satz Reaktanden und erzeugt einen ersten Satz von Produkten. Eine zweite Einheit empfängt den ersten Satz von Produkten aus der ersten Einheit und produziert in einer exothermen Reaktion in einem Kohlenwasserstoff-Synthetisierreaktor einen zweiten Satz von Produkten. Eine dritte Einheit, ein Verdampfer, erhält Wärme aus dem Betrieb der zweiten Einheit, um einen Teil des ersten Satzes von Reaktanden zu erzeugen. US 2009/0014336 A1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen von Methanol durch Rezirkulation und reduktive Umsetzung einer verfügbaren Plant unit also receives a first set of reactants and generates a first set of products. A second unit receives the first set of products from the first unit and produces a second set of products in an exothermic reaction in a hydrocarbon synthesis reactor. A third unit, an evaporator, receives heat from the operation of the second unit to produce a portion of the first set of reactants. US 2009/0014336 A1 describes a process for producing methanol by recirculation and reductive conversion of an available one
Kohlendioxidquelle, umfassend: Carbon dioxide source comprising:
- elektrochemisches Reduzieren des Kohlenstoffdioxids in einer geteilten elektrochemischen Zelle, umfassend eine Anode in einem ersten  electrochemically reducing the carbon dioxide in a divided electrochemical cell comprising an anode in a first
Zellenfach und eine Metallkathode in einem zweiten Zellenfach, die eine wässrige Lösung mit Methanol und einen Elektrolyt enthält, wobei der Elektrolyt eine oder mehrere Alkylammoniumhalide, Alkalicarbonate oder Kombinationen daraus enthält, um im zweiten Zellenfach ein  Cell compartment and a metal cathode in a second cell compartment containing an aqueous solution with methanol and an electrolyte, wherein the electrolyte contains one or more Alkylammoniumhalide, alkali metal carbonates or combinations thereof, in the second cell compartment
Reaktionsgemisch zu produzieren, das Kohlenstoffmonoxid und  Reaction mixture to produce the carbon monoxide and
Wasserstoffgas enthält, während in dem ersten Zellenfach an der Anode ebenso Sauerstoff hergestellt wird;  Contains hydrogen gas while oxygen is also produced in the first cell compartment at the anode;
- Erhalten des Kohlenstoffmonoxids und des Wasserstoffgases aus dem Reaktionsgemisch aus dem zweiten Zellenfach und  Obtaining the carbon monoxide and the hydrogen gas from the reaction mixture from the second cell compartment and
- Reagierenlassen des Kohlenstoffmonoxids und des Wasserstoffs des Reaktionsgemischs, um Methanol herzustellen.  Reacting the carbon monoxide and the hydrogen of the reaction mixture to produce methanol.
Die US 2009/0012332 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Methanol, umfassend: US 2009/0012332 A1 describes a process for the production of methanol, comprising:
- Zuführen von Kohlenwasserstoff und Sauerstoff und optional Kohlendioxid für einen Teiloxidationsreaktor und einen optionalen Reformer, um einen Teiloxidationsreaktorablauf zu erzeugen, umfassend Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid;  Supplying hydrocarbon and oxygen and optionally carbon dioxide for a partial oxidation reactor and an optional reformer to produce a partial oxidation reactor effluent comprising hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide;
- Durchführen einer Elektrolyse von Wasser zur Erzeugung von  Performing an electrolysis of water to produce
Wasserstoff und Sauerstoff und  Hydrogen and oxygen and
- Gewinnen mindestens eines Teils des Wasserstoffs um einen  - recovering at least a portion of the hydrogen by one
Wasserstoffstrom zu erzeugen;  To generate hydrogen flow;
- Hinzufügen von Wasserstoff, von dem mindestens ein Teil aus dem  Adding hydrogen from which at least part of the
Wasserstoffstrom erhalten wird, zu dem Teiloxidationsreaktorabfluss zur Erzeugung eines Synthesegasstroms mit einem vorbestimmten Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenmonoxid und gegebenenfalls zu Kohlendioxid; Hydrogen stream is obtained, to the partial oxidation reactor effluent for generating a synthesis gas stream having a predetermined ratio of hydrogen to carbon monoxide and optionally to carbon dioxide;
- Unterwerfen des Synthesegases einer Methanolsynthese zur Erzeugung eines Methanolproduktstroms und eines Abgasstroms; - Trennen des Abgasstromes in mindestens zwei Ströme, die einen Spülstrom und einen Rezirkulationsstrom umfassen, wobei der Subjecting the synthesis gas to methanol synthesis to produce a methanol product stream and an exhaust gas stream; - Separating the exhaust gas stream into at least two streams comprising a purge stream and a recirculation stream, wherein the
Rezirkulationsstrom einen wesentlichen Teil des Abgases umfasst und Recirculation flow comprises a substantial part of the exhaust gas and
- Rückführen des Rezirkulationsstroms in den Teiloxidationsreaktor. - Returning the recirculation flow in the partial oxidation reactor.
Aus der WO 2013/007 993 A2 ist ein Verfahren zur Herstellung von H2 durch Dampfreformierung von Methanol bekannt, wobei das Verfahren das From WO 2013/007 993 A2 a process for the production of H 2 by steam reforming of methanol is known, wherein the method
Kontaktieren mit einem Feststoffkatalysator einer Gasphase aus CH3OH und H20 umfasst und der Feststoffkatalysator ein Kupfer, Zink und Gallium umfassendes Metallmischoxid enthält. Darüber hinaus ist eine Brennstoffzelle, beispielsweise eine Protonenaustauschmembran (PEM)-Brennstoffzelle und ein Contact with a solid catalyst comprises a gas phase of CH 3 OH and H 2 0 and the solid catalyst comprises a copper, zinc and gallium comprehensive metal mixed oxide. In addition, a fuel cell, for example, a proton exchange membrane (PEM) fuel cell and a
Methanolreformer zur Herstellung von Methanol durch Hydrierung von Methanol reformer for the production of methanol by hydrogenation of
Kohlendioxid beschrieben, der den vorgenannten Katalysator enthält. Carbon dioxide containing the aforementioned catalyst.
Aus der WO 00/58 421 A1 ist ein Verfahren zur Erzeugung von Energie bekannt mit den folgenden Schritten: From WO 00/58 421 A1 a method for generating energy is known with the following steps:
1) Verbrennen von Brennstoff in einer Brennkraftmaschine unter Erzeugung von mechanischer Energie und kohlendioxid- und wasserdampfhaltigem Abgas,  1) burning fuel in an internal combustion engine to produce mechanical energy and carbon dioxide and water vapor-containing exhaust gas,
2) Reduktion der Abgaskomponenten Kohlendioxid und Wasser in einer organisches Material enthaltenden Umgebung zu einem Synthesegas, das Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthält,  2) reduction of the exhaust gas components carbon dioxide and water in an organic material-containing environment to a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen,
3) Zuführen des in Schritt 2 erzeugten Synthesegases in die  3) feeding the synthesis gas generated in step 2 into the
Brennkraftmaschine. Zur Erzeugung von Methanol wird zwischen Schritt 2 und 3 des Verfahrens eine Methanolsynthese eingefügt.  Internal combustion engine. To generate methanol, a methanol synthesis is inserted between steps 2 and 3 of the process.
Ausgehend von den eingangs zur US 3,790,505 sowie zur DE 698 08 983 T2 genannten Überlegungen ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bzw. eine Anordnung zur Methanolsynthese anzugeben, mit der eine vorhandene Starting from the considerations mentioned in the introduction to US Pat. No. 3,790,505 and DE 698 08 983 T2, it is an object of the invention to specify a method and an arrangement for the synthesis of methanol, with which an existing
Wärmequelle genutzt werden kann, um einerseits C02 in einen energetisch und/oder stofftechnisch nutzbaren, höherwertigen Stoff, nämlich Methanol, zu überführen und dabei weitere Vorteile zu nutzen. Gelöst wird diese Aufgabe mit einer gegenüber der DE 698 08 983 T2 veränderten Methanolsynthese, bei der Kohlendioxid und Wasser exotherm zu einem Gemisch von Methanol und Wasser reagieren. Das Verfahren zeichnet sich durch folgende Schritte aus: - Bereitstellen eines flüssigen Gemisches aus Methanol und Wasser, insbesondere mit einem Mischungsverhältnis von 70% bis 60% CH3OH zu 30% bis 40% H20; - katalytische Reformierung des Gemisches aus Methanol und Wasser unter Wärmezufuhr, insbesondere bei 180°C bis 320°C, zu 3H2 und C02;- Trennung von H2 und C02 in zwei artenreine Heat source can be used, on the one hand C0 2 in an energetically and / or material-technically usable, higher quality substance, namely methanol, to transfer and thereby to take advantage of other benefits. This object is achieved with a comparison with DE 698 08 983 T2 modified methanol synthesis, in which carbon dioxide and water react exothermically to a mixture of methanol and water. The process is characterized by the following steps: providing a liquid mixture of methanol and water, in particular with a mixing ratio of 70% to 60% CH 3 OH to 30% to 40% H 2 O; - Catalytic reforming of the mixture of methanol and water with heat, in particular at 180 ° C to 320 ° C, to 3H 2 and C0 2 , - Separation of H 2 and C0 2 in two species pure
Gasströme; - Zuführen des so gewonnenen Wasserstoffs zusammen mit Sauerstoff zu einer Brennstoffzelle; - Umsetzen des Wasserstoffs und des Sauerstoffs in der Brennstoffzelle zu Reaktionswasser bei Abgabe elektrischer Energie; während parallel zur Wasserstoffverarbeitung das so gewonnene C02 mit neu zugeführtem H20 vermischt und katalytisch zu einem Gemisch aus Methanol und Wasser unter Wärmeabgabe synthetisiert und wieder dem ersten Verfahrensschritt zugeführt wird. Demgemäß zeichnet sich vorrichtungsgemäß die Anordnung zur Methanolsynthese dadurch aus, dass ein Gastrennungsmittel vorgesehen ist, das das reformierte 3H2 und C02-Gasgemisch in je eine Gas flows; - supplying the thus obtained hydrogen together with oxygen to a fuel cell; - Reacting the hydrogen and the oxygen in the fuel cell to water of reaction when emitting electrical energy; while parallel to the hydrogen processing, the thus obtained C0 2 mixed with newly supplied H 2 0 and catalytically synthesized to give a mixture of methanol and water with heat release and recycled to the first process step. Accordingly, according to the device according to the invention for methanol synthesis characterized in that a gas separation means is provided, the reformed 3H 2 and C0 2 gas mixture in each one
Gasleitung separiert, und stromabwärts der H2-Gasleitung eine Brennstoffzelle und stromabwärts der C02-Gasleitung ein Methanolsynthesereaktor mit einem zweiten Katalysator angeordnet sind, wobei eine Wasserzuleitung zum Gas line separated, and downstream of the H 2 gas line, a fuel cell and downstream of the C0 2 gas line a methanol synthesis reactor with a second catalyst are arranged, wherein a water supply to
Methanolsynthesereaktor sowie eine Syntheseleitung vom Methanol synthesis reactor and a synthesis line from
Methanolsynthesereaktor zum Tank vorgesehen sind, so dass im Methanol synthesis reactor are provided to the tank, so that in the
Methanolsynthesereaktor C02 und H20 unter Einfluß des zweiten Katalysators zum CH3OH und H20 Gemisch unter Abgabe von Wärme und überschüssigem Sauerstoff synthetisiert wird. Dabei ist also am in Durchströmungsrichtung gesehenen Ende der H2-Gasleitung die Brennstoffzelle und am in Methanol synthesis reactor C0 2 and H 2 0 is synthesized under the influence of the second catalyst to CH3OH and H 2 0 mixture with release of heat and excess oxygen. Thus, at the end of the H 2 gas line seen in the direction of flow, the fuel cell is on and in
Durchströmungsrichtung gesehenen Ende der C02-Gasleitung der Flow direction seen end of the C0 2 gas line the
Methanolsynthesereaktor angeordnet. Methanol synthesis reactor arranged.
Bei der katalytischen Reformierung im Dampfreformierreaktor wird das Methanol- Wasser-Gemisch unter Wärmezufuhr zu Wasserstoff und Kohlendioxid reformiert. Die Wärmezufuhr wird energetisch sinnvoll von überflüssiger wärme aus einem anderen Prozess gespeist. Der daraus gewonnene Wasserstoff wird mit Sauerstoff, beispielsweise separiert aus einem gesonderten Prozess, der Brennstoffzelle zugeführt und in Reaktionswasser bei Abgabe elektrischer Energie gewandelt. Parallel wird das Kohlendioxid aus der katalytischen In the catalytic reforming in the steam reforming reactor, the methanol-water mixture is reformed with the addition of heat to hydrogen and carbon dioxide. The heat supply is energetically sensible fed by excess heat from another process. The hydrogen obtained from this is separated with oxygen, for example from a separate process, the Fuel cell fed and converted into water of reaction when emitting electrical energy. In parallel, the carbon dioxide from the catalytic
Reformierung des Gemisches aus Methanol und Wasser mit neu zugeführtem Wasser vermischt und katalytisch wieder zu einem Methanol-Wasser-Gemisch unter Wärmeabgabe und einer geringen Abgabe von Sauerstoff synthetisiert und dem Bevorratungstank wieder zugeführt. Reforming the mixture of methanol and water mixed with newly supplied water and catalytically synthesized back to a methanol-water mixture with heat release and a low release of oxygen and fed back to the storage tank.
Um die Methanolsynthese bedarfsgerecht steuern zu können, wird das so gewonnene H2 und C02 sowie der Sauerstoff komprimiert und In order to control the synthesis of methanol as needed, the thus obtained H 2 and C0 2 and the oxygen is compressed and
zwischengespeichert. Damit kann das jeweils verdichtete Gas in kleinen cached. Thus, the compressed gas in each case in small
Druckbehältern zwischengespeichert und somit die Zuführung zum Pressure vessels cached and thus the supply to the
Methanolsyntheseprozess genauer gesteuert werden. Methanol synthesis process can be controlled more precisely.
Dadurch, dass beim Vermischen des aus der Dampfreformierung gewonnenen C02 mit dem neu zugeführten H20 zusätzlich Kohlendioxid, vorzugsweiseCharacterized in that when mixing the recovered from the steam reforming C0 2 with the newly supplied H 2 0 additionally carbon dioxide, preferably
1 bis 10 Gew. % der gewonnenen C02-Menge, besonders bevorzugt 1 to 10 wt.% Of the amount of C0 2 obtained, more preferably
2 bis 3 Gew. % von einer neuen Quelle, also ergänzend zugeführt wird, um ein für den verwendeten Katalysator geeignetes Mischungsverhältnis von C02 und H20 ZU erhalten. Dabei erfolgt die Rekombination bei Temperaturen von 250°C bis 350°C und es wird ein Überschuss an Methanol-Wasser-Gemisch erzeugt, so dass aus dem Tank Methanol-Wasser-Gemisch für eine weitere 2 to 3 wt.% Of a new source, that is supplied in addition to obtain a suitable for the catalyst used mixing ratio of C0 2 and H 2 0 ZU. The recombination is carried out at temperatures of 250 ° C to 350 ° C and it is an excess of methanol-water mixture produced so that from the tank methanol-water mixture for another
Verwendung/Verwertung abgezogen werden kann. Beispielsweise können nach Separierung des Methanols aus dem Gemisch synthetische Kraftstoffe oder Propylen aus dem Methanol synthetisiert werden. Eine„neue Quelle“ für das ergänzend zugeführte C02 kann eine C02-Gasflasche mit zugeliefertem C02 oder ein parallel laufender Prozess zur C02-Abtrennung, beispielsweise aus der Umgebungsluft, sein. Use / recovery can be deducted. For example, after separation of the methanol from the mixture, synthetic fuels or propylene can be synthesized from the methanol. A "new source" for the supplementarily supplied C0 2 may be a C0 2 gas cylinder with C0 2 supplied or a parallel C0 2 separation process, for example from the ambient air.
Wenn das neu zugeführte C02 durch Absorption aus der Umgebungsluft heraus gefiltert und der Methanolsynthese zugeführt wird, wird das zusätzlich benötigte Kohlendioxid aus der Umgebungsluft extrahiert, was dem Treibhauseffekt entgegenwirkt und für die Methanolsynthese ein wichtiger Grundstoff ist. Eine verfahrenstechnisch besonders günstige Verknüpfung des When the newly added C0 2 is filtered out of the ambient air by absorption and fed to the methanol synthesis, the additional carbon dioxide required is extracted from the ambient air, which counteracts the greenhouse effect and is an important raw material for methanol synthesis. A procedurally particularly favorable linkage of
Methanolsyntheseverfahrens ergibt sich dadurch, dass es zusammen mit einem Verfahren zur Herstellung von Deuterium reduziertem Wasser durchgeführt wird, bei dem aus einer Elektrolyse gewonnenes HHO-Gas in einem Reaktor eingedüst und gezündet und in Gegenwart von Metalloxiden als Katalysator bei Temperaturen von 2800°C bis 3500°C in einem Plasma zu entstehendem Reaktionswasser umgesetzt wird, wobei Luft dem Verbrennungsofen zugeführt wird, die Luft das Plasma umgibt und somit das Plasma gekühlt wird und anschließend das Plasma nach der Verbrennung als Abluft abgekühlt und das darin befindliche Reaktionswasser kondensiert und aufgefangen wird, wobei die Wärme aus der HHO-Gas-Verbrennung für die katalytische Aufspaltung des Gemisches aus Methanol und Wasser verwendet wird. Methanol synthesis process results from the fact that it is carried out together with a process for the production of deuterium reduced water, injected in the HHO gas obtained from an electrolysis in a reactor and ignited and in the presence of metal oxides as a catalyst at temperatures of 2800 ° C to 3500 ° C is reacted in a plasma to emerging reaction water, wherein air is supplied to the combustion furnace, the air surrounding the plasma and thus the plasma is cooled and then cooled the plasma after combustion as exhaust air and the reaction water therein is condensed and collected, wherein the heat from the HHO gas combustion is used for the catalytic decomposition of the mixture of methanol and water.
Dabei bedeutet HHO-Gas ein Gas, welches bei der Elektrolyse von Wasser entsteht, nämlich 2x„H“ + 1x„O“, welches äußerst reaktionsfreudig zu Wasser verbrennt. Dieses HHO-Gas wird auch„Brownsches Gas“,„Hydroxid-Gas“ oder „Knallgas“ genannt. Here HHO gas means a gas which is formed during the electrolysis of water, namely 2x "H" + 1x "O", which burns extremely reactive to water. This HHO gas is also called "Brown's gas", "hydroxide gas" or "oxyhydrogen gas".
In weiterer Ausgestaltung der Verfahrenskombination wird das Reaktionswasser aus der Brennstoffzelle, das einen reduzierten Deuteriumgehalt von < 140 ppm, bevorzugt < 80 ppm hat, dem Deuterium reduzierten Wasser aus der In a further embodiment of the process combination, the reaction water from the fuel cell, which has a reduced deuterium content of <140 ppm, preferably <80 ppm, the deuterium reduced water from the
HHO-Gas-Verbrennung zugeführt. Somit kann der Ertrag von Deuterium reduziertem Wasser mit der Verfahrenskombination erhöht werden. HHO gas combustion supplied. Thus, the yield of deuterium reduced water can be increased with the process combination.
Dadurch, dass die Abluft aus der HHO-Gas-Verbrennung, die im Wesentlichen aus Sauerstoff besteht, der Brennstoffzelle zugeführt wird, kann die erforderliche Sauerstoffversorgung für die Brennstoffzelle unmittelbar aus dem parallel geführten HHO-Gas-Verbrennungsverfahren verwendet werden. Eine By supplying the exhaust air from the HHO gas combustion, which consists essentially of oxygen, to the fuel cell, the required oxygen supply for the fuel cell can be used directly from the HHO gas combustion process conducted in parallel. A
energetisch aufwendige Sauerstoffseparierung kann somit entfallen. energy-consuming oxygen separation can thus be omitted.
Weitere Synergieeffekte bei der Ausführung des Methanolsyntheseverfahrens parallel zur HHO-Gas-Verbrennung werden dadurch erreicht, dass die in der Brennstoffzelle erzeugte elektrische Energie zur Elektrolyse von Wasser in HHO-Gas verwendet wird. Insofern kann die Stromversorgung für die Elektrolyse zumindest teilweise durch die in der Brennstoffzelle erzeugte elektrische Energie erreicht werden. Further synergistic effects in the execution of the methanol synthesis process in parallel to the HHO gas combustion are achieved by using the electrical energy generated in the fuel cell for the electrolysis of water in HHO gas. In this respect, the power supply for the electrolysis at least partially achieved by the electrical energy generated in the fuel cell.
Vorrichtungsgemäß hat das Gastrennungsmittel eine Nanoporenmembran, durch die C02-Moleküle von den H2-Molekülen trennbar sind, womit eine artenreine Auftrennung der beiden Gase möglich ist. Beispielsweise handelt es sich um eine von der Stanford University entwickelte Membran auf Basis von Zeolithen. According to the device, the gas separation agent has a nanopore membrane, by which C0 2 molecules are separable from the H 2 molecules, whereby a pure separation of the two gases is possible. For example, it is a developed by Stanford University membrane based on zeolites.
Alternativ kann auch ein sogenanntes Polyabsorb-Material verwendet werden, in dem das C02 gespeichert wird und lediglich das H2 zur weiteren Verwendung der Brennstoffzelle zugeführt werden kann (sogenannte„carbon capture Alternatively, a so-called Polyabsorb material can be used in which the C0 2 is stored and only the H 2 can be supplied for further use of the fuel cell (so-called "carbon capture
technology“). technology ").
Wenn die Brennstoffzelle eine alkalische Brennstoffzelle mit KOH-Elektrolyt ist, wird eine effiziente und relativ störungsunempfindliche Brennstoffzellenart bevorzugt. Beispielsweise kann die„EloFlux-Brennstoffzelle“ der Gaskatel GmbH, Deutschland verwendet werden. When the fuel cell is a KOH electrolyte alkaline fuel cell, an efficient and relatively non-disruptive type of fuel cell is preferred. For example, the "EloFlux fuel cell" of Gaskatel GmbH, Germany can be used.
Dadurch, dass der Methanolsynthesereaktor eine Mischstrecke mit einer Mischdüse hat, über die das Kohlendioxid und das Wasser vermischt wird, wobei das Wasser als Dampf, bevorzugt mit ca. 4 bar Druck, vorliegt und am Characterized in that the methanol synthesis reactor has a mixing section with a mixing nozzle through which the carbon dioxide and the water is mixed, wherein the water as a vapor, preferably at about 4 bar pressure, is present and on
Methanolsynthesereaktor ein Wärmeträgerkreislauf zur Wärmeabfuhr Methanol synthesis reactor a heat carrier circuit for heat dissipation
vorgesehen ist, wird eine für die Methanolsynthese vorteilhafte intensive is provided, an advantageous for methanol synthesis intensive
Vermischung zwischen den zuführten Komponenten Kohlendioxid und Wasser erreicht. Die Reaktionsfähigkeit wird in Verbindung mit dem zugeführten Mixing between the supplied components carbon dioxide and water reached. The reactivity is in conjunction with the supplied
Wasserdampf und dem bevorzugt unter Druck stehenden Kohlendioxid beim Eindüsen über die Mischdüse deutlich erhöht. Water vapor and the preferably pressurized carbon dioxide when injecting through the mixing nozzle significantly increased.
Bevorzugt wird als ergänzende Quelle für das Kohlendioxid eine Preferred as a supplementary source of carbon dioxide is a
C02-Abscheideanlage vorgesehen. Damit kann bei vertretbarem Energieaufwand reines C02 aus der Umgebungsluft abgeschieden werden. Die dafür erforderliche Wärme kann ebenfalls aus parallel laufenden Verfahren, beispielsweise der HHO-Gas-Verbrennung oder der exothermen Methanolsynthese verwendet werden. Beispielsweise kann eine Luft- zu C02-Anlage unter der Bezeichnung „Direct Aire Capture (DAC)“ bei der Firma Climeworks AG, Schweiz, bezogen werden. C0 2 -Abscheideanlage provided. This can be deposited with acceptable energy expenditure pure C0 2 from the ambient air. The heat required for this can also be used from parallel processes, for example HHO gas combustion or exothermic methanol synthesis. For example, an air to C0 2 plant under the name "Direct Aire Capture (DAC)" at Climeworks AG, Switzerland.
Wenn der erste und zweite Katalysator Metalloxide, wie beispielsweise CuO, ZnO, Zr02, Al203, NiO, Ga203 und/oder dergleichen, enthält oder ausschließlich daraus oder aus Mischungen daraus besteht, wird sowohl die When the first and second catalyst metal oxides such as CuO, ZnO, Zr0 2, Al 2 0 3, NiO, Ga 2 0 3 and / or the like, or exclusively of, or consists of mixtures thereof, both the
Dampfreformierreaktion wie auch die Methanolsynthesereaktion verstärkt bzw. aufrechterhalten. Insbesondere bestehen der erste und/oder der zweite Katalysator aus CuO, ZnO und Al203 mit einem Gewichtsverhältnis von 50 bis 80 Gew. % CuO, 12 bis 40 Gew. % ZnO und 5 bis 15 Gew. % Al203, womit ein besonders wirkungsvoller Katalysator sowohl für die Dampfreformierung wie auch für die Methanolsynthese bereitgestellt wird, der in Anlehnung an den Katalysator aus DE 698 08 983 T2 zusammengestellt ist. Steam reforming reaction as well as the methanol synthesis reaction amplified or maintained. In particular, the first and / or the second catalyst consist of CuO, ZnO and Al 2 O 3 with a weight ratio of 50 to 80% by weight CuO, 12 to 40% by weight ZnO and 5 to 15% by weight Al 2 O 3 , Thus, a particularly effective catalyst is provided for both the steam reforming as well as for the synthesis of methanol, which is assembled on the basis of the catalyst from DE 698 08 983 T2.
Bevorzugt hat das Gemisch aus Methanol und Wasser ein Mischungsverhältnis von 70 bis 60 Gew. % CH3OH zu 30 bis 40 Gew. % H20. Bei einem Preferably, the mixture of methanol and water has a mixing ratio of 70 to 60 wt.% CH 3 OH to 30 to 40 wt.% H 2 0. In a
Mischungsverhältnis von 68 Gew. % CH3OH zu 32 Gew. % H20 wird eine vollständige Reformierreaktion in Wasserstoff- und C02-Moleküle erreicht. Mixing ratio of 68 wt.% CH 3 OH to 32 wt.% H 2 0 a complete reforming reaction in hydrogen and C0 2 molecules is achieved.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel anhand der beiliegenden Zeichnung detailliert beschrieben. Hereinafter, an embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
Darin zeigt: It shows:
Fig. 1 einen schematischen Anordnungsplan. Fig. 1 is a schematic arrangement plan.
Die Fig. 1 zeigt einen schematischen Anordnungsplan nach einem Fig. 1 shows a schematic arrangement plan according to a
Ausführungsbeispiel bei dem die Methanolsynthese mit einem Verfahren zur Herstellung von Deuterium reduziertem Wasser kombiniert wird, wie dies Anspruch 6 definiert. Das Verfahren und die Anordnung zur Herstellung von Deuterium reduziertem Wasser ist Gegenstand einer gesonderten PCT- Patentanmeldung mit gleichem Anmeldetag der gleichen Anmelderin, so dass hier dieser Teil des Verfahrens und der Anordnung (bezogen auf die Embodiment in which the methanol synthesis is combined with a process for the production of deuterium reduced water, as defined in claim 6. The method and the arrangement for the production of deuterium reduced water is the subject of a separate PCT patent application with the same filing date of the same Applicant, so that here this part of the method and the arrangement (based on the
Bezugszeichen 1 bis 6 und deren Unterpunkte) nur im Rahmen der Verknüpfungspunkte zur hier beanspruchten Methanolsynthese detailliert beschrieben wird. Aus der Kombination der Methanolsynthese mit dem Verfahren zur Herstellung von Deuterium reduziertem Wasser mittels HHO-Gas- Verbrennung ergeben sich jedoch ausgesprochen positive Synergieeffekte, die die Effektivität beider Verfahren sowie die Ausbeute der jeweiligen Reference numerals 1 to 6 and their sub-items) only in the context of Linking points to the claimed here methanol synthesis is described in detail. However, the combination of the methanol synthesis with the process for the production of deuterium-reduced water by means of HHO gas combustion gives rise to extremely positive synergy effects, the effectiveness of both processes and the yield of the respective processes
Verfahrensprodukte steigern. Increase process products.
Selbstverständlich ist die Methanolsynthese nach der hier vorliegenden Erfindung auch einzeln ohne Verknüpfung mit dem Verfahren zur Herstellung von Of course, the methanol synthesis according to the present invention is also individually without linking with the process for the preparation of
Deuterium reduziertem Wasser mittels HHO-Gas-Verbrennung einsetzbar. Die dafür erforderliche Anordnung bezieht sich auf die Bezugszeichen 7, 8 und 9 sowie deren Unterpunkte. Deuterium reduced water by HHO gas combustion can be used. The required arrangement refers to the reference numerals 7, 8 and 9 and their sub-items.
Die Anordnung zur Methanolsynthese weist einen Vorratstank 70 auf, in dem ein Methanol-Wasser-Gemisch mit einem Mischungsverhältnis von vorzugsweise 68 Gew. % CH3OH zu 32 Gew. % H20 enthalten ist. Von dem Tank 70 führt eine Methanol-Wasser-Gemisch-Zuleitung 82 zu einem Dampfreformierreaktor 8, in dem ein erster Katalysator 81 bestehend aus einer Mischung von Kupfer-, Zink- und Aluminiumoxid in kristalliner oder Pulverform vorhanden ist. Da der in dem Dampfreformierreaktor 8 ablaufende Prozess endotherm ist, ist eine The arrangement for methanol synthesis has a storage tank 70, in which a methanol-water mixture with a mixing ratio of preferably 68 wt.% CH 3 OH to 32 wt.% H 2 0 is included. From the tank 70, a methanol-water mixture feed line 82 leads to a steam reforming reactor 8, in which a first catalyst 81 consisting of a mixture of copper, zinc and aluminum oxide in crystalline or powder form is present. Since the process occurring in the steam reforming reactor 8 is endothermic, is a
Wärmezufuhr über eine Zirkulationsleitung 52 vorgesehen. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Wärme von der HHO-Gas-Verbrennung in einem Reaktor 4 mit Verbrennungsraum 41 mittels in der Zirkulationsleitung 52 zirkulierendem Wärmeträgermedium von einem Wärmetauscher 5 bereitgestellt. Heat supply via a circulation line 52 is provided. In the embodiment shown here, the heat from the HHO gas combustion in a reactor 4 with combustion chamber 41 is provided by means circulating in the circulation line 52 heat transfer medium from a heat exchanger 5.
Für das Reaktionsprodukt aus dem Dampfreformierreaktor 8 ist eine For the reaction product from the steam reforming reactor 8 is a
Gasleitung 83 vorgesehen, in der Wasserstoff und Kohlendioxid geführt ist. Die Gasleitung 83 führt zu einem Gastrennungsmittel 84 in Form einer Gas line 83 is provided, is guided in the hydrogen and carbon dioxide. The gas line 83 leads to a gas separation means 84 in the form of a
Nanoporenmembran, durch die die C02-Moleküle von den H2-Molekülen trennbar sind. Entsprechend führt eine C02-Leitung 85 und eine H2-Zufuhrleitung 91 von dem Gastrennungsmittel 84 zu weiteren Komponenten der Gesamtanordnung. Die H2-Zufuhrleitung 91 ist an einer Brennstoffzelle 9, bevorzugt einer alkalischen Brennstoffzelle 9 (AFC-Brennstoffzelle), angeschlossen. Ferner ist an der Brennstoffzelle 9 eine 02-Zufuhrieitung 92 angeschlossen, die im hier dargestellten Ausführungsbeispiel Sauerstoff von einer Abluftführung 53 der parallel ausgeführten HHO-Gas-Verbrennung zuführt. Für die Reaktionsprodukte der Brennstoffzelle 9 ist eine Wasserableitung 93 und eine Stromleitung 94 an der Brennstoffzelle 9 angeschlossen. Nanopore membrane, by which the C0 2 molecules are separable from the H 2 molecules. Similarly, a C0 2 line 85 and an H 2 feed line 91 from the gas separation means 84 provide additional components of the overall arrangement. The H 2 supply line 91 is connected to a fuel cell 9, preferably an alkaline fuel cell 9 (AFC fuel cell). Furthermore, a 0 2 supply line 92 is connected to the fuel cell 9, which in here illustrated embodiment, oxygen from an exhaust duct 53 of parallel executed HHO gas combustion supplies. For the reaction products of the fuel cell 9, a water outlet 93 and a power line 94 is connected to the fuel cell 9.
Das von der Brennstoffzelle 9 über die Wasserableitung 93 geführte Wasser weist einen reduzierten Deuteriumgehalt von < 140 ppm auf. Je nach The water fed from the fuel cell 9 via the water outlet 93 has a reduced deuterium content of <140 ppm. Depending on
Brennstoffzelle 9 und gewählten Verfahrensparametern kann bevorzugt auch ein Deuterium reduziertes Wasser mit einem Deuteriumgehalt von < 80 ppm entstehen. Die Wasserableitung 93 ist im hier dargestellten Ausführungsbeispiel an einer Aufbereitung für Deuterium reduziertes Wasser 6, nämlich einer Filter- und Dosierstation 62 angeschlossen und erhöht somit den Ertrag des Deuterium reduzierten Wassers aus der parallel ausgeführten HHO-Gas-Verbrennung. Fuel cell 9 and selected process parameters may preferably also a deuterium reduced water with a deuterium content of <80 ppm. The water discharge 93 is connected in the embodiment shown here to a treatment for deuterium reduced water 6, namely a filter and dosing station 62 and thus increases the yield of deuterium reduced water from the parallel executed HHO gas combustion.
Die Stromleitung 94 ist über eine geeignete Steuerung zur Stromeinspeisung an das öffentliche Stromnetz oder andere geeignete Verbraucher angeschlossen. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Stromleitung 94 an die The power line 94 is connected via a suitable control for power supply to the public power grid or other suitable consumers. In the embodiment shown here, the power line 94 to the
Stromversorgung 11 einer Elektrolysevorrichtung 1 zur Produktion von HHO-Gas angeschlossen. Power supply 11 of an electrolysis device 1 connected to the production of HHO gas.
Die C02-Leitung 85 führt in einen Methanolsynthesereaktor 7, wobei an der C02-Leitung 85 eine C02-Abscheideanlage 86 angeschlossen ist, die aus der Umgebungsluft C02 abscheidet und zusätzlich in die C02-Versorgung des Methanolsynthesereaktors 7 leitet. Ferner führt eine Wasserzufuhrleitung 76 über einen Verdampfer 75 in den Methanolsynthesereaktor 7. Die Zuführung beider Produkte in den Methanolsynthesereaktor 7 erfolgt über eine Mischdüse 71. Im Methanolsynthesereaktor 7 ist ein zweiter Katalysator 72 vorgehalten, der ebenfalls aus Kupfer-, Zink- und Aluminiumoxid besteht. Bevorzugt wird ein Katalysator gemäß DE 698 08 983 T2 verwendet. Die im The C0 2 line 85 leads into a methanol synthesis reactor 7, wherein a C0 2 -Abscheideanlage 86 is connected to the C0 2 line 85, which separates from the ambient air C0 2 and additionally passes into the C0 2 supply of the methanol synthesis reactor 7. Furthermore, a water supply line 76 via an evaporator 75 in the methanol synthesis reactor 7. The supply of both products in the methanol synthesis reactor 7 via a mixing nozzle 71. In methanol synthesis reactor 7, a second catalyst 72 is maintained, which also consists of copper, zinc and aluminum oxide. Preference is given to using a catalyst according to DE 698 08 983 T2. The im
Methanolsynthesereaktor 7 ablaufende Methanolsynthese ist exotherm, so dass ein Wärmeträgerkreislauf 74 über den Methanolsynthesereaktor 7 geführt ist, um die entstehende Prozesswärme abzuleiten. Der Wärmeträgerkreislauf 74 führt im hier dargestellten Ausführungsbeispiel zum Verdampfer 75, um das in der Wasserzufuhrleitung 76 zugeführte Wasser für den Methanolsyntheseprozess zu verdampfen. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel kommt das Wasser von einer Wasserversorgung 21 mit für beide Verfahren gemeinsamer Methanol synthesis reactor 7 proceeding methanol synthesis is exothermic, so that a heat carrier 74 is passed through the methanol synthesis reactor 7 to derive the resulting process heat. The heat transfer circuit 74 leads in the illustrated embodiment to the evaporator 75 to the supplied in the water supply line 76 water for the methanol synthesis process evaporate. In the embodiment shown here, the water comes from a water supply 21 with common for both methods
Wasservorbehandlung 2, bevorzugt einem Ionenaustauscher. Water pretreatment 2, preferably an ion exchanger.
Für das im Methanolsynthesereaktor 7 entstehende Methanol-Wasser-Gemisch ist eine Syntheseleitung 73 vorgesehen, die zum Tank 70 führt und somit den Prozesslauf schließt. Ferner ist am Methanolsynthesereaktor 7 ein For the methanol-water mixture formed in the methanol synthesis reactor 7, a synthesis line 73 is provided which leads to the tank 70 and thus closes the process run. Further, the methanol synthesis reactor 7 is a
Entgasungsventil 77 für überschüssigen Sauerstoff, der bei der Degassing valve 77 for excess oxygen, at the
Methanolsynthese aus Wasser und C02 entsteht, vorgesehen. Am Tank 70 ist ferner ein Überlauf für das Methanol-Wasser-Gemisch vorgesehen, der zu einer Methanol-Verwertung 78 führt. Methanol synthesis from water and C0 2 is formed, provided. On the tank 70, an overflow for the methanol-water mixture is also provided, which leads to a methanol recovery 78.
Für das Verständnis der Gesamtanordnung mit zwei kombinierten Verfahren wird auch die Anordnung zur Herstellung von Deuterium reduziertem Wasser mittels HHO-Gas-Verbrennung hinsichtlich seiner Komponenten und dem For the understanding of the overall arrangement with two combined methods, the arrangement for the production of deuterium reduced water by means of HHO gas combustion in terms of its components and the
Verfahrensablauf sowie den Verknüpfungspunkten mit dem Procedure as well as the linking points with the
Methanolsyntheseverfahren bezugnehmend auf Fig. 1 nachfolgend beschrieben. Methanol synthesis method with reference to Fig. 1 described below.
In der Elektrolysevorrichtung 1 wird mittels Gleichstromelektrolyse, gespeist von einer Netzstromversorgung 11 HHO-Gas erzeugt und einem In the electrolyzer 1 HHO gas is generated by means of direct current electrolysis, fed by a mains power supply 11 and a
HHO-Gasverteiler 12 zugeführt. Hier wird das HHO-Gas auf drei HHO gas distributor 12 supplied. Here is the HHO gas on three
HHO-Gasleitungen 13 zur Versorgung von HHO-Gasdüsen 14 aufgeteilt und nötigenfalls im Volumenstrom geregelt. HHO gas lines 13 to supply HHO gas nozzles 14 divided and, if necessary, regulated in the flow.
Das in die HHO-Gasdüsen 14 strömende HHO-Gas wird über nicht dargestellte elektrische Zündanlagen gezündet und im Verbrennungsraum 41 des Reaktors 4 verbrannt. Dabei wird die Flamme auf einen Katalysator 40 gerichtet. Der Katalysator 40 besteht aus Metalloxiden, insbesondere Al203 in pulverförmigem, kristallinem Zustand. Der Katalysator 40 lässt ein Plasma mit einer Temperatur von ca. 2800°C bis 3500°C entstehen. The HHO gas flowing into the HHO gas nozzles 14 is ignited by electric ignition systems, not shown, and burned in the combustion chamber 41 of the reactor 4. The flame is directed to a catalyst 40. The catalyst 40 consists of metal oxides, in particular Al 2 0 3 in a powdery, crystalline state. The catalyst 40 causes a plasma with a temperature of about 2800 ° C to 3500 ° C arise.
Eine Katalysatorträgerplatte 42 im Verbrennungsraum 41 wird mit dem darauf aufliegenden Katalysator 40 durch eine Dreh- und Hubeinrichtung 43 mit einer Geschwindigkeit von 1 bis 3 U/min gedreht, um die gesamte freie Oberfläche des Katalysators 40 von der HHO-Gasflamme zu überstreichen, so dass eine intensive und gleichmäßige Plasmabildung entsteht. Ferner wird der A catalyst support plate 42 in the combustion chamber 41 is rotated with the catalyst resting thereon 40 by a rotating and lifting device 43 at a speed of 1 to 3 rev / min to the entire free surface of the Catalyst 40 from the HHO gas flame to sweep, so that an intense and uniform plasma formation is formed. Furthermore, the
Verbrennungsvorgang des HHO-Gases in dem Verbrennungsraum 41 dabei durch die Höhenverstellbarkeit der Katalysatorträgerplatte 42 über die Dreh- und Hubeinrichtung 43, die Frischluftzufuhr und ggf. durch zusätzliches Eindüsen von Wasser geregelt. Combustion process of the HHO gas in the combustion chamber 41 thereby regulated by the height adjustment of the catalyst support plate 42 via the rotating and lifting device 43, the fresh air supply and possibly by additional injection of water.
Gleichzeitig strömt Frischluft 31 , die über einen Lüfter 3, einen Ringraum 32 und Luftzufuhröffnungen 33 unmittelbar im Bereich der HHO-Gasdüsen 14 zugeführt wird, in den Verbrennungsraum 41 und bildet um das Plasma eine At the same time, fresh air 31, which is supplied via a fan 3, an annular space 32 and air supply openings 33 directly in the area of the HHO gas nozzles 14, flows into the combustion chamber 41 and forms a plasma
Frischluftumhüllung, die die Wandungen des Verbrennungsraumes 41 vor Überhitzung schützt und bei weiterer Verwirbelung des Plasmas mit der Frischluftumhüllung that protects the walls of the combustion chamber 41 from overheating and further turbulence of the plasma with the
Frischluft 31 zu einer insgesamt abgekühlten Abluft mit einer Temperatur von < 600°C führt. Diese Abluft wird in einem Abluftkanal 45 dann dem Fresh air 31 leads to a total of cooled exhaust air at a temperature of <600 ° C. This exhaust air is in an exhaust duct 45 then the
Wärmetauscher 5 zugeführt. Im Wärmetauscher 5 wird die Abluft mittels einer Zirkulationsleitung 52 mit einem Wärmeträgermedium abgeführt. Die Heat exchanger 5 is supplied. In the heat exchanger 5, the exhaust air is removed by means of a circulation line 52 with a heat transfer medium. The
Zirkulationsleitung 52 führt im hier dargestellten Ausführungsbeispiel zum Dampfreformierreaktor 8 und liefert dort die erforderliche Prozesswärme von mindestens 180°C bis 320°C, um die endotherme, katalytische Reaktion mit Hilfe des ersten Katalysators 81 zu bewirken. Dabei wird das über die Circulation line 52 leads in the illustrated embodiment to the steam reforming reactor 8 and there supplies the required process heat of at least 180 ° C to 320 ° C to effect the endothermic catalytic reaction by means of the first catalyst 81. This is the over the
Methanol-Wasser-Gemisch-Zuleitung 82 zugeführte Gemisch in dem Methanol-water mixture feed 82 fed mixture in the
Dampfreformierreaktor 8 vergast und entsprechend der auf Seite 1 aufgeführten Formel (1) in Wasserstoff und Kohlendioxid reformiert. Steam reforming reactor 8 gasified and reformed according to the formula (1) listed on page 1 in hydrogen and carbon dioxide.
Dieses Gasgemisch wird über die Gasleitung 83 dem Gastrennungsmittel 84 zugeführt, wobei die beiden Gase in zwei artenrein getrennte Ströme separiert werden. Das reine Wasserstoff-Gas wird über die H2.Zufuhrleitung 91 der Brennstoffzelle 9 zugeführt. Um den für den Betrieb der Brennstoffzelle 7 erforderlichen Sauerstoff zuführen zu können, wird nun ein„Abfallprodukt“ des parallel laufenden HHO-Gas-Verbrennungsverfahrens verwendet, nämlich die Abluft bzw. ein Teilstrom der Abluft aus der Abluftführung 53, die nach der Verbrennung über den Abluftkanal 45 und den Wärmetauscher 5 geführt wird. In diesem Wärmetauscher wird durch Kühlung der Abluft aus der This gas mixture is supplied via the gas line 83 to the gas separation means 84, wherein the two gases are separated into two separate types of separate streams. The pure hydrogen gas is supplied via the H 2 supply line 91 of the fuel cell 9. In order to supply the oxygen required for the operation of the fuel cell 7, a "waste product" of the parallel HHO gas combustion process is now used, namely the exhaust air or a partial flow of the exhaust air from the exhaust duct 53, which after combustion over the Exhaust duct 45 and the heat exchanger 5 is guided. In this heat exchanger is by cooling the exhaust air from the
Plasma-HHO-Gas-Verbrennung Deuterium reduziertes Reaktionswasser kondensiert, das ein wesentliches Herstellungsprodukt dieses Vorganges ist. Dieses entstehende Reaktionswasser hat einen deutlich reduzierten Plasma HHO gas combustion Deuterium reduced water of reaction condenses, which is an essential manufacturing product of this process. This resulting water of reaction has a significantly reduced
Deuteriumgehalt < 80 ppm. Dieses Kondensat wird über die Kondensatleitung 61 der Filter- und Dosierstation 62 zugeführt. Zusätzlich kann in der Filter- und Dosierstation 62 eine Zudosierung von Mineralien und Spurenelemente zum Reaktionswasser erfolgen, um das Deuterium reduzierte Wasser für die Deuterium content <80 ppm. This condensate is fed via the condensate line 61 of the filter and metering station 62. In addition, in the filter and dosing station 62, a metered addition of minerals and trace elements to the reaction water to the deuterium reduced water for the
Ernährung, Therapie- oder Heilungsunterstützung optimal verwenden zu können. Die verbleibende Abluft besteht im Wesentlichen aus Sauerstoff und einer Restfeuchte. Nutrition, therapy or healing support to use optimally. The remaining exhaust air consists essentially of oxygen and residual moisture.
Optional kann zusätzlich im Verbrennungsraum 41 vollständig entsalzenes Wasser verwendet werden, das über die Wasservorbehandlung 2, insbesondere mittels Ionenaustauscher, und einem Wasserverteiler 22 mit Taktsteuerung über Wasserdüsen 24 direkt im Bereich des Plasmas eingespritzt wird. Durch die zusätzliche Wassereinspritzung wird ein größerer Ertrag des Deuterium reduzierten Wassers erreicht. Neben einer zusätzlichen Wasserstoffgewinnung und einer damit einhergehenden Plasmastabilisierung kann die Optionally, additionally completely desalinated water can be used in the combustion chamber 41, which is injected via the water pretreatment 2, in particular by means of an ion exchanger, and a water distributor 22 with cycle control via water nozzles 24 directly in the region of the plasma. The additional water injection achieves a greater yield of deuterium-reduced water. In addition to an additional hydrogen production and a concomitant plasma stabilization, the
Wassereinspritzung zum zusätzlichen Kühlen des Reaktors 4 verwendet werden, falls in der Verbrennungsüberwachung im Verbrennungsraum 41 übermäßig hohe Temperaturen entstehen sollten. Die Temperaturüberwachung wird dabei bevorzugt über ein Pyrometer durchgeführt, um eine reaktionsschnelle und berührungslose Temperaturmessung sicherzustellen. Durch die beschriebenen Regelmöglichkeiten bei der HHO-Verbrennung kann das ionisierte Plasma atmen, so dass die Abluft im Bereich des Abluftkanals 45 vor Eintritt in den Wärmetauscher 5 bereits unter 600°C abgekühlt ist. Water injection can be used for additional cooling of the reactor 4, if in the combustion monitoring in the combustion chamber 41 excessively high temperatures should arise. The temperature monitoring is preferably carried out via a pyrometer to ensure a fast reaction and non-contact temperature measurement. As a result of the described control possibilities in the case of HHO combustion, the ionized plasma can breathe, so that the exhaust air in the region of the exhaust air duct 45 has already cooled below 600 ° C. before entering the heat exchanger 5.
Interessanterweise wird bei der Verbrennung des HHO-Gases im Plasma neben der elektrolytisch vorher aufgespalteten Wassermenge zusätzlich Wasser gebildet, das offensichtlich von der in der Frischluft 31 zugeführten Interestingly, in the combustion of the HHO gas in the plasma in addition to the electrolytically previously split amount of water additionally water is formed, which is obviously supplied by the in the fresh air 31
Luftfeuchtigkeit herrührt. Ferner wird davon ausgegangen, dass in der Humidity comes from. It is also assumed that in the
Frischluft 31 enthaltene Stoffe, wie Stickstoff, Edelgase und Kohlendioxid in dem Plasma aufgeschlossen werden, wobei nicht klar ist, was mit diesen Stoffen genau passiert, ob diese aufgespalten, umgewandelt oder angelagert werden. Dies bedarf noch einer wissenschaftlichen Untersuchung. Es wird jedoch davon ausgegangen, dass sich der Kohlenstoff im Katalysator 40 anreichert und der Sauerstoff zusammen mit dem Reaktionswasserdampf die Abluft bildet. Der gemessene Sauerstoffgehalt in der Abluft beträgt 18 % bis 20,5 %. Der Rest besteht aus dem Reaktionswasserdampf und ist im Rahmen der Fresh air 31 contained substances, such as nitrogen, noble gases and carbon dioxide are digested in the plasma, and it is not clear what exactly happens with these substances, whether they are split, converted or deposited. This still requires a scientific investigation. It is, however, of it assumed that the carbon accumulates in the catalyst 40 and the oxygen forms the exhaust air together with the reaction water vapor. The measured oxygen content in the exhaust air is 18% to 20.5%. The remainder consists of the reaction water vapor and is within the scope of
Messgenauigkeit emissionsfrei, wobei der Reaktionswasserdampf weitgehend durch Kondensation abgeschieden und das Herstellungsprodukt Deuterium reduziertes Wasser bildet. Der in dem Katalysator 40 aufgenommene Kohlenstoff führt zur Edelsteinbildung unter den extremen Bedingungen im Plasma. Daher sollte der Katalysator 40 von Zeit zu Zeit, beispielsweise ein bis zweimal jährlich ausgetauscht werden. Grundsätzlich verbraucht sich der Katalysator 40 aus Metalloxiden, insbesondere Al203, nicht in dem Verbrennungsprozess. Der Verfahrensablauf kann somit neben der Produktion von Deuterium reduziertem Wasser auch zur Produktion von Edelsteinen und damit zur C02 Reduzierung herangezogen werden. Emission accuracy emission-free, with the reaction water vapor largely separated by condensation and the product of manufacture Deuterium forms reduced water. The carbon taken up in the catalyst 40 leads to the formation of gems under the extreme conditions in the plasma. Therefore, the catalyst 40 should be replaced from time to time, for example, once or twice a year. Basically, the catalyst 40 of metal oxides, especially Al 2 0 3 , does not consume in the combustion process. The procedure can thus be used in addition to the production of deuterium reduced water for the production of gemstones and thus for C0 2 reduction.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
Elektrolysevorrichtung 5 Wärmetauscher Electrolysis device 5 heat exchanger
Stromversorgung 52 Zirkulationsleitung HHO-Gasverteiler 53 Abluftführung Power supply 52 Circulation line HHO gas distributor 53 Exhaust air duct
HHO-Gasleitung HHO gas line
HHO-Gasdüse Wasservorbehandlung, 6 Aufbereitung für Deuterium Ionenaustauscher reduziertes Wasser Wasserversorgung 61 Kondensatleitung HHO gas nozzle Water pretreatment, 6 Treatment for deuterium ion exchanger Reduced water Water supply 61 Condensate line
Wasserverteiler, Taktsteuerung 62 Filter- und Dosierstation Wasserleitung 63 Abfüllleitung Water distributor, cycle control 62 Filtering and dosing station Water line 63 Filling line
Wassereinspritzdüse Lüfter 7 Methanolsynthesereaktor Frischluft 70 Methanol-Wasser-Tank Ringraum 71 Mischdüse Water Injector Fan 7 Methanol Synthesis Reactor Fresh Air 70 Methanol Water Tank Annular Space 71 Mixing Nozzle
Luftzufuhröffnung 72 zweiter Katalysator Air supply port 72 second catalyst
73 Syntheseleitung  73 synthesis line
Reaktor 74 Wärmeträgerkreislauf Katalysator 75 Verdampfer Reactor 74 Heat transfer circuit Catalyst 75 Evaporator
Verbrennungsraum 76 Wasserzufuhrleitung Katalysatorträgerplatte 77 Entgasungsventil Combustion chamber 76 Water supply line Catalyst support plate 77 Degassing valve
Dreh- und Hubeinrichtung 78 Methanol-Verwertung Antriebsmittel Turning and lifting device 78 Methanol recovery drive means
Abluftkanal Dampfreformierreaktor 9 Brennstoffzelle erster Katalysator 91 H2-Zufuhrleitung Methanol-Wasser-Gemisch- 92 02-Zufuhrleitungexhaust duct Steam reforming reactor 9 Fuel cell first catalyst 91 H 2 supply line methanol-water mixture 92 0 2 feed line
Zuleitung supply
Gasleitung 93 Wasserableitung Gastrennungsmittel 94 Stromleitung C02-Leitung Gas line 93 Water drainage Gas separator 94 Power line C0 2 line
C02-Abscheideanlage C0 2 separation plant
Z Zylinderachse  Z cylinder axis

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E PATENT APPLICATIONS
1. Verfahren zur Methanolsynthese mit den Schritten: 1. Process for the synthesis of methanol with the steps:
Bereitstellen eines flüssigen Gemisches aus Methanol und Wasser; katalytische Reformierung des Gemisches aus Methanol und Wasser unter Wärmezufuhr zu 3H2 und C02; Providing a liquid mixture of methanol and water; catalytic reforming of the mixture of methanol and water with addition of heat to 3H 2 and C0 2 ;
Trennung von H2 und C02 in zwei artenreine Gasströme;Separation of H 2 and C0 2 into two pure gas streams;
Zuführen des so gewonnenen Wasserstoffs zusammen mit Sauerstoff zu einer Brennstoffzelle (9); Supplying the thus obtained hydrogen together with oxygen to a fuel cell (9);
Umsetzen des Wasserstoffs und des Sauerstoffs in der Brennstoffzelle (9) zu Reaktionswasser bei Abgabe elektrischer Energie;  Reacting the hydrogen and the oxygen in the fuel cell (9) to water of reaction when emitting electrical energy;
- während parallel zur Wasserstoffverarbeitung das so gewonnene C02 mit neu zugeführtem H20 vermischt und katalytisch zu einem Gemisch aus Methanol und Wasser unter Wärmeabgabe synthetisiert und wieder dem ersten Verfahrensschritt zugeführt wird. - While parallel to the hydrogen processing, the thus obtained C0 2 mixed with newly fed H 2 0 and catalytically synthesized to give a mixture of methanol and water with heat release and fed back to the first process step.
2. Verfahren zur Methanolsynthese nach Anspruch 1 , dadurch 2. A process for the synthesis of methanol according to claim 1, characterized
gekennzeichnet, dass das so gewonnene H2, das C02 und/oder der Sauerstoff komprimiert und zwischengespeichert werden. characterized in that the thus obtained H 2 , the C0 2 and / or the oxygen are compressed and cached.
3. Verfahren zur Methanolsynthese nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Vermischen des so gewonnenen C02 mit dem neu zugeführtem H20 zusätzlich 1 bis 10 Gew % C02 von einer neuen Quelle zugeführt wird, wobei die Rekombination bei 3. A process for methanol synthesis according to claim 1 or 2, characterized in that during mixing of the thus obtained C0 2 with the newly supplied H 2 0 additionally 1 to 10 wt% C0 2 is supplied from a new source, wherein the recombination at
Temperaturen von 250°C bis 350°C erfolgt und überschüssiges  Temperatures from 250 ° C to 350 ° C and excess takes place
Methanol-Wasser-Gemisch für eine andere Verwertung abgezogen wird.  Methanol-water mixture is withdrawn for another recovery.
4. Verfahren zur Methanolsynthese nach Anspruch 3, dadurch 4. A process for the synthesis of methanol according to claim 3, characterized
gekennzeichnet, dass das neu zugeführte C02 durch Absorption aus der Umgebungsluft herausgefiltert und der Methanolsynthese zugeführt wird. characterized in that the newly supplied C0 2 by absorption The ambient air is filtered out and fed to the methanol synthesis.
5. Verfahren zur Methanolsynthese nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem überschüssigen Methanol-Wasser- Gemisch das Methanol abgetrennt und zu Propylen und/oder synthetischen Kraftstoffen umgewandelt wird. 5. A process for the synthesis of methanol according to claim 3 or 4, characterized in that the methanol is separated from the excess methanol-water mixture and converted into propylene and / or synthetic fuels.
6. Verfahren zur Methanolsynthese nach einem der vorangehenden 6. Process for the synthesis of methanol according to one of the preceding
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es zusammen mit einem Verfahren zur Herstellung von Deuterium reduziertem Wasser durchgeführt wird, bei dem aus einer Elektrolyse gewonnenes  Claims, characterized in that it is carried out together with a process for the production of deuterium reduced water, in which obtained from an electrolysis
HHO-Gas in einem Reaktor (4) eingedüst und gezündet und in  HHO gas in a reactor (4) injected and ignited and in
Gegenwart von Metalloxiden als Katalysator (40) bei Temperaturen von 2800°C bis 3500°C in einem Plasma zu entstehendem  The presence of metal oxides as a catalyst (40) at temperatures of 2800 ° C to 3500 ° C in a plasma zugebem to
Reaktionswasser umgesetzt wird, wobei Luft dem Verbrennungsofen zugeführt wird, die Luft das Plasma umgibt und somit das Plasma gekühlt wird und anschließend das Plasma nach der Verbrennung als Abluft abgekühlt und das darin befindliche Reaktionswasser  Reaction water is reacted, wherein air is supplied to the combustion furnace, the air surrounds the plasma and thus the plasma is cooled and then cooled the plasma after combustion as exhaust air and the reaction water therein
kondensiert und aufgefangen wird, wobei die Wärme aus der  is condensed and collected, with the heat from the
HHO-Gas-Verbrennung für die katalytische Aufspaltung des Gemisches aus Methanol und Wasser verwendet wird.  HHO gas combustion is used for the catalytic decomposition of the mixture of methanol and water.
7. Verfahren zur Methanolsynthese nach Anspruch 6, dadurch 7. A process for the synthesis of methanol according to claim 6, characterized
gekennzeichnet, dass das Reaktionswasser aus der Brennstoffzelle (9), das einen reduzierten Deuteriumgehalt von < 140 ppm hat, dem  characterized in that the reaction water from the fuel cell (9), which has a reduced deuterium content of <140 ppm, the
Deuterium reduzierten Wasser aus der HHO-Gas-Verbrennung zugeführt wird.  Deuterium reduced water from the HHO gas combustion is supplied.
8. Verfahren zur Methanolsynthese nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abluft aus der HHO-Gas-Verbrennung, die im Wesentlichen aus Sauerstoff besteht, der Brennstoffzelle (9) zugeführt wird. 8. A method for methanol synthesis according to claim 6 or 7, characterized in that the exhaust air from the HHO gas combustion, which consists essentially of oxygen, the fuel cell (9) is supplied.
9. Verfahren zur Methanolsynthese nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Brennstoffzelle (9) erzeugte elektrische Energie zur Elektrolyse von Wasser in HHO-Gas verwendet wird. 9. A method for methanol synthesis according to claim 6, 7 or 8, characterized in that in the fuel cell (9) generated electrical energy for the electrolysis of water in HHO gas is used.
10. Anordnung zur Methanolsynthese, bei der ein Gemisch aus Methanol und Wasser in einem Tank (70) bevorratet ist, wobei ein 10. Arrangement for the synthesis of methanol, in which a mixture of methanol and water in a tank (70) is stored, wherein a
Dampfreformierreaktor (8) mit einem ersten Katalysator (81)  Steam reforming reactor (8) with a first catalyst (81)
vorgesehen ist, in dem das Gemisch aus Methanol und Wasser unter Wärmezufuhr zu 3H2 und C02 reformiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gastrennungsmittel (84) vorgesehen ist, das das reformierte 3H2 und C02-Gasgemisch in je eine Leitung (85, 91) separiert, und stromabwärts der H2-Zufuhrleitung (91) eine Brennstoffzelle (9) und stromabwärts der C02-Leitung (85) ein Methanolsynthesereaktor (7) mit einem zweiten Katalysator (72) angeordnet sind, wobei eine is provided, in which the mixture of methanol and water with the addition of heat to 3H 2 and C0 2 is reformed, characterized in that a gas separation means (84) is provided, the reformed 3H 2 and C0 2 gas mixture in each line (85 , 91), and downstream of the H 2 supply line (91) a fuel cell (9) and downstream of the C0 2 line (85) a methanol synthesis reactor (7) with a second catalyst (72) are arranged, wherein a
Wasserzufuhrleitung (76) zum Methanolsynthesereaktor (7) sowie eine Syntheseleitung (73) vom Methanolsynthesereaktor (7) zum Tank (70) vorgesehen sind, sodass im Methanolsynthesereaktor (7) C02 und H20 unter Einfluß des zweiten Katalysators (72) zum CH3OH und H20 Gemisch unter Abgabe von Wärme synthetisiert wird. Water supply line (76) to the methanol synthesis reactor (7) and a synthesis line (73) from the methanol synthesis reactor (7) to the tank (70) are provided so that in the methanol synthesis reactor (7) C0 2 and H 2 0 under the influence of the second catalyst (72) to CH 3 OH and H 2 0 mixture is synthesized with the release of heat.
11 Anordnung zur Methanolsynthese nach Anspruch 10, dadurch 11 arrangement for the synthesis of methanol according to claim 10, characterized
gekennzeichnet, dass das Gastrennungsmittel (84) eine  characterized in that the gas separation means (84) is a
Nanoporenmembran hat, durch die C02-Moleküle von den Nanopore membrane has, through the C0 2 molecules of the
H2-Molekülen trennbar ist. H 2 molecules is separable.
12. Anordnung zur Methanolsynthese nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle (9) eine alkalische 12. Arrangement for the synthesis of methanol according to claim 10 or 11, characterized in that the fuel cell (9) is an alkaline
Brennstoffzelle (9) mit KOH-Elektrolyt ist.  Fuel cell (9) with KOH electrolyte is.
13. Anordnung zur Methanolsynthese nach Anspruch 10, 11 oder 12, 13. Arrangement for the synthesis of methanol according to claim 10, 11 or 12,
dadurch gekennzeichnet, dass der Methanolsynthesereaktor (7) eine Mischstrecke mit einer Mischdüse (71) hat, über die das Kohlendioxid und das Wasser vermischt wird, wobei das Wasser als Dampf vorliegt und am Methanolsynthesereaktor (7) ein Wärmeträgerkreislauf (74) zur Wärmeabfuhr vorgesehen ist. characterized in that the methanol synthesis reactor (7) has a mixing section with a mixing nozzle (71) through which the carbon dioxide and water are mixed, the water being in the form of vapor and the methanol synthesis reactor (7) a heat transfer circuit (74) is provided for heat dissipation.
14. Anordnung zur Methanolsynthese nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung von Kohlendioxid aus der Umgebungsluft eine C02-Abscheideanlage (86) vorgesehen ist. 14. An arrangement for methanol synthesis according to any one of claims 10 to 13, characterized in that for the production of carbon dioxide from the ambient air, a C0 2 -Abscheideanlage (86) is provided.
15. Anordnung zur Methanolsynthese nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Katalysator (81 , 72) Metalloxide enthält. 15. Arrangement for methanol synthesis according to one of claims 10 to 14, characterized in that the first and second catalyst (81, 72) contains metal oxides.
16. Anordnung zur Methanolsynthese nach Anspruch 15, dadurch 16. Arrangement for methanol synthesis according to claim 15, characterized
gekennzeichnet, dass der erste und zweite Katalysator (81 , 72) aus characterized in that the first and second catalysts (81, 72) are made of
CuO, ZnO und Al203 bestehen mit einem Gewichtsverhältnis von 50 bis 80 Gew. % CuO, 12 bis 40 Gew. % ZnO und 5 bis 15 Gew. % Al203. CuO, ZnO and Al 2 O 3 consist of a weight ratio of 50 to 80 wt.% CuO, 12 to 40 wt.% ZnO and 5 to 15 wt.% Al 2 O 3 .
17. Anordnung zur Methanolsynthese nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch aus Methanol und Wasser ein Mischungsverhältnis von 70 bis 60 Gew. % CH3OH zu 17. An arrangement for methanol synthesis according to any one of claims 10 to 16, characterized in that the mixture of methanol and water, a mixing ratio of 70 to 60 wt.% CH 3 OH to
30 bis 40 Gew. % H20 hat. 30 to 40 wt.% H 2 0 has.
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