CH697389B1

CH697389B1 - Integrierter Reaktor.

Info

Publication number: CH697389B1
Application number: CH01610/04A
Authority: CH
Inventors: Oliver Marquardt
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 2003-10-08
Filing date: 2004-10-01
Publication date: 2008-09-15
Also published as: DE10346619A1

Abstract

Es wird ein integrierter Reaktor zur Herstellung eines Dampfgemisches aus mindestens zwei dem Reaktor über einen Zuführbereich gemeinsam zuführbaren flüssigen Fluidströmen durch zumindest teilweise Expansion des flüssigen Fluidgemisches am Ende des Zuführbereiches vorgestellt. Einer der mindestens zwei Fluidströme neigt zu einer unerwünschten Zersetzung und Ablagerungsbildung. Dieser flüssige Fluidstrom ist in dem Zuführungsbereich laminar in die Mitte eines weiteren der mindestens zwei Fluidströme zudosierbar, so dass der zur Zersetzung und Ablagerungsbildung neigende flüssige Fluidstrom in dem Zuführungsbereich von dem weiteren Fluidstrom umschlossen wird.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft einen integrierten Reaktor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 23.

Stand der Technik

[0002] Die örtlich verteilte Herstellung kleiner Stoffmengen ("on-site production") gewinnt in der chemischen Industrie und ihrem Umfeld verstärkt Interesse.

Ausgereifte verfahrenstechnische Apparate zur intensivierten, kompakten Durchführung dieser Prozesse, wie beispielsweise sogenannte Mikroreaktoren, sind für viele Anwendungen jedoch noch nicht Stand der Technik.

[0003] Die DE 10 036 602 A1 beschreibt einen Mikroreaktor zur Durchführung von chemischen Rektionen für Reaktionen zwischen einem Reaktionspartner in fluider Form und einem Reaktionspartner in gasförmiger Form, gegebenenfalls in Gegenwart eines festen Katalysators, wobei die chemische Prozessführung in Räumen stattfindet, die von zwei oder mehreren im Wesentlichen planparallelen Platten oder Schichten gebildet werden, wobei mindestens eine dieser Platten oder Schichten eine Fluidführungsplatte darstellt, die so strukturiert und/oder angeordnet ist,

dass der fluide Reaktionspartner nur aufgrund des Einflusses der Schwerkraft und/oder von Kapillarkräften in mindestens einem im Wesentlichen ununterbrochenen Kapillarfaden entlang der Oberfläche dieser Platte oder Schicht fliesst und dabei mit dem gasförmigen Reaktionspartner in Kontakt tritt und reagiert.

[0004] In der DE 10 106 953 A1 werden Mikroreaktoren beschrieben, die aus mindestens einem auf einen Träger aufgebrachten Mikroreaktionssystem mit jeweils mindestens einem Mikroreaktionsraum, mindestens einem Zulauf für Edukte und mindestens einem Ablauf für Produkte bestehen, die sich dadurch auszeichnen, dass die Mikroreaktionssysteme mit einer inertisierenden Beschichtung, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Siliziumdioxid,

Siliziumnitrid und/oder Aluminiumoxid ausgestattet sind.

[0005] Die breite industrielle Einführung kompakter Reaktoren verläuft unter anderem durch Vorbehalte hinsichtlich des langzeitstabilen Verhaltens von Apparaten, die durch kleine Strukturabmessungen gekennzeichnet sind, verzögert.

[0006] Ein Hinderungsgrund bzgl. der geforderten Langzeitstabilität liegt für verschiedene Prozesse in der Bildung von Ablagerungen an fluidführenden Wandmaterialien. Die Bildung von Ablagerungen tritt bevorzugt durch unerwünschte Zersetzungsreaktionen von organischen Ausgangsstoffen am Wandmaterial, auch Ablagerungsbildung oder Fouling genannt, auf.

[0007] Erste Untersuchungen im Bereich der Mikroreaktionstechnik beschäftigen sich mit der Verhinderung der Ablagerungsbildung bei Mischvorgängen.

Konzepte zur durchgängigen Gestaltung eines kompakten Prozesses, der mehrere Prozessschritte unter Berücksichtigung der Vermeidung von Ablagerungen integriert, sind bisher aber kaum bekannt.

[0008] In der DE 10 045 309 A1 wird der Betrieb eines Mikrostrahlreaktors beschrieben, wobei in einem, von einem Reaktor eingeschlossenen Gasraum Flüssigkeitsstrahlen, durch Düsen auf einen gemeinsamen Kollisionspunkt gerichtet, aufeinander treffen und über eine zusätzliche Öffnung im Reaktorinneren ein Gas oder eine Flüssigkeit zur Aufrechterhaltung der Gasatmosphäre und zur gleichzeitigen Kühlung zugeführt wird, und der Reaktor eine weitere, mit einem Druckhalteventil ausgestattete Öffnung zum Abtransport von Reaktionsprodukten und Kühlmedien aufweist.

Bei dem erfindungsgemässen Mikroreaktor stehen die Edukte nicht nur nicht im direkten statischen Kontakt, vielmehr werden die Reaktionsprodukte nach gewünschtem Reaktionsende und Abstellen der Eduktzuführungen durch die Gaszuführung vollständig aus dem Reaktor entleert. Somit können keine Fouling- und Verblockungsprobleme auftreten, da die Reaktionskammer bzw. deren Ausgang so gestaltet ist, dass keine engen Räume auftreten.

[0009] Sogenannte "Jetmixer" oder auch Strahlpumpen/-verdichter werden neben Fluidverdichtungsaufgaben auch für Mischvorgänge in der chemischen Industrie herangezogen. Sie werden üblicherweise so betrieben, dass ein Fluid unter hohem Druck mittels einer Düse entspannt wird.

Seitlich wird nach der Düse ein zweites Fluid unter niedrigerem Druck zugeführt, welches verdichtet werden kann, da die Düsengeometrie so ausgelegt ist, dass der statische Druck an der Zuführungsstelle des zweiten Fluids niedrig ist. In der Zone nach der Düse kann eine Durchmischung beider Fluide erzielt werden.

[0010] Zur Vermischung von Fluidströmen in Mikrostrukturen sind weiterhin sogenannte "V-Micro-Jetmixer" bekannt, wie sie in S. Ehlers, "Mixing in the Offstream ofa MicroChannel System", Chem. Eng. and Processing, Seite 291-198 (2000), vorgestellt werden. Bei diesem Verfahren soll die Mischung durch die Zusammenführung zweier Fluide, die in abwechselnden Fluidlagen geführt werden, erzielt werden. Die Fluide werden in abwechselnden Kanalstrukturen geführt.

Am Ende der übereinanderliegenden Kanalstrukturen erfolgt die Vermischung, wobei die Projektion zweier benachbarter Fluidführungslagen eine V-Form ergibt. Ziel ist die Turbulenzerhöhung während des Mischvorgangs.

[0011] Eine funktional ähnliche Ausführung zur Erhöhung der Mischgüte ist aus der DE 19 540 292 C1 bekannt. Darin wird eine gebogene Fluidführung in der Fluidführungsstruktur und ein paralleles Austreten der Fluide in die Mischkammer vorgeschlagen.

[0012] Aus der WO 97/22 547 ist die bis zur Verdüsung und Vermischung eines Oxidationsmittels mit einem Brennstoffstrom räumlich getrennte Führung mehrerer Fluidströme bekannt, Zielsetzung ist die Gemischbildung für partielle Oxidationsprozesse. Eine Integration mit weiteren, heterogen geführten Reaktionsschritten nach dem Vermischungsvorgang findet nicht statt.

An den Vermischungsvorgang schliesst sich die Vergasungszone an.

[0013] Zudem ist aus der GB 844 950 eine Mischdüse bekannt, bei der eine Vermischung zwischen zwei Stoffströmen durch eine axiale Zuführung des ersten sowie eine seitliche Zuführung des zweiten Stromes erfolgen soll. Der Mischvorgang soll dabei durch Erzeugung eines Dralls bereits vor dem Austritt aus der Düse durch entsprechende Leitelemente vor der Austrittsstelle stattfinden.

Vorteile der Erfindung

[0014] Der erfindungsgemässe "integrierte Reaktor hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil,

dass damit erstmals die kompakte Integration von traditionell getrennt ausgeführten Prozessschritten unter Berücksichtigung der Minimierung der Ablagerungsbildung ermöglicht wird.

[0015] Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den in den abhängigen Ansprüchen genannten Massnahmen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0016] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
<tb>Fig. 1<sep>schematisch eine Querschnittsansicht des erfindungsgemässen integrierten Reaktors;

<tb>Fig. 2<sep>schematisch eine erste Variante zur Fluidführung in dem erfindungsgemässen Reaktor;

<tb>Fig. 3<sep>schematisch eine zweite Variante zur Fluidführung in dem erfindungsgemässen Reaktor;

<tb>Fig. 4<sep>schematisch eine dritte Variante zur Fluidführung in dem erfindungsgemässen Reaktor; und

<tb>Fig. 5<sep>eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A der Fig. 1.

Ausführungsbeispiele

[0017] Kern der vorliegenden Erfindung ist die nachfolgend beschriebene Integration von aufeinanderfolgenden Prozessschritten von mindestens zwei Fluidströmen in einem kompakten Reaktionsapparat oder integrierten Reaktor unter besonderer Berücksichtigung der Gefahr der Bildung von Ablagerungen (Foulinggefahr) durch einen der beiden Fluidströme. Unter "Reaktionsapparat" oder "Reaktor" werden im Folgenden zur Vereinfachung eine örtliche, räumlich integrierte Abfolge von Prozessschritten wie bspw. Gemischaufbereitung und Reaktionsbereich sowie gegebenenfalls weitere Bereiche wie Stofftrennung oder Stoffeinspeisung verstanden.

[0018] Es wird aus mindestens zwei Fluidströmen, die dem Reaktor gemeinsam zugeführt werden, ein Gas- oder Gas-/Dampfgemisch erzeugt.

Einer der zugeführten Fluidströme zeichnet sich dadurch aus, dass es bei Berührung des Reaktanden mit dem Wandmaterial des Reaktors bei bestimmten Betriebsbedingungen reaktionsbedingt zur Bildung von Ablagerungen wie z.B. Salzen oder Fouling durch unerwünschte Zersetzung von Bestandteilen dieses Fluidstroms kommen kann. Es ist dabei nicht unbedingt notwendig, dass beide Fluidströme in flüssigem Zustand vorliegen. Ebenso kann mindestens ein Strom gasförmig sein. Vorteilhafterweise ist dies der Fluidstrom, der weniger ablagerungsgefährdet ist.

Des Weiteren kann mindestens einer der zugeführten Fluidströme im Zeitverlauf wechseln, so beispielsweise dann, wenn bei Ausserbetriebnahme des Reaktors der eine Fluidstrom z.B. durch einen oxidierend wirkenden Fluidstrom ersetzt wird, der bspw. dazu dienen kann, Ablagerungen im Reaktor, insbesondere auf dem katalytisch aktiven Bereich, zu entfernen. Zudem kann zeitabhängig die durchgeführte Reaktion gewechselt werden. Zum Beispiel kann ein Wechsel von der Dampfreformierung eines Kohlenwasserstoffgemisches zur autithermen Reformierung eines Kohlenwasserstoffgemisches oder partiellen Oxidation erfolgen.

[0019] Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, auftretende Wandablagerungen, die die Langzeitstabilität gefährden können, weitestgehend zu vermeiden.

Dies soll dadurch verhindert werden, dass der Kontakt des zur Zersetzung neigenden Fluidstroms mit dem Wandmaterial im Prozess weitestgehend unterbunden wird.

[0020] Ausgangspunkt des vorgestellten Verfahrens sowie des integrierten Reaktors zur Ausführung dieses Verfahrens sind mindestens zwei Fluidströme 1,2, die in flüssiger Form vorliegen. Im Folgenden soll zur Vereinfachung davon ausgegangen werden, dass Strom 2 als der foulinggefährdete Strom gilt. Selbstverständlich kann aber auch der Strom 1 als gefährdeter Strom angesehen werden.

[0021] Strom 2 kann beispielsweise aus einer organischen Substanz oder einer Mischung von organischen Substanzen bestehen, beispielsweise einer Mischung aus Kohlenwasserstoffen, die eine Zusammensetzung ähnlich der eines Kraftstoffgemisches wie Benzin oder Diesel aufweist.

Die nachfolgenden Ausführungen gelten unter der Annahme, dass eine Anwendung vorliegt, bei der ein Dampfgemisch gebildet werden soll, wobei nach der Bildung des Gemisches dieses auf ein definiertes Temperaturniveau eingestellt werden soll. Während des Gemischbildungsprozesses sowie der Einstellung des Temperaturniveaus können eine oder mehrere Reaktionen zwischen den Gemischkomponenten und/oder mit dem Wandmaterial ablaufen. Die Reaktionen können sowohl homogen als auch heterogen ablaufen. Vorzugsweise schliesst sich an die Stelle mit dem engsten Materialquerschnitt, im Folgenden "Düse" genannt, eine Zone an, die insbesondere Wärmetauschaufgaben übernimmt.

Die Reaktion der Gemischbestandteile ist anwendungsabhängig, vorzugsweise wird bei dem vorgestellten Verfahren von einer endothermen Reaktion ausgegangen, wobei die Wärmezufuhr vorzugsweise durch ein aufgeheiztes Wandmaterial in einem definierten Reaktionsbereich erfolgen soll. Der Grundwerkstoff dieses Bauteils ist vorzugsweise ein metallischer Werkstoff. Insbesondere der Bereich nach der Düse kann jedoch mit einer keramischen Substanz, beispielsweise Alummiumoxid, Siliziumnitrid, Zirkonoxid, Siliziumkarbid oder anderen Keramiken versehen sein. Diese Keramik kann zum einen als Beschichtung aufgebracht sein, andererseits kann die Keramik im Sinne einer Auskleidung getrennt von der metallischen Grundstruktur eingebracht sein.

[0022] Grundsätzlich sollen in dem erfindungsgemässen integrierten Reaktor Reaktionen durchgeführt werden können, deren Wärmetönung komplex ist.

So ist es bspw. denkbar, dass aufgrund von Vorreaktionen in der Gasphase eine Exothermie entsteht. Dieses Phänomen tritt bei der Umsetzung höherer Kohlenwasserstoffe in niedrigere Kohlenwasserstoffe unter Bildung von Wasserstoff bei Reformierungsprozessen auf. Exotherme Vorreaktionen sind auch als "Kalte Flamme" bekannt. Im hinteren, in einer speziellen Ausführungsform katalytisch beschichteten, Teil des Reaktors ist es denkbar, dass das sich teilweise selbst aufheizende Gemisch heterogen katalysiert insgesamt endotherm reagiert. Ein Anwendungsfall, in dem das beschriebene Verhalten auftreten kann, ist die Wasserdampfreformierung von langkettigen Kohlenwasserstoffen.

Hier verläuft die Dekompositionsreaktion der längerkettigen Kohlenwasserstoffe insbesondere zu Methan und Wasserstoff im Rahmen eines sogenannten Pre-Reformung exotherm, die Dampf-Reformierung des entstandenen Methans endotherm.

[0023] Fig. 1 zeigt schematiseh eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemässen integrierten Reaktors 10, dem zwei Fluide (Fluid 1, Fluid 2) über einen Zuführungsbereich 12 zugeführt werden. Nach der Durchströmung der Zuführungszone 12 wird die Strömung beider Fluide dann bis zu einer Querschnittsverengung 13 geführt. Bei der Querschnittsverengung kann es sich beispielsweise um eine Düse handeln.

Der Verengungsbereich ist dabei nach den bekannten Regeln der Technik so ausgeführt, dass Rezirkulationen, die die weitgehend vorhandene Phasentrennung der beiden Fluide beeinflussen können, weitestgehend unterbunden werden.

[0024] Der Bereich vor der Düse 13 kann vielfältig gestaltet sein. In der einfachsten, in Fig. 1 gezeigten Realisierung werden die Fluide 1 und 2 in konzentrischen Röhren 14 (in Fig. 1 durch die Symmetrielinie 15 angedeutet) bis zur Düse geführt. Bei alternativen Varianten, beispielsweise bei erhöhten Durchsatzanforderungen oder aus konstruktiven Gründen, sind andere Querschnittsgeometrien denkbar, insbesondere rechteckige Querschnitte. In diesem Spezialfall verändert sich die Düsengeometrie in einen Schlitz.

Wichtig für die Erfindung ist, dass der foulingempfindliche Fluidstrom (im vorliegenden Beispiel also Fluid 2) innerhalb des weniger oder gar nicht foulinggefährdeten Fluidstromes (hier Fluid 1) geführt wird.

[0025] Grundvoraussetzung für die vorliegende Erfindung ist, dass die Strömungsgeschwindigkeiten in dem Bereich vor der Düse 13 so gewählt sind, dass sich eine laminare Strömung einstellt.

Bei der Förderung von Flüssigkeiten und entsprechender Auslegung der Zuführungszone 12 ist der Stofftransport aus dem Fluid 2 an die Wand 16 der konzentrischen Röhren 14 so behindert, dass die Konzentration foulingverursachender Inhaltsstoffe des Fluids 2 in Wandnähe bis zur Düse 13 aufgrund der laminaren Strömung und der geringen Diffusion in Flüssigkeiten sehr gering gehalten werden kann.

[0026] Der Zuführungsbereich 11 sowie die Zuführungszone 12 können in verschiedenen Gestaltungen ausgebildet sein. Fig. 2 zeigt beispielsweise eine seitliche Zuführung des Fluids 1, während in Fig. 3 eine seitliche Zuführung des Fluids 2 gezeigt ist.

Bei allen Ausgestaltungen wird jedoch der foulinggefährdete Fluidstrom (hier Fluid 2) im gleichen, durch Wandmaterial 16 abgegrenzten, Querschnitt in der Strömungsmitte von Fluid 1 bis zur Querschnittsverengung 13 (Düse) geführt.

[0027] Mittels der Düse 13 wird die Fluidmischung dann auf einen niedrigeren Druck entspannt.

Druckverhältnisse sowie Wandtemperatur in diesem Bereich werden durch entsprechende Massnahmen (die Wandtemperatur ergibt sich infolge der äusseren Bedingungen, nämlich der Wärmzufuhr an der Aussenseite der fluidführenden Struktur und der Wärmeleitung entlang/entgegen der Strömungsrichtung) so eingestellt, dass durch die Entspannung der Grossteil der Fluidmischung in die Dampfphase übergeht.

[0028] Die charakteristischen minimalen Abmessungen quer zur Strömungsrichtung in einem Bereich 17, der an die Düse 13 anschliesst, liegen in der Grössenordnung kleiner 1000 Microm, bevorzugt kleiner 500 Microm. Der Bereich 17 dient gegebenenfalls zum Verdampfen, in jedem Fall jedoch zum Überhitzen und Aufheizen des Gas- oder Gas-/Dampfgemisches auf die Reaktionstemperatur. Der Wärmeeintrag erfolgt bevorzugt indirekt durch den Kontakt mit dem Wandmaterial 16 im Bereich 17.

Wie bereits erwähnt, kann das Wandmaterial sowohl aus einer metallischen Legierung als auch aus einer keramischen Substanz bestehen, welche eine Auskleidung oder Beschichtung der metallischen Grundsubstanz des Reaktors darstellt. Das Wandmaterial wird durch bekannte Massnahmen auf einem definierten Temperaturprofil gehalten. Diese Massnahmen zur Erzeugung eines definierten Temperaturprofils sind wahlweise und/oder in Kombination
a) : Gestaltung der Wandstärke des Grundmaterials und/oder der optionalen Auskleidung im Aufheizbereich 17 in der Art, dass die axiale Wämeleitung im Feststoff das geforderte Temperaturprofil unterstützt;
b) : externe, lauflängenabhängige Beheizung des Reaktors; Nutzung der Wärmeleitungsprozesse quer zur Strömungsrichtung.

Beispielsweise ist eine elektrische Beheizung insbesondere im Reaktionsbereich 18 (vgl. weiter unten) und/oder die Nutzung der Aussenfläche des Reaktors zum indirekten Wärmeaustausch denkbar. Weiterhin ist die Durchführung wärmegetönter homogener und/oder heterogener Reaktionen auf Teilbereichen der Aussenseite des erfindungsgemässen Reaktors möglich.

[0029] Nach der erfolgten Gemischbildung wird im Bereich 18 eine Reaktion durchgeführt, wobei heterogen katalysierte Prozesse bevorzugt sind, aber auch andere Arten der Katalysierung angewendet werden können. Neben heterogen katalysierten Prozessen ist die Durchführung homogen katalysierter Prozesse, bei denen in dem zugeführten Fluidstrom ein homogener Katalysator enthalten ist, möglich. Die kleinere Kanalabmessung, d.h. die kleinere Seite im Bereich 17 (vgl.

Fig. 1, Raumdimension y, Pfeil 19) liegt vorzugsweise zwischen ungefähr 200 und ungefähr 1500 Microm. Der Bereich 18 ist zur Durchführung heterogen katalysierter Reaktionen mit einem Katalysator 20 ausgestattet. Der Katalysator 20 ist vorzugsweise in Form eines Washcoats auf das Wandmaterial 16 aufgebracht, wobei der Washcoat die Aktivkomponente des Katalysators 20 enthält. Bei den Aktivkomponenten des Katalysators kann es sich z.B. um Nickel, insbesondere jedoch um Rhodium, Palladium, Platin und/oder Mischungen aus diesen Komponenten handeln. Vorzugsweise wird, wenn das erfindungsgemässe Konzept zur Erzeugung eines wasserstoffhaltigen Stroms eingesetzt wird, ein Katalysator gewählt, der Rhodium enthält.

Dies bietet erhebliche Vorteile, wenn der Reaktor in verschiedenen Zeitabschnitten mit verschiedenen Edukten betrieben wird.

[0030] Der erfindungsgemässe integrierte Reaktor kann in zahlreichen Variationen ausgeführt werden. So ist beispielsweise zur Zuführung von mehr als zwei Fluidströmen (z.B. drei) bei einem Prozess, der die Rückführung eines (Teil-)produktstromes erfordert, die (teilweise) Rückführung des Produktstromes, gegebenenfalls nach einem Stofftrennverfahren, in den Zuführungsbereich 11 möglich. Der zurückgeführte Strom wird vorzugsweise anstelle des bisher zugeführten Stromes 1 dosiert (vgl. Fig. 2, 3). Diese Ausführungsform bedeutet einen periodischen Betrieb, bei der die Reaktionsprodukte zunächst in einem Behälter (nicht gezeigt) gesammelt werden.

Beispielsweise besteht der zurückzuführende Strom aus nicht umgesetztem, kondensiertem Wasser mit weiteren Bestandteilen, welches z.B. bei einem Dampfreformierungsprozess im Überschuss vorhanden ist. Alternativ kann der zurückzuführende Strom auch aus Wasser bestehen, welches infolge der Reaktion entsteht. Im Allgemeinen entsteht der zurückzuführende Strom aus den Edukten der Reaktion. Alternativ ist eine Zuführung des zurückzuführenden Stroms nach der Düse möglich, wie es schematisch in der Fig. 4 gezeigt ist.

[0031] Für die Durchführung homogener Gasphasenreaktionen bietet sich eine besondere Ausführungsform des erfindungsgemässen Reaktors an. Diese Ausführungsform ist in Fig. 4 gezeigt. Die Fig. 4 zeigt schematisch die Zuführung eines weiteren (dritten) Fluids nach dem Verdüsungsbereich.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem Fluid 3 um einen gasförmigen Fluidstrom. Eine beispielhafte Anwendung dieses Konzepts mit drei Fluiden ist die Durchführung einer partiellen Oxidationsreaktion. Diese Anwendung kann sowohl katalytisch als auch nicht-katalytisch ausgeführt sein. Die Zuführung der Fluide 1, 2 und 3 muss dabei nicht zeitgleich erfolgen, sondern richtet sich nach den jeweiligen Erfordernissen der Betriebsweise. Auch eine Zuführung eines weiteren Fluids quer zur Hauptströmungsrichtung im katalytischen aktiven Bereich 20 oder davor ist möglich.

[0032] Wie oben ausgeführt, ist ein zeitabhängiger Wechsel der Betriebsweise, d.h. bspw. ein Wechsel zwischen der Zuführung von zwei oder drei Fluiden, grundsätzlich möglich.

So können z.B. ein Gemisch aus Fluid 1 und Fluid 2 in dem erfindungsgemässen Reaktor umgesetzt und die Reaktionsprodukte in einem dem Reaktor nachgeschalteten Vorratsbehälter gespeichert werden. Das Kondensat aus diesem Prozess kann nun in einem zeitlich nachfolgenden Prozessschritt als Fluid 1 zurückgeführt und im Reaktor umgesetzt werden. Als eine Variante dieser Reaktionsführung kann ein Fluid 3, bspw. Luft, zugeführt werden. Somit kann aus dem zurückgeführten Wasser, einem Kohlenwasserstoff/-gemisch und einem Oxidationsmittel wie z.B. einem sauerstoffhaltigen Gasgemisch eine Reformierungsreaktion durchgeführt werden. Es ist auch möglich, nur einen Fluidstrom 2 durch die Düse zu dosieren und ein Fluid 3 nach der Düse dazuzumischen, beispielsweise zur Durchführung einer partiellen Oxidation.

Falls Fluidstrom 2 ablagerungsgefährdet ist, so wird im Zuführungsbereich die Wandtemperatur niedrig gehalten, so dass Ablagerungen weitestgehend vermieden werden können. Hierbei werden dem Reaktor als Fluid 3 Luft oder ein sauerstoffhaltiger Gasstrom zugeführt, wobei die Temperatur der ersten, nicht-katalytischen Reaktionszone vorzugsweise zwischen 800 und 1400 deg. C liegt.

Wahlweise kann eine zweite, katalytische Reaktionszone angeschlossen werden.

[0033] Auch die Durchführung einer katalytischen partiellen Oxidationsreaktion ist möglich, hierbei kann dann die erste Reaktionszone entfallen.

[0034] Im Folgenden wird ein Anwendungsbeispiel des erfindungsgemässen Reaktors mit mehreren unterschiedlichen Betriebsphasen gegeben.

Betriebsphase 1:

[0035]
Erzeugung von Reaktionsprodukten aus Kohlenwasserstoffen, ggf. mit Luft als Fluid 3, das nach der Düse zugeführt wird;
Einspeicherung dieser Produkte in einen Druckspeicher;
Rückführung des gebildeten Kondensats der Reaktionsprodukte in den Reaktor.

Betriebsphase 2:

[0036]
Umsetzung im Reaktor (Edukte:

Kohlenwasserstoff, zurückgeführtes Wasser, "frisches" Wasser als weiteres Fluid 3 vor der Düse zugeführt, ähnlich wie in Fig. 2 oder 3 gezeigt).
Einspeicherung in einen Druckbehälter oder:
Umsetzung im Reaktor (Edukte: Kohlenwasserstoff, zurückgeführtes Wasser, Luft als Fluid 3 nach der Düse zugeführt)
Unmittelbare Dosierung der Reaktionsprodukte in den Ansaugtrakt oder in den Brennraum eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor.

Betriebsphase 3:

[0037]
Umsetzung von Kohlenwasserstoff und zugeführter Luft (katalytische, partielle Oxidation) und Dosierung der Reaktionsprodukte in den Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs.

Betriebsphase 4:

[0038]
Spülen des Reaktors mit sauerstoffhaltigem Fluid zur Reinigung der Oberflächen von unerwünschten Ablagerungen.

[0039] Die Dauer der jeweiligen Betriebsphasen soll dabei mindestens 10 Sekunden, bevorzugt zwischen 1 und 20 Minuten, betragen. Die Länge der Betriebsphasen kann dabei unterschiedlich sein.

[0040] Eine weitere alternative Ausführungsform des erfindungsgemässen Reaktors stellt die Zuführung eines Fluids 3 (vorzugsweise Gas oder Gas-/Dampf-Gemisch) und die Verdichtung dieses Fluids mittels eines Fluids 1, das vor der Düse zugeführt wird, dar.

[0041] Die Zuführung eines dritten oder weiterer Fluidströme im Reaktionsbereich kann durch eine Membran erfolgen. Die Membran kann permeabel für alle darin enthaltenen Edukte oder aber semipermeabel sein.

In einer besonderen Ausführungsform stellt die Membran eine Metallfolie dar, die ortsabhängig so perforiert wird, dass eine positive Beeinflussung des Reaktionsverhaltens erfolgt. Darunter kann bspw. eine verbesserte Temperaturführung in der Reaktionszone verstanden werden. Des Weiteren ist der Einsatz bekannter keramischer Materialien als Membranmaterial möglich. Anstelle einer Zudosierung kann die Membran auch am Ende bzw. hinter der Reaktionszone in einem kühleren Bereich des Reaktors angeordnet sein und die Aufgabe einer selektiven Abtrennung von Gaskomponenten in einen Teilstrom ermöglichen. Beispielsweise kann Wasserstoff aus dem Gasgemisch abgetrennt werden, wenn der Reaktor in der Betriebsphase 1 oder 2 betrieben wird.

Vorzugsweise werden in der Betriebsphase, in der eine Membranabtrennung erfolgen soll, dem Reaktor flüssige Edukte, die energieeffizient zu komprimieren sind, zugeführt.

[0042] Das gemäss der Ausführungsform nach Fig. 4 nach der Düse zugeführte Fluid 3 stellt vorzugsweise einen Gasstrom dar der eine hohe Diffusionsrate aufweist. Der Fluidstrom 3 kann eine hohe Geschwindigkeit aufweisen, als Vorteil ergibt sich dann eine schnelle Durchmischung mit dem Fluidstrom, der die Düse durchströmt. Alternativ kann der Fluidstrom 3 auch indirekt durch die Ströme gefördert werden, die durch die Düse ausströmen.

[0043] Der durch die Düse austretende Flüssigkeitsstrom weist dort, wo das Fluid 3 zugeführt wird, einen niedrigen statischen Druck auf. Im weiteren Querschnittsverlauf strömt das Gemisch unter Anstieg des statischen Drucks durch einen Diffuser (nicht gezeigt).

Als Anwendungsbeispiel sei eine Anwendung genannt, bei der ein Kohlenwasserstoff, beispielsweise Benzin oder Diesel, als Treibmittel eingesetzt wird und die Düse 13 durchströmt. Als Fluid 3 wird Umgebungsluft zugeführt. Bei einer Querschnittsgestaltung im Sinne eines Flüssigkeitsstrahl-Kompressors kann ein Gas-Kohlenwasserstoff-Gemisch erzeugt werden, das in den nachfolgend angeordneten Aufheizbereich 17 eintritt. Nach der Temperierung auf die Reaktionstemperatur im Aufheizbereich kann dieses Gemisch im Reaktionsbereich 18 katalytisch oder nicht-katalytisch umgesetzt werden. Der Druck des Fluids 1 liegt dabei vorzugsweise im Bereich von 20-2000 bar, der Druck des zu verdichtenden Fluides vorzugsweise zwischen dem Umgebungsdruck bis etwa 5 bar Überdruck.

[0044] Alternativ kann die Strömungsgeometrie so ausgebildet sein, dass das Fluid 3 unter erhöhtem Druck zugeführt wird.

Der Druck liegt vorzugsweise zwischen 3-15 bar, das Fluid 3 stellt vorzugsweise Luft dar. Bei dieser Variante wird die Bildung eines homogen durchmischten Gas-Kohlenwasserstoff-Gemisches durch die Zufuhr des Gasstromes 3 unterstützt.

[0045] Einzelne Elemente, wie z.B. die Düse 13, können, abhängig von der Anwendung, einstückig aus einem Grundwerkstoff bestehen oder durch Fügeverfahren wie Löt- und Schweissverfahren in den Grundwerkstoff integriert sein. Als Grundwerkstoff wird der Stoff bezeichnet, aus dem die wesentlichen fluidführenden Teile gefertigt sind. Grundwerkstoffe sind insbesondere metallische Legierungen, es können aber auch Kunststoffe verwendet werden. Es ist denkbar, dass freie Oberflächen mit einer Funktionsbeschichtung versehen werden oder mit einer keramischen Substanz ausgekleidet sind, die nur formschlüssig verbunden ist.

Die Keramik dient in diesem Falle der Wärmeisolation und schützt die Metalloberfläche, die im Wesentlichen eine stützende Funktion übernimmt, vor korrosiven Medien.

[0046] Die Ausdehnung des Reaktors quer zur Strömungsrichtung der Fluide ist in Fig. 1 als Raumdimension y (Pfeil 19) gezeigt. Die Ausdehnung in der dazu senkrechten Raumdimension x kann in einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemässen Reaktors deutlich grösser als y sein. So ist beispielsweise ein Abstand der Lagen von etwa 500 Microm in Kombination mit einer Spaltbreite von 5-50 mm im Gebiet des Aufheizbereiches 17 denkbar. Diese Variante entspricht dann einem rechteckigen Querschnitt, wobei dieser rechteckige Querschnitt in einzelnen Bereichen des integrierten Reaktors in der Raumdimension x unterteilt sein kann.

Eine solche Anordnung ist in Fig. 5 schematisch gezeigt, die eine Schnittansicht entlang der Linie A-A der Fig. 1 darstellt. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird der Reaktionsbereich 18 in der Raumdimension y in Unterabschnitte 21 unterteilt, um eine Oberflächenvergrösserung zu erzielen. Durch die Oberflächenvergrösserung sowie kurze Diffusionswege zur Oberfläche kann für viele relevante heterogen katalysierte Reaktionssysteme eine Steigerung des Umsatzes erreicht werden. Der Umsatz kann dann durch kurze Diffusionswege zur Wand erhöht werden, wenn die Oberflächenreaktion stofftransportlimitiert ablaufen. Dies ist insbesondere bei vielen Hochtemperaturreaktionen oberhalb von etwa 500 deg. C der Fall.

Ein Beispiel dafür ist die Zerlegung von längerkettigen Kohlenwasserstoffen zu kurzkettigen Kohlenwasserstoffen/Wasserstoff/Kohlendioxid mittels eines Oxidationsmittels wie z.B. Luft und/oder Wasserdampf.

[0047] Die bevorzugte Realisierung unter Nutzung von Rechteckquerschnitten, bei denen sie Raumdimension y erheblich geringer ist als die Raumdimension x (z.B. Raumdimension in x-Richtung etwa im Bereich von 20-80 mm, Raumdimension in y-Richtung etwa im Bereich von 0,2-5 mm, insbesondere im Aufheizbereich 17 bevorzugt zwischen 0,4 und 1,0 mm), bietet aus fertigungstechnischer Sicht zahlreiche Vorteile.

[0048] Der Katalysator kann im Reaktionsbereich 18 alternativ zur Aufbringung auf das vorzugsweise metallische Wandmaterial 16 auf eine zweite Substanz (Trägersubstanz) aufgebracht werden, mit der der Reaktionsbereich 18 ausgekleidet ist.

Zwischen der Trägersubstanz und dem Wandmaterial kann eine weitere Substanz angeordnet sein, die fixierende und/oder dämmende Eigenschaften übernimmt. Alternativ oder ergänzend kann der Reaktionsbereich 18 so geformt sein, dass der Katalysator formschlüssig im Grundwerkstoff eingebracht ist, so dass er nicht in axialer Richtung verrutscht. Es können beispielsweise katalytisch beschichtete Folien in den Reaktionsbereich 18 eingebracht werden, oder der Katalysator wird auf einen keramischen Träger aufgebracht.

Beide Alternativen bieten den Vorteil der nachträglichen Einbringungsmöglichkeit eines Katalysators in den Reaktor.

[0049] Der Katalysator kann neben einer keramischen Grundsubstanz auch aus einem entsprechend modifizierten Grundmaterial bestehen bzw. in mehreren Schichten darauf aufgebracht sein.

[0050] Der Reaktionsbereich muss nicht vollständig mit einer katalytisch wirksamen Substanz versehen sein, die katalytisch aktive Substanz kann zudem ortsabhängig wechseln. Bei Berücksichtigung der Tatsache, dass bereits keramische Oxide ohne Aktivkomponente wie ein Edelmetall katalytisch aktiv sind, ist vorstellbar, dass im Reaktionsbereich zu Beginn nur ein keramisches Oxid angeordnet ist. Dieser Katalysator kann erste Vorreaktionen unterstützen. Im weiteren Bereich können die entstandenen Edukte durch einen abgewandelten Katalysator umgesetzt werden.

Der zweite katalytische Bereich kann beispielsweise aus einem keramischen Oxid bestehen, auf das ein Edelmetall mittels bekannter Verfahren aufgebracht ist.

[0051] Eine mögliche Anwendung der geschilderten Unterteilung des Reaktionsbereiches kann die nicht katalytische partielle Oxidation im vorderen Bereich des erfindungsgemässen Reaktors, vorzugsweise bei 900-1500 deg. C, darstellen. Im hinteren Bereich kann dann das bei diesem Prozess entstandene Methan, vorzugsweise zwischen 500-1000 deg. C, weiter zu Wasserstoff und Kohlenoxiden umgesetzt werden.

[0052] Im Folgenden wird ein Anwendungsbeispiel für den erfindungsgemässen Reaktor gegeben. Es handelt sich dabei um die Bereitstellung eines wasserstoffhaltigen Gas-/Dampfstromes und die Speicherung dieses Stromes in einem Druckspeicher.

Dieses Verfahren kann insbesondere bei der Reduktionsmittelbereitstellung zur Verbesserung des Emissionsverhaltens von Kraftfahrzeugen, die mit Kohlenwasserstoffgemischen wie Diesel betrieben werden, zum Einsatz kommen.

[0053] Fluid 1 ist in diesem Beispiel Wasser, Fluid 2 besteht aus einem bei Umgebungstemperatur flüssigen Kohlenwasserstoffgemisch. Der Druck hinter der Düse 13 soll für die vorliegende Anwendung signifikant unterhalb des Druckes in der Zuführungszone 12 liegen (was bedeutet, dass der wesentliche Druckabbau über die Düse erfolgt), abhängig von den Stoffeigenschaften (Viskosität des Mediums), so dass durch die Entspannung der Grossteil des Gemisches in die Dampfphase übergeht (Entspannungsverdampfung).

[0054] Die Druckenergie wird zur Zerstäubung der dosierten Fluide genutzt.

Der Druck im Aufheizbereich 17 sowie im Reaktionsbereich 18 ergibt sich somit im Wesentlichen aus dem Druck, der nach dem Reaktor anliegt (Temperaturunterschiede bzw. eine Volumenänderung durch die Reaktion werden dabei vernachlässigt). Der Druckunterschied über die Düse, d.h., die Differenz des Gesamtdrucks zwischen dem Bereich vor der Düse 13 und dem statischen Druck in der Reaktionszone 18 beträgt etwa 3-300 bar, vorzugsweise 3-30 bar. Der Druck im Reaktionsbereich 18 entspricht dabei in erster Näherung dem Druck nach dem Reaktor. Abhängig von der Anwendung liegt der Druck zwischen 0,1 und 50 MPa absolut. Vorzugsweise liegt der Druck zwischen 0,1 und 1,0 MPa.

[0055] Für die vorliegende Anwendung wird davon ausgegangen, dass dem Wandmaterial 16 ein definiertes Temperaturprofil aufgeprägt ist, das die Durchführung dieses Prozesses unterstützt.

So wird beispielsweise ein starker, ansteigender Temperaturgradient zwischen dem Bereich der Düse 13 und dem Reaktionsbereich 18 zur Erhitzung des Reaktionsgemisches auf Reaktionstemperatur aufgeprägt.

[0056] Der verwendete Reaktionsprozess zur Erzeugung eines wasserstoffhaltigen Gemisches ist im vorliegenden Fall die bekannte Dampfreformierung von Kohlenwasserstoffen, bei der Kohlenwasserstoffverbindungen mit Wasserdampf vorzugsweise im Temperaturbereich zwischen 500 und 1000 deg. C umgesetzt werden.

Dieser Prozess bietet die Möglichkeit, Wasserstoff in einer mobilen Anwendung aus flüssigen Edukten in komprimierter Form zu erzeugen.

[0057] Das in der vorliegenden Erfindung vorgeschlagene Verfahren bietet insbesondere den Vorteil, dass der Kontakt eines foulinggefährdeten Fluidstroms (im vorliegenden Beispiel das Fluid 2) mit dem Wandmaterial des erfindungsgemässen integrierten Reaktors durch dessen besondere geometrische Auslegung weitestgehend reduziert ist, da bei Vorliegen einer laminaren Durchströmung der Kontakt von Molekülen des Fluids 2 mit dem Wandmaterial 16 nur durch radiale Diffusion möglich ist.

Die Diffusion ist im Bereich vor der Düse 13 nur sehr eingeschränkt möglich, da beide bzw. alle drei Fluide vor der Düse im Aggregatzustand "Flüssig" vorliegen, und die Diffusionsgeschwindigkeit im Vergleich zu Gasen/Dämpfen um mehrere Grössenordnungen vermindert erfolgt.

[0058] Die Erfindung bietet somit erhebliche Vorteile hinsichtlich der Verringerung von Foulingproblemen, da ein Wandkontakt des Fluids, das Ablagerungen bilden könnte, im Bereich vor der Düse 13 weitestgehend vermieden werden kann.

[0059] Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch die Wahl eines geringen hydraulischen Kanaldurchmessers nach der Düse 13 der Wärmeübergang so hoch ist,

dass der Reaktionsbereich 18 in sehr kurzem Abstand auf den Düsenbereich folgen kann.

[0060] Die Verdampfung der bei Umgebungsbedingungen flüssigen Edukte wird im erfindungsgemässen Reaktor sehr kompakt realisiert, da die Aufbringung der Verdampfungsenthalpie mittels der beheizten, vorzugsweise mikrostrukturierten optionalen Wärmetauschzone 17 erfolgt. Die Verdampfung wird dabei unterstützt durch die vorausgehende Entspannungsverdampfung infolge der Gemischexpansion durch die Düse 13. Durch die kompakte Verdüsung und Erhitzung ist ein weitgehend pulsationsfreier Betrieb der Gemischbildung möglich, so dass nur geringe Volumenstromschwankungen auftreten.

Dies bietet Vorteile für die Durchführung der Reaktion im Reaktionsbereich 18 durch konstante Verweilzeiten, insbesondere im Vergleich zur konventionellen Kapillarverdampfung, bei der das Entstehen von Dampfblasen örtlich kaum kontrollierbar ist, was zur Folge hat, dass grosse Druck- und Flussschwankungen im System auftreten.

[0061] Ablagerungen hinter der Düse 13 werden weitgehend durch die Scherkräfte verhindert, die mit der beschleunigten Strömung durch den Expansionsvorgang verbunden sind. Bei der Wahl geeigneter Ausgangssubstanzen, d.h. solchen mit hohem Dampfdruck, wie Wasser, längerkettige Kohlenwasserstoffe oder Gemische von Kohlenwasserstoffen, wird eine erhebliche Beschleunigung des Dampfgemisches hinter der Düse 13 erreicht.

Diese Strömungsbeschleunigung wird durch die (Teil-)entspannung des Fluidgemisches mittels der Düse 13 sowie durch den Aufheizvorgang aufgrund des vorzugsweise stark erhitzten Bereiches 17 erzielt.

[0062] Idealerweise ist der Reaktionsbereich 18 unmittelbar nach dem wärmetauschenden Bereich 17 angeordnet, so dass die Wandkonzentration des ablagerungsbildenden Fluids 2 bis zum Eintritt in den katalytisch beschichteten Bereich relativ gering bleibt.

[0063] Durch die kompakte Gestaltung mit Strukturabmessungen kleiner 1000 Microm Wärmetauschbereich 17 ist es möglich, den Aufheizvorgang bei sehr kurzen Verweilzeiten durchzuführen, die unerwünschte Nebenreaktionen des Fluids 2 vorbeugen bzw.

diese einschränken können.

[0064] Durch die Verwendung kleiner Strukturabmessungen nach der Düse ist es möglich, potentiell gefährliche/explosive Gas-Dampf-Gemische sicher zu handhaben. Durch ausreichend kleine Strukturabmessungen, die fluidabhängig bzw. temperaturabhängig und vorzugsweise im Temperaturbereich oberhalb 450 deg. C kleiner als ungefähr 600 Microm sind, können explosive Gas-Dampf-Gemische unter Vermeidung unkontrollierten Abreagierens sicher geführt werden. Die Vermeidung von Explosionsgefahren kann durch eine ausreichend schnelle Durchströmung des Reaktors und/oder durch die Verwendung der beschriebenen kleinen Strukturabmessungen erzielt werden.

Durch geringe Abstände zum Wandmaterial können Radialkonzentrationen in der Gasphase gering gehalten werden, die den Auslöser zu unkontrollierten Homogenreaktionen darstellen.

[0065] Eine Anpassung der Auslegung an geänderte Durchsätze kann durch die einfache Parallelisierung des gezeigten Reaktorkonzepts erfolgen. Bei Erhöhung des Durchsatzes, die durch die beschriebene Parallelisierbarkeit des Konzepts einfach erzielt werden kann, können sich zudem Vorteile hinsichtlich Auswahl und Auslegung von peripheren Komponenten, wie bspw.

Speicherbehälter, Sensorik, Aktorik und dgl. ergeben, da sich der umzusetzende Gesamtstrom erhöht und dadurch der Anteil der Investitionskosten der peripheren Komponenten bezogen auf die produzierten Reaktionsprodukte sinkt.

[0066] Die Fähigkeit zur einfachen Parallelisierung bietet den Vorteil einer leicht anzupassenden Produktionsmenge für die Umsetzung kleiner Stoffmengen.

Somit kann der erfindungsgemässe Reaktor schnell an geänderte Durchsatzmengen bei weitgehend gleichen, erprobten Strukturabmessungen angepasst werden, ohne dass umfangreiche Skalierungserfahrungen gesammelt werden müssen.

[0067] Der erfindungsgemässe integrierte Reaktor ermöglicht erstmals die kompakte Integration von traditionell getrennt ausgeführten Prozessschritten, wie bspw. der Gemischerzeugung, der Aufheizung und der Reaktion, unter gleichzeitiger Berücksichtigung besonderer Anforderungen hinsichtlich der Minimierung der Bildung von Ablagerungen. Neben den erwähnten Vorteilen hinsichtlich der Langzeitstabilität weist der erfindungsgemässe Reaktor den Vorteil der kompakten Gestaltung durch Integration verschiedener Prozessschritte auf.

Für stationäre sowie für mobile Anwendungen kann Kompaktheit ein wesentliches Kriterium sein.

[0068] Die Kompaktheit des Reaktors infolge der Prozessintegration bietet zudem den Vorteil, verglichen mit Reaktoren mit grösserer äusserer Oberfläche, nur geringe Wärmeverluste bei der Durchführung von Hochtemperaturreaktionen oberhalb von ungefähr 500 deg. C zu verursachen.

Claims

1. Integrierter Reaktor (10) zur Herstellung eines Dampfgemisches aus mindestens zwei dem Reaktor über einen Zuführungsbereich (12) gemeinsam zuführbaren flüssigen Fluidströmen durch zumindest teilweise Expansion des flüssigen Fluidgemisches am Ende des Zuführungsbereiches (12), wobei einer der mindestens zwei Fluidströme zu einer unerwünschten Zersetzung und Ablagerungsbildung neigt, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Zersetzung und Ablagerungsbildung neigende flüssige Fluidstrom in dem Zuführungsbereich (12) laminar in die Mitte des weiteren der mindestens zwei Fluidströme zudosierbar ist, so dass der zur Zersetzung und Ablagerungsbildung neigende flüssige Fluidstrom in dem Zuführungsbereich (12) von dem weiteren Fluidstrom umschlossen wird.

2. Integrierter Reaktor nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zu unerwünschter Zersetzung und Ablagerungsbildung neigende Fluidstrom aus einer organischen Substanz oder einer Mischung organischer Substanzen, insbesondere aus einer Mischung von Kohlenwasserstoffen, besteht.

3. Integrierter Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (10) zusätzlich eine Reaktionszone (18) aufweist.

4. Integrierter Reaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionszone (18) in mehrere Teilbereiche unterteilt ist.

5. Integrierter Reaktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Reaktionszone (18) eine Verdampfungs-/Wärmeaustauschzone (17) angeordnet ist.

6. Integrierter Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuführungsbereich (12) in Form von konzentrischen Röhren ausgebildet ist.

7. Integrierter Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuführungsbereich (12) einen rechteckigen Querschnitt aufweist.

8. Integrierter Reaktor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der rechteckige Zuführungsbereich (12) quer zur Strömungsrichtung unterteilt ist.

9. Integrierter Reaktor nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor zwischen dem Zuführungsbereich (12) und der Reaktionszone (18) einen Bereich (13) aufweist, der im Vergleich zu dem Zuführungsbereich (12) einen verengten Querschnitt aufweist.

10. Integrierter Reaktor nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser bzw. die Höhe der Reaktionszone geringer ist als der Durchmesser des Zuführungsbereiches (12).

11. Integrierter Reaktor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich (13) als Düse ausgebildet ist.

12. Integrierter Reaktor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (13) einen runden oder schlitzförmigen Querschnitt aufweist.

13. Integrierter Reaktor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dessen einzelnen Bauelemente einstückig aus einem Grundwerkstoff gebildet oder durch Fügeverfahren in den Grundwerkstoff integriert sind.

14. Integrierter Reaktor nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass auf einem Wandmaterial (16) der Reaktionszone (18) ein Katalysator (20) aufbringbar ist.

15. Integrierter Reaktor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator in Form eines Washcoats unmittelbar auf das Wandmaterial (16) aufbringbar ist.

16. Integrierter Reaktor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator (20) auf einen auf dem Wandmaterial (16) aufgebrachten keramischen Träger aufbringbar ist.

17. Integrierter Reaktor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der keramische Träger in den Grundwerkstoff eingelegt ist.

18. Integrierter Reaktor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der keramische Träger formschlüssig mit dem Grundwerkstoff verbunden ist.

19. Integrierter Reaktor nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Grundwerkstoff und dem keramischen Träger zusätzlich eine Verbindungsschicht eingebracht ist.

20. Integrierter Reaktor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator (20) auf einer auf dem Wandmaterial (16) aufgebrachten beschichteten Folie aufbringbar ist.

21. Integrierter Reaktor nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Wandmaterial (16) metallisch ist.

22. Integrierter Reaktor nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Wandmaterial (16) aufheizbar ist.

23. Verfahren zur Herstellung eines Dampfgemisches aus mindestens zwei flüssigen Fluidströmen in einem integrierten Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei einer der zwei Fluidströme zu unerwünschter Zersetzung und Ablagerungsbildung neigt, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Zersetzung und Ablagerungsbildung neigende Fluidstrom innerhalb des Zuführungsbereiches (12) des Reaktors laminar in einen weiteren der mindestens zwei Fluidströme eindosiert wird, so dass der zur Zersetzung und Ablagerungsbildung neigende flüssige Fluidstrom in dem Zuführungsbereich (12) von dem weiteren Fluidstrom umschlossen wird, und das flüssige Fluidgemisch anschliessend durch eine Düse (13) zumindest teilweise expandiert wird.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest teilweise expandierte Fluidgemisch anschliessend in einer Reaktionszone (18) heterogen katalysiert reagieren gelassen wird.

25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionszone (18) in mehrere Reaktionsbereiche unterteilt wird.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Reaktionsbereiche auf verschiedenen Temperaturen gehalten werden.

27. Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Reaktionsbereiche mit unterschiedlichen Katalysatorsystemen ausgestattet werden.

28. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die heterogen katalysierte Reaktion bei einer Temperatur im Bereich von 500 bis 1000 deg. C erfolgt.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass dem Reaktor drei Fluidströme zugeführt werden.

30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Fluidstrom nach der Düse (13) zugeführt wird.

31. Verfahren nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine teilweise Zurückführung des Produktstromes in den Zuführungsbereich (12) erfolgt.

32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest teilweise zurückgeführte Produktstrom entweder im Randbereich, zwischen den beiden anderen Fluiden oder in der Kernströmung geführt wird.

33. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der zugeführten Fluidströme während des Reaktionsverlaufs durch einen anderen Fluidstrom ersetzt werden kann.

34. Verwendung des integrierten Reaktors nach einem der Ansprüche 1 bis 22 zur Verdampfung und anschliessenden katalytischen Umsetzung eines Kohlenwasserstoffgemisches mit Wasserdampf und/oder einem Oxidationsmittel.