DE10114173A1 - Reaktor - Google Patents

Reaktor

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DE10114173A1
DE10114173A1 DE10114173A DE10114173A DE10114173A1 DE 10114173 A1 DE10114173 A1 DE 10114173A1 DE 10114173 A DE10114173 A DE 10114173A DE 10114173 A DE10114173 A DE 10114173A DE 10114173 A1 DE10114173 A1 DE 10114173A1
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tube
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Ulrich Lahne
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Linde GmbH
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Abstract

Der erfindungsgemäße Reaktor ermöglicht die Realisierung einer ausreichenden Kühlung vorzugsweise sämtlicher druckbelasteter metallischer Bauteile. Ferner wird ein sicherer und gasdichter Übergang von dem als Membranrohr ausgebildeten Bereich eines Reaktorrohres zu den metallischen Bauteilen des Reaktorrohres gewährleistet. Des Weiteren können schadhafte Reaktorrohre vergleichsweise einfach und schnell ausgewechselt werden. Darüber hinaus ist der erfindungsgemäße Reaktor so konventionell als möglich aufgebaut, so dass der Anteil der keramischen Bauteile gering gehalten werden kann. Es wird zudem eine verbesserte Reaktionsführung ermöglicht, da die Zuführung des Sauerstoffes zu dem Kohlenwasserstoff oder Kohlenwasserstoffgemisch über die Rohrlänge - d. h. entlang des Reaktionsweges - erfolgen kann.

Description

Die Erfindung betrifft einen Reaktor, der insbesondere für die Erzeugung von Synthesegas durch partielle Oxidation geeignet ist.
Zur Erzeugung von Synthesegas wird einer gasdichten, Sauerstoffionen- und Elektronen-leitenden Keramikmembran auf der einen Seite (Retentatseite) ein heißes, Sauerstoffhaltiges Gasgemisch zugeführt. Auf der anderen Seite der Membran (Permeatseite) wird der austretende Sauerstoff mit einem zugeführten Kohlenwasserstoff oder Kohlenwasserstoffgemisch zu einem Synthesegas umgesetzt.
Der Sauerstoffionentransport durch derartige Keramikmembranen erfolgt jedoch nur dann in der gewünschten Richtung, wenn auf der Retentatseite der Sauerstoff- Partialdruck größer ist als auf der Permeatseite.
Auf der Permeatseite der Membran ist, bedingt durch die chemische Reaktion mit dem oder den Kohlenwasserstoffen, der Partialdruck des Sauerstoffes sehr gering, so dass das der Retentatseite zugeführte Sauerstoff-haltige Gasgemisch lediglich auf einen vergleichsweise niedrigen Druck komprimiert werden muss. Üblicherweise ist der Druck des gebildeten Synthesegases sogar größer als der des Sauerstoffhaltigen Gasgemisches.
Der optimale Arbeits- bzw. Wirkungsbereich gängiger Keramikmembranen liegt bei Temperaturen zwischen 700 und 1100°C.
Es sind eine Vielzahl von Reaktorkonstruktionen bekannt - beispielhaft sei auf die EP-A 0 875 285 verwiesen -, die der Erzeugung von Synthesegas mittels einer Keramikmembran dienen. Nachteilig bei den bekannten Reaktorkonstruktionen ist jedoch, dass sie zum einen vergleichsweise aufwendig aufgebaut sind und zum anderen die aufgrund der hohen Temperaturen der Gasströme erforderliche Kühlung der druckbelasteten metallischen Bauteile nicht immer gewährleisten können. Ferner ist das Auswechseln beschädigter Teile bei den bekannten Konstruktionen nur mit einem vergleichsweise hohen Aufwand möglich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Reaktor zur Erzeugung von Synthesegas anzugeben, der die genannten Nachteile vermeidet.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß einer ersten Alternative ein Reaktor vorgeschlagen mit
  • - einem Reaktormantel,
  • - zwei die beiden Enden des Reaktormantels verschließende Deckel,
  • - wobei jeder Deckel wenigstens eine Öffnung aufweist,
  • - einem im oberen Bereich des Reaktors angeordneten ersten Rohrboden und einem im mittleren Bereich des Reaktors angeordneten zweiten Rohrboden,
  • - einem Innenbehälter, der unterhalb des zweiten Rohrbodens angeordnet ist und einen Gasraum definiert,
  • - wobei der Innenbehälter in seinem Boden Öffnungen aufweisen kann,
  • - wenigstens einer im wesentlichen rechtwinklig zu dem Reaktormantel angeordneten, Öffnungen aufweisenden Trennwand, die den Bereich zwischen dem ersten Rohrboden und dem zweiten Rohrboden in einen oberhalb der Trennwand angeordneten Gasraum und in einen unterhalb der Trennwand angeordneten Gasraum unterteilt,
  • - jeweils wenigstens zwei zu dem unterhalb der Trennwand angeordneten Gasraum und zu dem durch den Innenbehälter definierten Gasraum korrespondierende Öffnungen, wobei diese im Falle des unterhalb der Trennwand angeordneten Gasraumes vorzugsweise in dem Reaktormantel angeordnet sind und im Falle des durch den Innenbehälter definierten Gasraumes vorzugsweise eine Öffnung in dem Reaktormantel und Öffnungen im Boden des Innenbehälters angeordnet sind,
  • - wenigstens einer zu dem oberhalb der Trennwand angeordneten Gasraum korrespondierenden Öffnung,
  • - mehreren in dem ersten Rohrboden eingesteckten Austragsrohren,
  • - mehreren in dem zweiten Rohrboden eingesteckten Reaktorrohren,
  • - wobei sich die Austragsrohre durch die Öffnungen hindurch in die Reaktorrohre erstrecken,
  • - wobei die Reaktorrohre zumindest teilweise als Membranrohre ausgebildet sind, und
  • - wobei der als Membranrohr ausgebildete Bereich der Reaktorrohre in dem durch den Innenbehälter definierten Gasraum angeordnet ist.
Ferner wird zur Lösung der o. g. Aufgabe - gemäß einer zweiten Alternative - ein Reaktor vorgeschlagen mit
- einem Reaktormantel,
  • - zwei die beiden Enden des Reaktormantels verschließende Deckel,
  • - wobei jeder Deckel wenigstens eine Öffnung aufweist,
  • - einem im oberen Bereich des Reaktors angeordneten ersten Rohrboden und einem im mittleren Bereich des Reaktors angeordneten zweiten Rohrboden,
  • - einem oberen und einem unteren Innenbehälter, die jeweils unterhalb der Rohrböden angeordnet sind und einen ersten und einen zweiten Gasraum definieren,
  • - wobei zumindest der obere Innenbehälter in seinem Boden Öffnungen aufweist,
  • - wenigstens einer im wesentlichen rechtwinklig zu dem Reaktormantel unterhalb des inneren Behälters angeordneten, Öffnungen aufweisenden Trennwand, die den Bereich zwischen dem oberen Innenbehälter und dem zweiten Rohrboden in einen dritten und einen vierten Gasraum unterteilt,
  • - jeweils wenigstens zwei zu dem ersten, dem zweiten und dem vierten Gasraum korrespondierenden Öffnungen, wobei diese im Falle des ersten und des vierten Gasraumes vorzugsweise in dem Reaktormantel angeordnet sind und im Falle des zweiten Gasraumes vorzugsweise eine Öffnung in dem Reaktormantel und eine Öffnung im Boden des unteren Innenbehälters angeordnet ist,
  • - wenigstens einer zu dem dritten Gasraum korrespondierenden Öffnung,
  • - mehreren in dem ersten Rohrboden angeordneten Austragsrohren,
  • - mehreren in dem zweiten Rohrboden angeordneten Reaktorrohren,
  • - wobei sich die Austragsrohre durch die Öffnungen hindurch in die Reaktorrohre erstrecken,
  • - wobei die Reaktorrohre zumindest teilweise als Membranrohre ausgebildet sind, und
  • - wobei der als Membranrohr ausgebildete Bereich der Reaktorrohre in dem zweiten Gasraum angeordnet ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Reaktoren sind Gegenstände der Unteransprüche.
Der erfindungsgemäße Reaktor gemäß der zweiten Alternative sowie weitere Ausgestaltungen desselben seien anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Die Figur zeigt eine seitliche Schnittdarstellung durch eine mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reaktors. Derartige Reaktoren sind im Regelfall zylindersymmetrisch aufgebaut. Sie können sowohl stehend - wie dies in der Figur dargestellt ist - als auch in jeder anderen Ausrichtung, beispielsweise liegend, angeordnet werden. Im Folgenden wird die in der Figur dargestellte stehende Anordnung beschrieben.
Sie bestehen aus dem eigentlichen Reaktormantel 1 und 1' sowie aus zwei Deckeln 2 und 5, die die beiden Enden des Reaktormantels 1 und 1' verschließen. Jeder Deckel 2 und 5 weist wenigstens eine Öffnung 3 und 6 auf. In der Praxis wird der untere Deckel 5 - entgegen der Darstellung der Figur - lediglich als Boden ausgebildet sein. Die Unterteilung des Reaktormantels in die Bereiche 1 und 1' unterscheidet zwischen einem Bereich 1, in dem die Umsetzung des Sauerstoffes mit einem Kohlenwasserstoff oder Kohlenwasserstoffgasgemisch zu einem Synthesegas erfolgt, während in dem Bereich 1' - der auch als Behälterschuss bezeichnet wird - die Abkühlung des an Sauerstoff abgereicherten heißen Gasgemisches erfolgt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Reaktors kann auf der Innenseite des Reaktormantels 1, 1' und/oder auf der Innenseite eines oder beider Deckel 2 und 5 eine wärmeisolierende Schicht angeordnet sein.
Eine derartige Wärmeschutzisolierung dient dazu, die Temperatur des Reaktormantels, der einer starken Druckbelastung ausgesetzt ist, auf einem vergleichsweise niedrigen Niveau zu halten.
Im Inneren des Reaktors sind in dessen oberen Bereich ein erster Rohrboden 8 und in dessen mittleren Bereich ein zweiter Rohrboden 30 angeordnet. Unterhalb dieser Rohrböden sind ein oberer Innenbehälter 9 und ein unterer Innenbehälter 34 angeordnet und definieren einen ersten Gasraum 16 und einen zweiten Gasraum 38. Hierbei weist der obere Innenbehälter 9 in seinem Boden Öffnungen 11 - deren Zweck im Folgenden noch erläutert werden wird - auf.
Ferner ist im Inneren des Reaktors eine rechtwinklig zu dessen Seiten unterhalb des inneren Behälters 9 angeordnete, Öffnungen 20 aufweisende Trennwand 19 angeordnet; diese unterteilt den Bereich zwischen dem oberen Innenbehälter 9 und dem zweiten Rohrboden 30 in einen dritten Gasraum 21 und einen vierten Gasraum 24.
Dem ersten, dem zweiten und dem vierten Gasraum 16, 38 bzw. 24 sind jeweils wenigstens zwei Öffnungen, über die Medium in den Reaktor ein- und austreten kann, zugeordnet. Im Falle des ersten und des vierten Gasraumes 16 bzw. 24 sind die Öffnungen 12 und 13 bzw. 25 und 26 - wie in der Figur dargestellt - vorzugsweise in dem Reaktormantel 1' angeordnet, während im Falle des zweiten Gasraumes 38 vorzugsweise eine Öffnung 36 in dem Reaktormantel 1 und eine Öffnung 37 im Boden des unteren Innenbehälters 34 angeordnet ist. Der erwähnten Öffnung 13 ist zudem ein Führungsleitblech 14, das einen Abzugsraum bzw. -spalt 15 definiert, zugeordnet. Dem dritten Gasraum 21 ist lediglich eine, in dem Reaktormantel 1' angeordnete Öffnung 22 zugeordnet.
In dem ersten Rohrboden 8 sind eine Vielzahl von Austragsrohren 17 eingesteckt bzw. einsteckbar - der Übersichtlichkeit halber ist in der Figur jedoch nur ein Austragsrohr 17 dargestellt. Hierzu weist der Rohrboden 8 vorzugsweise Rohrstücke 10 auf, die in ihn eingeschweißt sind und in die die Austragsrohre 17 einsteckbar sind. Die so eingesteckten Austragsrohre 17 werden mit den Rohrstücken 10 dicht verschweißt. Sofern defekte Austragsrohre 17 ausgewechselt werden müssen, können diese nach dem Entfernen der Schweißnaht aus dem Rohrboden 8 entnommen werden. Das beschriebene Verschweißen ist jedoch nicht zwingend erforderlich, da u. U. gänzlich auf eine feste Verbindung verzichtet werden kann oder zu dem Verschweißen alternative Verbindungsmethoden zur Anwendung kommen können.
In den zweiten Rohrboden 30 sind eine zu der Anzahl der Austragsrohre 17 entsprechende Zahl von Reaktorrohren 32 eingesteckt bzw. einsteckbar - der Übersichtlichkeit halber ist in der Figur wiederum lediglich ein Reaktorrohr 32 dargestellt. Auch die Reaktorrohre 32 sind wiederum vorzugsweise in den Rohrboden 30 eingeschweißte Rohrstücke 31 eingesteckt bzw. einsteckbar, wobei auch hier unterschiedlichste Verbindungsmethoden zur Anwendung kommen können.
Die in den Rohrboden 8 eingesteckten Austragsrohre 17 erstrecken sich durch die Öffnungen 11 und 20 hindurch in die in den zweiten Rohrboden 30 eingesteckten Reaktorrohre 32.
Entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Reaktors erstrecken sich die Reaktorrohre 32 vorzugsweise durch den Boden hindurch in den unterhalb des zweiten Innenbehälters 34 befindlichen Gasraum 7.
Die Austragsrohre 17 weisen ferner vorzugsweise im Bereich der Öffnungen 11 angebrachte Metallbalge 18 auf, wobei diese mit einem ihrer Enden an den Austragsrohren 17 befestigt sind. Die Befestigung erfolgt hierbei wiederum vorzugsweise mittels Verschweißen, jedoch sind auch hier alternative Verbindungsmethoden denkbar. Die Austragsrohre 17 sind so im Bereich der Öffnungen 11 gleitend fixiert. Das Vorsehen eines Metallbalges 18 ermöglicht eine ausreichende Sicherung gegen größere Leckagen zwischen dem ersten Gasraum 16 und dem dritten Gasraum 21, da die Metallbalge 18 mit ihren offenen Enden auf den Boden des oberen Innenbehälters 9 aufliegen. Denkbar ist auch, dass die offenen Enden der Metallbalge 18 mit dem Boden des oberen Innenbehälters 9 mittels eines geeigneten Mechanismus verbunden werden.
Die Reaktorrohre 32 sind zumindest teilweise als Membranrohr 33 ausgebildet. Hierbei ist der als Membranrohr 33 ausgebildete Bereich der Reaktorrohre 32 vorzugsweise ausschließlich in dem zweiten Gasraum 38 angeordnet.
Der als Membranrohr 33 ausgebildete Bereich der Reaktorrohre 32 kann entweder in Form einer auf einem gasdurchlässigen Trägerrohr aufgebrachten gasdichten, Sauerstoffionen- und Elektronen-leitenden Keramikmembran oder in Form eines aus einer monolithischen, gasdichten, Sauerstoffionen- und Elektronen-leitenden Keramik bestehenden Rohres ausgebildet sein.
Bei der in der Figur dargestellten Reaktorkonstruktion wird der als Membranrohr 33 ausgebildete Bereich der Reaktorrohre 32 vorzugsweise an seinen beiden Enden mit je einem Metallrohr von etwa gleichem Durchmesser stoffschlüssig und achsgleich verbunden. Die Reaktorrohre 32 sind lediglich an einem ihrer Enden in dem Rohrboden 30 fixiert, während das jeweils andere Ende, zwar gasdicht verschlossen, aber in axialer Richtung frei dehnbar und gleitend zur Vermeidung von Spannungen durch unterschiedliche Wärmedehnungen geführt bzw. angeordnet ist. Gleiches gilt für die Austragsrohre 17, die ebenfalls lediglich an einem ihrer Enden in dem Rohrboden 8 bzw. den darauf angeordneten Rohrstücken 10 befestigt sind.
Der untere Innenbehälter 34 ist entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Reaktors zumindest teilweise mit einem vorzugsweise körnigen Katalysator 35 befüllt. Hierbei ist der untere Innenbehälter 34 vorzugsweise bis oberhalb des als Membranrohr 33 ausgebildeten Bereiches der Reaktorrohre 32 befüllt.
Alternativ oder ergänzend dazu, können die Reaktorrohre 32, zumindest der als Membranrohr 33 ausgebildete Bereich der Reaktorrohre 32, mit einem Katalysator beschichtet sein.
Das heiße, Sauerstoff-haltige Gasgemisch wird dem erfindungsgemäßen Reaktor über die Öffnung 22 in den dritten Gasraum 21 zugeführt. Das Sauerstoff-enthaltende Gasgemisch weist bei einem Druck von bspw. 1,5 bar eine Temperatur von 900°C auf. Die Erzeugung eines derartigen Gasgemisches kann bspw. in einer Brennkammer unter Frischluftüberschuss erfolgen. Aus dem Gasraum 21 gelangt dieses Gasgemisch in den von den Austragsrohren 17 und Reaktorrohren 32 gebildeten Ringraum 23.
Das Gasgemisch strömt entlang dem als Membranrohr 33 ausgebildeten Bereich der Reaktorrohre 32. Dabei gelangt durch das Membranrohr 33 reiner Sauerstoff in den zweiten Gasraum 38 bzw. in den darin angeordneten Katalysator 35. Diesem zweiten Gasraum 38 wird über die Öffnung 36 ein Kohlenwasserstoffgemisch - ggf. unter Hinzufügung von Wasserdampf - mit einer Temperatur von ca. 500°C und einem Druck von ca. 30 bar zugeführt. Das Kohlenwasserstoffgemisch reagiert mittels des Katalysators 35 mit dem Sauerstoff zu einem Synthesegas, das den zweiten Gasraum 38 über die Öffnungen 37 und anschließend den Bereich 7 über die vorgesehene Öffnung 6 verläßt. Das gebildete Synthesegas weist bei einem Druck von ca. 30 bar eine Temperatur von ca. 950°C auf.
Über die Austragsrohre 17, den Bereich 4 sowie die in dem Deckel 2 vorgesehene Öffnung 3 wird ein an Sauerstoff abgereichertes Gasgemisch aus dem Reaktor abgezogen und ggf. einer weiteren energetischen Nutzung zugeführt. Dabei wird das an Sauerstoff abgereicherte heiße Gasgemisch in den Austragsrohren 17 im Wärmetausch mit Frischluft von ca. 950°C auf ca. 160°C abgekühlt.
Diese Abkühlung wird dadurch erreicht, dass zunächst über die Öffnung 25 Frischluft, die bei einem Druck von 1,7 bar eine Temperatur von 90°C aufweist, in den vierten Gasraum 24 geführt, aus diesem über die Öffnung 26 abgezogen und anschließend über die Öffnung 12 dem ersten Gasraum 16 zugeführt wird. Da dieser Gasraum mit den Austragsrohren 17 in Wärmekontakt steht, wird das an Sauerstoff abgereicherte heiße Gasgemisch in den Austragsrohren 17 auf diese Weise abgekühlt. Aus dem ersten Gasraum 16 wird die auf eine Temperatur von ca. 700°C zwangsläufig erwärmte Frischluft über die Öffnung 13 wieder aus dem Reaktor abgezogen und ggf. der bereits erwähnten Brennkammer zum Zwecke der Anwärmung des Sauerstoff­ haltigen Gasgemisches zugeführt.
An Stelle der Frischluft kann zur Kühlung wahlweise über die Öffnung 25 Wasserdampf in den vierten Gasraum 24 geführt und über die Öffnung 26 abgezogen werden. In diesem Fall wird die Frischluft über die Öffnung 12 sofort dem ersten Gasraum 16 zugeführt.
Der Rohrboden 30, der einem Druckunterschied von 28,3 bar ausgesetzt ist, wird bei der erfindungsgemäßen Reaktorkonstruktion auf eine maximale Temperatur von 500°C aufgeheizt.
Bei der erfindungsgemäßen Reaktorkonstruktion herrscht zudem auf der Außenseite der Reaktorrohre 32 vorzugsweise der höhere Druck. Dies ist von Vorteil, da im Allgemeinen die Druckfestigkeit von Keramik höher ist als deren Zugfestigkeit.
In der Figur nicht dargestellt sind sog. Turbulenzverstärker, die der Verbesserung des Stoffüberganges dienen und die vorzugsweise in Form von wirbelerzeugenden (Leit)Blechen ausgebildet sind. Diese Turbulenzverstärker können in dem ersten Gasraum 16, dem zweiten Gasraum 38, innerhalb der Austragsrohre 17, hierbei vorzugsweise im Bereich des ersten Gasraumes 16, und/oder in den von den Austragsrohren 17 und den Reaktorrohren 32 gebildeten Ringspalten 23 angeordnet sein.
Die erste Alternative des erfindungsgemäßen Reaktors unterscheidet sich von der anhand der Figur erläuterten zweiten Alternative des erfindungsgemäßen Reaktors dadurch, dass auf den Innenbehälter 9 - und damit auf den durch ihn definierten Gasraum 16 - sowie auf die Öffnungen 12 und 13 verzichtet wird.
Es ist hinsichtlich der Belastung der Membranrohre 33 von Vorteil, wenn der Druck des Synthesegases und des Sauerstoff-enthaltenden Gasgemisches sehr unterschiedlich ist. Im Falle eines geringem Druckunterschiedes muss bzw. sollte möglicherweise das den Reaktor über die Öffnung 3 verlassende, an Sauerstoff abgereicherte Gasgemisch nicht gekühlt werden, da dieses - unter relativ hohem Druck stehende - Gasgemisch zur besseren energetischen Nutzung bspw. einer Expansionsturbine zugeführt werden kann, wobei eine möglichst hohe Gastemperatur sinnvoll ist.
Die Konstruktion gemäß der ersten Alternative verzichtet daher auf die Möglichkeit der integrierten Kühlung des an Sauerstoff abgereicherten Gasgemisches.
Die erfindungsgemäßen Reaktorkonstruktionen ermöglichen die Realisierung einer ausreichenden Kühlung vorzugsweise sämtlicher druckbelasteter metallischer Bauteile. Ferner wird ein sicherer und gasdichter Übergang von dem als Membranrohr ausgebildeten Bereich eines Reaktorrohres zu den metallischen Bauteilen des Reaktorrohres gewährleistet. Des Weiteren können schadhafte Reaktorrohre vergleichsweise einfach und schnell ausgewechselt werden. Darüber hinaus sind die erfindungsgemäßen Reaktorkonstruktionen so konventionell als möglich aufgebaut, so dass der Anteil der keramischen Bauteile gering gehalten werden kann. Es wird zudem eine verbesserte Reaktionsführung ermöglicht, da die Zuführung des Sauerstoffes zu dem Kohlenwasserstoff oder Kohlenwasserstoffgemisch über die Rohrlänge - d. h. entlang des Reaktionsweges - erfolgen kann.
Neben den erwähnten Membrantypen eignen sich die erfindungsgemäßen Reaktoren auch für den Einsatz anderer Membranen, die in der vorbeschriebenen Art und Weise in die Reaktorkonstruktionen integrierbar sind.

Claims (13)

1. Reaktor mit
  • - einem Reaktormantel,
  • - zwei die beiden Enden des Reaktormantels verschließende Deckel,
  • - wobei jeder Deckel wenigstens eine Öffnung aufweist,
  • - einem im oberen Bereich des Reaktors angeordneten ersten Rohrboden und einem im mittleren Bereich des Reaktors angeordneten zweiten Rohrboden,
  • - einem Innenbehälter, der unterhalb des zweiten Rohrbodens angeordnet ist und einen Gasraum definiert,
  • - wobei der Innenbehälter in seinem Boden Öffnungen aufweisen kann,
  • - wenigstens einer im wesentlichen rechtwinklig zu dem Reaktormantel angeordneten, Öffnungen aufweisenden Trennwand, die den Bereich zwischen dem ersten Rohrboden und dem zweiten Rohrboden in einen oberhalb der Trennwand angeordneten Gasraum und in einen unterhalb der Trennwand angeordneten Gasraum unterteilt,
  • - jeweils wenigstens zwei zu dem unterhalb der Trennwand angeordneten Gasraum und zu dem durch den Innenbehälter definierten Gasraum korrespondierende Öffnungen, wobei diese im Falle des unterhalb der Trennwand angeordneten Gasraumes vorzugsweise in dem Reaktormantel angeordnet sind und im Falle des durch den Innenbehälter definierten Gasraumes vorzugsweise eine Öffnung in dem Reaktormantel und Öffnungen im Boden des Innenbehälters angeordnet sind,
  • - wenigstens einer zu dem oberhalb der Trennwand angeordneten Gasraum korrespondierenden Öffnung,
  • - mehreren in dem ersten Rohrboden eingesteckten Austragsrohren,
  • - mehreren in dem zweiten Rohrboden eingesteckten Reaktorrohren,
  • - wobei sich die Austragsrohre durch die Öffnungen hindurch in die Reaktorrohre erstrecken,
  • - wobei die Reaktorrohre zumindest teilweise als Membranrohre ausgebildet sind, und
  • - wobei der als Membranrohr ausgebildete Bereich der Reaktorrohre in dem durch den Innenbehälter definierten Gasraum angeordnet ist.
2. Reaktor mit
  • - einem Reaktormantel (1, 1'),
  • - zwei die beiden Enden des Reaktormantels (1, 1') verschließende Deckel (2, 5),
  • - wobei jeder Deckel (2, 5) wenigstens eine Öffnung (3, 6) aufweist,
  • - einem im oberen Bereich des Reaktors angeordneten ersten Rohrboden (8) und einem im mittleren Bereich des Reaktors angeordneten zweiten Rohrboden (30),
  • - einem oberen und einem unteren Innenbehälter (9, 34), die jeweils unterhalb der Rohrböden (8, 30) angeordnet sind und einen ersten und einen zweiten Gasraum (16, 38) definieren,
  • - wobei zumindest der obere Innenbehälter (9) in seinem Boden Öffnungen (11) aufweist,
  • - wenigstens einer im wesentlichen rechtwinklig zu dem Reaktormantel (1, 1') unterhalb des inneren Behälters (9) angeordneten, Öffnungen (20) aufweisenden Trennwand (19), die den Bereich zwischen dem oberen Innenbehälter (9) und dem zweiten Rohrboden (30) in einen dritten (21) und einen vierten Gasraum (24) unterteilt,
  • - jeweils wenigstens zwei zu dem ersten, dem zweiten und dem vierten Gasraum (16, 38, 24) korrespondierenden Öffnungen (12, 13, 36, 37, 25, 26), wobei diese im Falle des ersten und des vierten Gasraumes (16, 24) vorzugsweise in dem Reaktormantel (1') angeordnet sind und im Falle des zweiten Gasraumes (38) vorzugsweise eine Öffnung (36) in dem Reaktormantel (1) und Öffnungen (37) im Boden des unteren Innenbehälters (34) angeordnet sind,
  • - wenigstens einer zu dem dritten Gasraum (21) korrespondierenden Öffnung (22),
  • - mehreren in dem ersten Rohrboden (8) eingesteckten Austragsrohren (17),
  • - mehreren in dem zweiten Rohrboden (30) eingesteckten Reaktorrohren (32),
  • - wobei sich die Austragsrohre (17) durch die Öffnungen (11) hindurch in die Reaktorrohre (32) erstrecken,
  • - wobei die Reaktorrohre (32) zumindest teilweise als Membranrohre (33) ausgebildet sind, und
  • - wobei der als Membranrohr (33) ausgebildete Bereich der Reaktorrohre (32) in dem zweiten Gasraum (38) angeordnet ist.
3. Reaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der als Membranrohr (33) ausgebildete Bereich der Reaktorrohre (32) in Form einer auf einem gasdurchlässigen Trägerrohr aufgebrachten gasdichten, Sauerstoffionen- und Elektronen-leitenden Keramikmembran ausgebildet ist.
4. Reaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der als Membranrohr (33) ausgebildete Bereich der Reaktorrohre (32) in Form eines aus einer monolithischen, gasdichten, Sauerstoffionen- und Elektronen-leitenden Keramik bestehenden Rohres ausgebildet ist.
5. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Innenbehälter (34) zumindest teilweise mit einem vorzugsweise körnigem Katalysator (35) befüllt ist.
6. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktorrohre (32), zumindest der als Membranrohr (33) ausgebildete Bereich der Reaktorrohre (32), mit einem Katalysator beschichtet ist.
7. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Reaktorrohre (32) durch den Boden des unteren Innenbehälters (34) hindurch in den unterhalb befindlichen Gasraum (7) erstrecken.
8. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Innenseite des Reaktormantels (1, 1') und/oder auf der Innenseite eines oder der Deckel (2, 5) eine wärmeisolierende Schicht angeordnet ist.
9. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem oder den Rohrböden (8, 30) Rohrstücke (10, 31) angeordnet sind, in die die Austragsrohre (17) und/oder die Reaktorrohre (32) einsteckbar sind.
10. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der in dem Boden des oberen Innenbehälters (9) vorgesehenen Öffnungen (11) die Austragsrohre (17) gasdicht angebrachte Metallbalge (18) aufweisen, wobei diese mit einem ihrer Enden an den Austragsrohren (17), vorzugsweise gasdicht befestigt sind.
11. Reaktor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbalge (18) mit den Austragsrohren (17) verschweißt sind.
12. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Gasraum (16), dem zweiten Gasraum (38), innerhalb der Austragsrohre (17), vorzugsweise innerhalb der Austragsrohre (17) im Bereich des ersten Gasraumes (16), und/oder in den von den Austragsrohren (17) und den Reaktorrohren (32) gebildeten Ringspalten (23) Turbulenzverstärker angeordnet sind.
13. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor zylindersymmetrisch aufgebaut ist.
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