DE102016121688A1 - A process for dehydrogenating a hydrogenated liquid hydrogen carrier and reactor - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zum Dehydrieren eines mit Wasserstoff angereicherten flüssigen Wasserstoffträgers in einem Reaktor, wobei der mit Wasserstoff angereicherte flüssige Wasserstoffträger einem ersten Kanal des Reaktors zugeführt wird, wobei anschließend der Wasserstoffträger einem zweiten Kanal des Reaktors zugeführt wird, wobei entweder im ersten Kanal und/oder im zweiten Kanal Wasserstoff in dem Reaktor aufgrund einer katalytischen Reaktion aus dem Wasserstoffträger gasförmig gelöst wird und ein dehydrierter Wasserstoffträger erhalten wird.It is a process for dehydrogenating a hydrogen-enriched liquid hydrogen carrier in a reactor, wherein the hydrogen-enriched liquid hydrogen carrier is fed to a first channel of the reactor, then the hydrogen carrier is fed to a second channel of the reactor, either in the first channel and / or or in the second channel, hydrogen in the reactor is gaseously dissolved from the hydrogen carrier due to a catalytic reaction and a dehydrogenated hydrogen carrier is obtained.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dehydrieren eines mit Wasserstoff angereicherten flüssigen Wasserstoffträgers in einem Reaktor gemäß Patentanspruch 1 und ein System mit einem Reaktor gemäß Patentanspruch 10 und einen Reaktor gemäß Anspruch 15.The invention relates to a method for dehydrogenating a hydrogen-enriched liquid hydrogen carrier in a reactor according to
Im Stand der Technik ist es bekannt, flüssige Wasserstoffträger zum Transport von Wasserstoff zu verwenden. Zum Lösen des Wasserstoffes von dem flüssigen Wasserstoffträger ist eine Dehydrierung erforderlich. Die Dehydrierung ist eine endotherme Reaktion, so dass Wärme dem Reaktor zugeführt werden muss.It is known in the art to use liquid hydrogen carriers to transport hydrogen. Dehydration is required to dissolve the hydrogen from the liquid hydrogen carrier. The dehydrogenation is an endothermic reaction, so that heat must be supplied to the reactor.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren, ein verbessertes System mit einem Reaktor und einen verbesserten Reaktor zur Dehydrierung eines mit Wasserstoff angereicherten flüssigen Wasserstoffträgers bereitzustellen.The object of the invention is to provide an improved process, an improved system with a reactor and an improved reactor for dehydrogenating a hydrogen-enriched liquid hydrogen carrier.
Die Aufgaben der Erfindung werden durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst.The objects of the invention are solved by the independent claims.
Ein Vorteil des beschriebenen Verfahrens besteht darin, dass eine im Wasserstoffträger befindliche Restwärme vor oder nach der Dehydrierung zum Aufheizen des Reaktors verwendet wird. Dadurch wird der Energieverbrauch des Verfahrens reduziert.An advantage of the method described is that a residual heat in the hydrogen carrier is used before or after the dehydrogenation for heating the reactor. This reduces the energy consumption of the process.
Es wird ein Verfahren zum Dehydrieren eines mit Wasserstoff angereicherten flüssigen Wasserstoffträgers in einem Reaktor vorgeschlagen, wobei der mit Wasserstoff angereicherte flüssige Wasserstoffträger einem ersten Kanal des Reaktors zugeführt wird, wobei anschließend der Wasserstoffträger einem zweiten Kanal des Reaktors zugeführt wird, wobei entweder im ersten Kanal und/oder im zweiten Kanal Wasserstoff in dem Reaktor aufgrund einer katalytischen Reaktion aus dem Wasserstoffträger Wasserstoff gasförmig gelöst wird und ein dehydrierter Wasserstoffträger erhalten wird.It is proposed a method for dehydrogenating a hydrogen-enriched liquid hydrogen carrier in a reactor, wherein the hydrogen-enriched liquid hydrogen carrier is fed to a first channel of the reactor, wherein the hydrogen carrier is then fed to a second channel of the reactor, either in the first channel and / or in the second channel, hydrogen in the reactor is gaseously dissolved from the hydrogen carrier hydrogen due to a catalytic reaction and a dehydrogenated hydrogen carrier is obtained.
In einer Ausführung wird der Wasserstoffträger zwischen dem ersten und dem zweiten Kanal auf eine zweite Temperatur aufgeheizt, wobei der aufgeheizte Wasserstoffträger im zweiten Kanal erneut in thermischen Kontakt mit dem Reaktor und dem ersten Kanal gebracht wird und der Reaktor von dem erwärmten Wasserstoffträger aufgeheizt wird.In one embodiment, the hydrogen carrier between the first and second channels is heated to a second temperature, wherein the heated hydrogen carrier in the second channel is again brought into thermal contact with the reactor and the first channel and the reactor is heated by the heated hydrogen carrier.
In einer Ausführung wird der Wasserstoffträger im ersten Kanal und/oder im zweiten Kanal auf eine zweite Temperatur aufgeheizt, wobei der Wasserstoffträger im zweiten Kanal erneut in thermischen Kontakt mit dem ersten Kanal gebracht wird.In one embodiment, the hydrogen carrier in the first channel and / or in the second channel is heated to a second temperature, wherein the hydrogen carrier is brought in the second channel again in thermal contact with the first channel.
In einer Ausführung wird der flüssige Wasserstoffträger vor dem Zuführen zum ersten Kanal des Reaktors auf eine erste Temperatur aufgeheizt.In one embodiment, the liquid hydrogen carrier is heated to a first temperature prior to delivery to the first channel of the reactor.
In einer Ausführung gibt der aufgeheizte Wasserstoffträger die Wärme über einen Wärmetauscher an den Reaktor ab.In one embodiment, the heated hydrogen carrier releases the heat to the reactor via a heat exchanger.
In einer Ausführung wird der flüssige Wasserstoffträger vor dem Zuführen zum Reaktor auf eine erste Temperatur aufgeheizt. Somit kann eine effizientere Prozessführung erreicht werden.In one embodiment, the liquid hydrogen carrier is heated to a first temperature prior to delivery to the reactor. Thus, a more efficient process management can be achieved.
In einer Ausführung ist der Reaktor in Form eines Plattenwärmetauschers ausgebildet, wobei der Plattenwärmetauscher den ersten Kanal und den zweiten Kanal aufweist, wobei der erste Kanal mit dem zweiten Kanal thermisch gekoppelt ist, wobei der erste Kanal und der zweite Kanal thermisch gekoppelt sind und Wärme austauschen.In one embodiment, the reactor is in the form of a plate heat exchanger, the plate heat exchanger having the first channel and the second channel, the first channel being thermally coupled to the second channel, the first channel and the second channel being thermally coupled and exchanging heat ,
In einer Ausführung wird der im Reaktor vom Wasserstoffträger gelöste Wasserstoff in einer Brennstoffzelle oxidiert.In one embodiment, the hydrogen dissolved in the reactor from the hydrogen carrier is oxidized in a fuel cell.
In einer Ausführung ist der Reaktor in Form eines Plattenwärmetauschers ausgebildet ist, wobei der Plattenwärmetauscher den ersten Kanal aufweist, wobei der Plattenwärmetauscher den zweiten Kanal aufweist, wobei der erste Kanal mit dem zweiten Kanal thermisch gekoppelt ist, wobei der Wasserstoffträger Wärme über den ersten Kanal an den zweiten Kanal abgibt.In one embodiment, the reactor is in the form of a plate heat exchanger, the plate heat exchanger having the first channel, the plate heat exchanger having the second channel, the first channel being thermally coupled to the second channel, the hydrogen carrier applying heat via the first channel emits the second channel.
In einer Ausführung wird der dehydrierte Wasserstoffträger vor dem Zuführen zum Reaktor auf eine zweite Temperatur aufgeheizt. Dadurch kann eine effiziente Prozessführung unterstützt werden.In one embodiment, the dehydrogenated hydrogen carrier is heated to a second temperature prior to delivery to the reactor. This can support efficient process management.
In einer Ausführung wird der dehydrierte Wasserstoffträger nach der Wärmeabgabe an den Reaktor in einem Speicher aufgefangen.In one embodiment, the dehydrogenated hydrogen carrier is captured in a store after heat is released to the reactor.
In einer Ausführung wird als Wasserstoffträger Dibenzyltoluol verwendet.In one embodiment, dibenzyltoluene is used as the hydrogen carrier.
In einer Ausführung wird der flüssige Wasserstoffträger mit einem Druck von 1 bis 20 bar durch den Reaktor insbesondere durch den ersten Kanal für die Dehydrierung und/oder durch den zweiten Kanal für die Wärmeabgabe gepumpt.In one embodiment, the liquid hydrogen carrier is pumped through the reactor at a pressure of 1 to 20 bar, in particular through the first channel for the dehydrogenation and / or through the second channel for the dissipation of heat.
Es wird ein System mit einem Reaktor zum Dehydrieren eines mit Wasserstoff angereicherten flüssigen Wasserstoffträgers vorgeschlagen, wobei der Reaktor wenigstens einen ersten Kanal mit einem Eingang für eine Zufuhr eines mit Wasserstoff angereicherten flüssigen Wasserstoffträgers aufweist, wobei ein Ausgang des ersten Kanals mit einem Eingang eines zweiten Kanals des Reaktors verbunden ist. Der erste Kanal und/oder der zweite Kanal stehen mit einer Wärmequelle in Wirkverbindung. Der zweite Kanal ist thermisch mit dem ersten Kanal gekoppelt, wobei ein Ausgang des zweiten Kanals an eine zweite Ablaufleitung angeschlossen ist, wobei der Reaktor im ersten Kanal und/oder im zweiten Kanal ein Katalysatormaterial aufweist, wobei das Katalysatormaterial ausgebildet ist, um Wasserstoff aufgrund einer katalytischen Reaktion aus dem Wasserstoffträger gasförmig zu lösen.There is proposed a system comprising a reactor for dehydrogenating a hydrogen-enriched liquid hydrogen carrier, the reactor having at least a first channel with an inlet for supplying a hydrogen-enriched liquid hydrogen carrier, an output of the first channel having an inlet of a second channel connected to the reactor is. The first channel and / or the second channel are in operative connection with a heat source. The second channel is thermally coupled to the first channel, wherein an output of the second channel is connected to a second drain line, wherein the reactor in the first channel and / or in the second channel comprises a catalyst material, wherein the catalyst material is adapted to hydrogen due to a catalytic reaction from the hydrogen carrier to solve gaseous.
In einer Ausführung ist der Ausgang des ersten Kanals über eine erste Ablaufleitung zu der Wärmequelle geführt, wobei die Wärmequelle ausgebildet ist, um den Wasserstoffträger aufzuheizen, wobei die erste Ablaufleitung nach der Wärmequelle mit einer Zulaufleitung verbunden ist, wobei die Zulaufleitung mit dem Eingang des zweiten Kanals des Reaktors verbunden ist und den von der Wärmequelle aufgeheizten Wasserstoffträger zu dem zweiten Kanal führt.In one embodiment, the output of the first channel is led to the heat source via a first drain line, wherein the heat source is designed to heat the hydrogen carrier, wherein the first drain line is connected to a supply line after the heat source, wherein the feed line to the input of the second Channel of the reactor is connected and leads the heated from the heat source hydrogen carrier to the second channel.
In einer Ausführung weist der Reaktor einen Wärmetauscher auf, wobei der Reaktor insbesondere als Plattenwärmetauscher ausgebildet ist.In one embodiment, the reactor has a heat exchanger, wherein the reactor is designed in particular as a plate heat exchanger.
In einer Ausführung weist der Reaktor eine Heizeinrichtung, insbesondere eine elektrische Heizeinrichtung auf, mit der der erste Kanal und/oder zweite Kanal aufgeheizt werden können.In one embodiment, the reactor has a heating device, in particular an electrical heating device, with which the first channel and / or second channel can be heated.
In einer Ausführung ist der Katalysator als Schüttgut in dem ersten Kanal oder in dem zweiten Kanal angeordnet ist oder auf wenigstens einer Wand des ersten Kanals oder auf einer Wand des zweiten Kanals aufgebracht.In one embodiment, the catalyst is arranged as bulk material in the first channel or in the second channel or applied to at least one wall of the first channel or on a wall of the second channel.
Weiterhin wird ein Reaktor für eine Durchführung eines Dehydrierverfahrens vorgeschlagen, wobei der Reaktor wenigstens einen ersten Kanal einen Eingang für eine Zufuhr eines mit Wasserstoff angereicherten flüssigen Wasserstoffträgers aufweist, wobei der erste Kanal mit einem Ausgang einer ersten Ablaufleitung verbunden ist, wobei der Reaktor einen zweiten Kanal zum Zuführen eines Wasserstoffträgers aufweist, wobei der zweite Kanal thermisch mit dem ersten Kanal gekoppelt ist, wobei der erste Kanal oder der zweite Kanal mit einer Leitung zum Abführen des gasförmigen Wasserstoffes verbunden ist, wobei der Reaktor im ersten Kanal oder im zweiten Kanal einen Katalysator aufweist, wobei der Katalysator ausgebildet ist, um Wasserstoff aufgrund einer katalytischen Reaktion aus dem Wasserstoffträger gasförmig zu lösen und einen dehydrierten Wasserstoffträger zu erzeugen.Furthermore, a reactor is proposed for carrying out a dehydrogenation process, the reactor having at least one first channel having an inlet for supplying a hydrogen-enriched liquid hydrogen carrier, the first channel being connected to an outlet of a first discharge line, the reactor having a second channel for supplying a hydrogen carrier, wherein the second channel is thermally coupled to the first channel, wherein the first channel or the second channel is connected to a line for discharging the gaseous hydrogen, wherein the reactor in the first channel or in the second channel comprises a catalyst wherein the catalyst is configured to gaseously dissolve hydrogen from the hydrogen carrier due to a catalytic reaction and to produce a dehydrogenated hydrogen carrier.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen
-
1 eine schematische Darstellung eines Systems zur Dehydrierung eines flüssigen Wasserstoffträgers, -
2 eine schematische Darstellung eines Reaktors, -
3 eine Draufsicht auf den Reaktor, -
4 eine Seitenansicht des Reaktors, -
5 einen weiteren Querschnitt durch den Reaktor, -
6 eine schematische Darstellung eines Ausschnittes eines weiteren Reaktors, -
7 eine weitere Ansicht des weiteren Reaktors, und -
8 einen weiteren Querschnitt durch den weiteren Reaktor.
-
1 a schematic representation of a system for dehydrogenation of a liquid hydrogen carrier, -
2 a schematic representation of a reactor, -
3 a top view of the reactor, -
4 a side view of the reactor, -
5 another cross section through the reactor, -
6 a schematic representation of a section of another reactor, -
7 another view of the other reactor, and -
8th another cross section through the other reactor.
In der ersten Heizung
Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann auf die erste Heizung
Ein Ausgang des ersten Kanals
Abhängig von der gewählten Ausführung kann auf die zweite Heizung verzichtet werden und der dehydrierte Wasserstoffträger wird ohne Aufheizung vom ersten Kanal zum zweiten Kanal geführt. Zudem kann auf die dritte Leitung
Weiterhin kann auch auf die erste Heizung
Beim Durchströmen des zweiten Kanals
Die fünfte Leitung
Abhängig von der gewählten Ausführung kann auf die zweite Heizung
Der Reaktor
In einer weiteren Ausführung ist der Katalysator nicht im ersten Kanal
In einer weiteren Ausführung ist der Katalysator im ersten Kanal
Die Dehydrierung des Wasserstoffes erfolgt im Reaktor durch den Katalysator
Abhängig von der gewählten Ausführungsform weist der Reaktor eine Heizeinrichtung
Die Trennwände
Der erste und der zweite Kanal
Die Wärmeübertragung zwischen den weiteren Teilkanälen des zweiten Kanals
Über den Zufuhrkanal
Der wasserstoffbeladene Wasserstoffträger gibt beim Durchströmen des ersten und des zweiten Teilkanals
Ist das Katalysatormaterial
Der wasserstoffbeladene Wasserstoffträger gibt beim Durchströmen des ersten und des zweiten Teilkanals
Aufgrund der Ausbildung des Reaktors
Zudem weist der Reaktor eine kompakte Bauform auf. Weiterhin bieten der erste und der zweite Teilkanal
In
Mithilfe des beschriebenen Verfahrens wird ein Reaktor zur Wasserstofffreisetzung aus einer mindestens teilweise hydrierten organischen Verbindung als Wasserstoffträger bereitgestellt. Der gasförmige Wasserstoff kann anschließend gespeichert oder von einer Brennstoffzelle zur Erzeugung von elektrischem Strom verwendet werden. Das Lösen des Wasserstoffes vom angereicherten Wasserstoffträger kann zwischen Raumtemperatur und einer Temperatur von bis zu 400 °C erfolgen. Zudem kann der angereicherte Wasserstoffträger drucklos vorliegen und drucklos den Reaktor durchströmen oder mit einem Druck von bis zu 20 bar den Reaktor durchströmen.The process described provides a hydrogen release reactor of an at least partially hydrogenated organic compound as a hydrogen carrier. The gaseous hydrogen may then be stored or used by a fuel cell to generate electric power. The dissolution of the hydrogen from the enriched hydrogen carrier can take place between room temperature and a temperature of up to 400 ° C. In addition, the enriched hydrogen carrier can be present without pressure and flow through the reactor without pressure or flow through the reactor at a pressure of up to 20 bar.
Der Reaktor
Der Plattenwärmetauscher kann anstelle der beschriebenen Ausführungsformen auch andere Formen mit anderen Strömungsprofilen wie z.B. Gegenstromprinzip, Gelichstromprinzip, Kreuzstromprinzip usw. aufweisen.The plate heat exchanger may, instead of the described embodiments, other forms with other flow profiles such. Countercurrent principle, Gelichstromprinzip, cross flow principle, etc. have.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Tanktank
- 22
- erste Leitungfirst line
- 33
- erste Heizungfirst heating
- 44
- zweite Leitungsecond line
- 55
- Reaktorreactor
- 66
- erster Kanalfirst channel
- 77
- dritte Leitungthird line
- 88th
- zweite Heizungsecond heating
- 99
- vierte Leitungfourth line
- 1010
- zweiter Kanalsecond channel
- 1111
- fünfte Leitungfifth line
- 1212
- zweiter Tanksecond tank
- 1313
- sechste Leitungsixth lead
- 1414
- Brennstoffzellefuel cell
- 1515
- siebte Leitungseventh pipe
- 1616
- Rohrpipe
- 1717
- Innenwandinner wall
- 1818
- Ummantelungjacket
- 1919
- erster Teilkanalfirst subchannel
- 2020
- zweiter Teilkanalsecond subchannel
- 2121
- erster weiterer Teilkanalfirst further subchannel
- 2222
- zweiter weiterer Teilkanalsecond further subchannel
- 2323
- dritter weiterer Teilkanalthird additional subchannel
- 2424
- Zufuhrkanalsupply channel
- 2525
- Abfuhrkanaldischarge channel
- 2626
- Katalysatormaterialcatalyst material
- 2727
- dritter Teilkanalthird subchannel
- 2828
- vierter Teilkanalfourth subchannel
- 2929
- fünfter Teilkanalfifth subchannel
- 3030
- sechster Teilkanalsixth subchannel
- 3131
- siebter Teilkanalseventh subchannel
- 3232
- Verbindungsabschnittconnecting portion
- 3333
- vierter weiterer Teilkanalfourth additional subchannel
- 3434
- fünfter weiterer Teilkanalfifth further subchannel
- 3535
- sechster weiterer Teilkanalsixth further subchannel
- 3636
- erster Wasserstoffkanalfirst hydrogen channel
- 3737
- zweiter Wasserstoffkanalsecond hydrogen channel
- 3838
- Heizeinrichtungheater
- 3939
- Trennwandpartition wall
- 4040
- Zulauföffnunginlet opening
- 4141
- Ablauföffnungdrain hole
- 4242
- weitere Trennwandanother partition
Claims (16)
Priority Applications (1)
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DE102016121688.7A DE102016121688A1 (en) | 2016-11-11 | 2016-11-11 | A process for dehydrogenating a hydrogenated liquid hydrogen carrier and reactor |
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DE102016121688.7A DE102016121688A1 (en) | 2016-11-11 | 2016-11-11 | A process for dehydrogenating a hydrogenated liquid hydrogen carrier and reactor |
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ID=62026137
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2016
- 2016-11-11 DE DE102016121688.7A patent/DE102016121688A1/en not_active Ceased
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