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Die Erfindung betrifft eine Reaktorkaskade nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Reaktorkaskade nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.
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Fossile Energieträger verursachen Kohlendioxidemissionen, die nicht im Einklang mit den globalen Klimaschutzzielen stehen. Alternative, regenerative Energiequellen erzeugen Strom, der jedoch nicht zu jeder Zeit in gleicher Leistung zur Verfügung steht, also Schwankungen unterzogen ist. Derzeit wird nach Ansätzen gesucht, diesen verfügbaren elektrischen, regenerativ erzeugten Strom sinnvoll zu nutzen und beispielsweise chemische Wertprodukte herzustellen. Eine Möglichkeit ist dabei die elektrochemische Umwandlung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff. Der erzeugte Wasserstoff kann dann mit Kohlendioxid als Startmolekül reagieren, wodurch gleichzeitig Kohlendioxidemissionen verringert werden würden. Das relativ einfach verfügbare Kohlendioxid, das ohnehin nicht in die Atmosphäre abgelassen werden soll, kann damit als kostengünstige Kohlenstoffquelle genutzt werden. Beispielsweise ist Methanol ein mögliches Produkt einer einstufigen Synthese aus Kohlendioxid und Wasserstoff nach folgender Gleichung:
CO2 + 3H2 -> CH3OH + H2O
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Nachteilig an der Synthese von Methanol aus Kohlendioxid und Wasserstoff sind niedrige Gleichgewichtsumsätze, die bei 50 bar und 250 Grad Celsius bei nur etwa 20 Prozent liegen. Daher muss ein großer Teil der gasförmigen Edukte im Kreis geführt werden. Durch die Druckverluste, die in einem Reaktor auftreten, muss das Gas dafür jeweils rekomprimiert werden, was sehr energieintensiv ist und den Wirkungsgrad des Prozesses deutlich reduziert. Neben diesen energetischen Nachteilen ist ein derartiger in Kreis geführter Gasrecycleprozess nur wenig für einen dynamischen Betrieb der Anlage geeignet, was insbesondere bei dem fluktuierenden Stromquellen der regenerativen Energiequellen besonders ungünstig ist.
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Eine kontinuierliche Prozessführung ist in der
DE 102016210224 A1 in Form eines Rührkessels beschrieben. Bezogen auf das Reaktorvolumen sind Rührkesselreaktionen jedoch besonders bei hohen Drücken teurer als Rohrreaktoren. Des Weiteren ist ihre Kapazität in Abhängigkeit des Drucks begrenzt. Aus diesem Grund sind sie weniger für großtechnische Umsetzungen von Kohlendioxid und Wasserstoff zu Methanol geeignet. Außerdem enthalten Rührreaktoren im Vergleich zu Rohrreaktoren bewegte Bauteile, die im Allgemeinen einen höheren Wartungsaufwand mit sich bringen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen kontinuierlichen Prozess zur Synthese von gleichgewichtslimitierten Reaktionen bereitzustellen, der gegenüber dem Stand der Technik einen geringeren Energieaufwand, also einen höheren Wirkungsgrad erfordert und dabei bei einer Eignung für großtechnische Prozesse einen geringeren Wartungsaufwand gegenüber dem Stand der Technik mit sich bringt.
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Die Lösung der Aufgabe besteht in einer Reaktorkaskade zur Umsetzung gleichgewichtslimitierter Reaktionen nach Patentanspruch 1 sowie in einem Verfahren zur Durchführung einer gleichgewichtslimitierten Reaktion nach Patentanspruch 8.
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Die erfindungsgemäße Reaktorkaskade gemäß Patentanspruch 1 zur Umsetzung gleichgewichtslimitierten Reaktionen weist dabei mindestens zwei Reaktoreinheiten jeweils in Form eines Rohrreaktors auf. Jede der Reaktoreinheiten umfasst dabei einen Reaktionsteil und einen Absorptionsteil. Der Reaktionsteil wiederum weist einen Edukteinlass auf und der Absorptionsteil weist einen Eduktauslass zur Ableitung überschüssiger Edukte auf. Dabei besteht eine Verbindungsleitung zwischen dem Eduktauslass einer ersten Reaktionseinheit und dem Edukteinlass einer zweiten Reaktoreinheit. Diese Verbindungsleitung ist mit einem Druckreduktionsventil zur Reduktion eines Prozessdruckes p zwischen der ersten Reaktionseinheit und der zweiten Reaktionseinheit versehen.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, überschüssige Produkte ohne weitere Aufbereitung, insbesondere ohne weitere energieintensive Kompression in eine gleichartige weitere Reaktoreinheit weiterzuleiten, bei der dieselbe Reaktion lediglich mit leicht veränderten, verringerten Druckverhältnissen fortgeführt werden kann. Die Verringerung der Druckverhältnisse beeinflusst die Effizienz der gleichgewichtslimitierten Reaktion, die in der zweiten Reaktionseinheit stattfindet, nur geringfügig. Es kann dabei ein kostengünstig aufgebauter Rohrreaktor verwendet werden, der keiner beweglichen Teile bedarf und somit einen geringen Wartungsaufwand erfordert. Ferner ist diese Reaktionskaskade insbesondere gut für die Anwendung in kontinuierlichen Prozessen geeignet.
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Gegenüber dem Stand der Technik ist es auch zweckmäßig, wenn der rohrförmige Reaktorteil der Reaktionseinheit so ausgestaltet ist, dass an einem Ende des rohrförmigen Reaktorteils der Edukteinlass vorgesehen ist und am anderen Ende des Reaktors des Absorptionsteil angeordnet ist. Bevorzugt ist das Absorptionsteil an dieser Stelle durch einen Flansch an das Reaktionsteil angeflanscht. Auch dieser Aufbau trägt zu einer Vereinfachung der Konstruktion und somit zu einer kostengünstigen Darstellung der Reaktionskaskade bei.
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Die Trennung der Reaktionseinheit in einen Reaktionsteil und in einen Absorptionsteil weist auch den Vorteil auf, dass das Absorptionsmittel ausschließlich im räumlich getrennten Absorptionsteil vorliegt und somit ein Kontakt des Absorptionsmittels mit den im Reaktionsteil vorliegenden Katalysatormaterials vermieden wird. Eine Berührung des Katalysatormaterials und des Absorptionsmittels würde die Effizienz der Reaktion und die Wirksamkeit des Katalysators deutlich erniedrigen. Hierzu ist insbesondere Eine Gasfiltervorrichtung geeignet. Die Absorptionsteil angeordnet ist.
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Bei dem Begriff rohrförmig wird dabei ein langgestrecktes innen hohles Gebilde verstanden, das ein Aspektverhältnis aufweist, dass größer als drei ist, bevorzugt größer als sechs, besonders bevorzugt größer als acht ist. Bevorzugt ist der Querschnitt des rohrförmigen Reaktorgehäuses rund oder oval, wobei aber auch andere, wie beispielsweise rechteckige oder quadratische Querschnitte unter rohrförmig verstanden werden.
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Ferner ist die Reaktionskaskade bevorzugt in der Form ausgestaltet, dass der Absorptionsteil der Reaktionseinheit neben dem Eduktauslass auch noch ein Absorptionsmittelauslass aufweist. Der Absorptionsmittelauslass ist dabei bevorzugt mit einer Desorptionseinheit verbunden, sodass das ausgelassene, mit Produkt beladene Absorptionsmittel von diesem in der Desorptionseinheit getrennt werden kann und wonach das aufbereitete beziehungsweise entladene Absorptionsmittel kostengünstig wieder in den Absorptionsteil eingeleitet werden kann.
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Ferner erlaubt das die überschriebene Reaktionskaskade so auszugestalten, dass die jeweiligen Reaktionseinheiten von ihrem Bauprinzip und von ihrer Formgebung gleichartig ausgestaltet sind. Unter gleichartig wird verstanden, dass jeweils ein, bevorzugt senkrecht stehender Rohrreaktor vorgesehen ist, an dessen unterem Teil das Absorptionsteil angebracht beziehungsweise angeflanscht ist. Unter gleichartig wird auch verstanden, dass die einzelnen Reaktionseinheiten entlang der Kaskade grundsätzlich sich bezüglich ihres Volumens verkleinern können, insbesondere in Form ihres Reaktionsvolumens im Reaktionsteil. Sie weisen aber dabei lediglich eine geschrumpfte Geometrie auf, die Ausgestaltung bleibt die gleiche. Die bevorzugte Schrumpfung des Reaktionsvolumens von der ersten Reaktionseinheit zur zweiten Reaktionseinheit ist damit begründet, dass aus der ersten Reaktionseinheit weniger überschüssiges Eduktgas herausgenommen und abgeleitet wird, als ursprünglich in die erste Reaktionseinheit eingeleitet wird. Somit kann die zweite und die darauffolgende weitere Reaktionseinheit kleiner und somit kostengünstiger ausgestaltet werden.
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Ein weiterer Bestandteil der Erfindung ist ein Verfahren zur Durchführung einer gleichgewichtslimitierten Reaktion nach Patentanspruch 7. Hiernach werden Edukte in einen Reaktionsteil einer Reaktionseinheit geleitet, wobei der Reaktionsteil zumindest teilweise mit einem porösen, katalytisch wirkenden Stoff befüllt ist. Dieser katalytische Stoff wird von den gasförmigen Edukten durchströmt, wobei das oder die Edukte an einer Oberfläche des katalytisch wirkenden Stoffes zumindest teilweise zu einer oder mehreren Reaktionsprodukten umgesetzt werden. Anschließend wird das Reaktionsprodukt und überschüssiges Edukt aus dem Reaktionsteil in ein Absorptionsteil der Reaktionseinheit geleitet und das Reaktionsprodukt wird dort von einem Absorptionsmittel absorbiert. Überschüssiges gasförmiges Edukt wird mittels einer Gasfiltervorrichtung vom Reaktionsprodukt separiert. In der beschriebenen Reaktionseinheit liegt dabei ein Druck p1 vor. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das separierte Edukt durch eine Druckmindervorrichtung geleitet wird mit einem Druck p2, der niedriger ist als der Druck p1, in eine zweite Reaktionseinheit eingeleitet.
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Der Vorteil des beschriebenen erfinderischen Verfahrens besteht analog zu den Vorteilen, die bereits bezüglich der erfinderischen Vorrichtung beschrieben sind, darin, dass eine kontinuierliche Reaktion von gleichgewichtslimitierten Reaktionen stattfinden kann. Dabei kann auf die Verwendung von beweglichen Teilen in der Reaktionseinheit verzichtet werden und das beschriebene Verfahren sowie auch die beschriebene Reaktionskaskade sind dabei für große Einsätze geeignet.
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Es wird dabei von einem Edukt gesprochen, das in den Reaktionsteil eingeleitet wird. Grundsätzlich ist die Umwandlung eines einzigen chemischen Stoffes an einer Katalysatoroberfläche in ein oder mehrere Reaktionsprodukte möglich. In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung wird jedoch ein Edukt beziehungsweise ein Eduktgas eingeleitet, das sowohl Kohlendioxid als auch Wasserstoff umfasst und somit aus mindestens zwei chemischen Verbindungen besteht. Als Reaktionsprodukt können eine oder mehrere chemische Verbindungen entstehen, bei der bereits beschriebenen Synthese aus den Edukten Kohlendioxid und Wasserstoff wird bei geeigneter Wahl des Katalysators Methanol als Reaktionsprodukt entstehen. Bei dem Begriff Edukt und Reaktionsprodukt wird dabei jeweils der Singular und der Plural verstanden.
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In der ersten Reaktionseinheit liegt, wie beschrieben, der Druck p1 vor. Da es sich um ein nach außen abgeschlossenes System handelt, liegt dieser Druck im Wesentlichen, von prozesstechnisch bedingten Schwankungen abgesehen, in der gesamten Reaktionseinheit vor. Somit weist auch das Edukt in der ersten Reaktionseinheit den Druck p1 auf. Durch die Druckreduktionsvorrichtung wird der Druck, der auf das Edukt wirkt, verringert, es wird mit dem Druck p2 in die zweite Reaktionseinheit eingeleitet, wobei die zweite Reaktionseinheit eben genau bei diesem Druck p2 im Wesentlichen betrieben wird. Auch hier können selbstverständlich reaktionsbedingte lokale Druckschwankungen vorkommen. Im Weiteren kann eine dritte Reaktionseinheit vorgesehen sein, die bei einem Druck p3 betrieben wird, wobei der Druck p3 wiederum niedriger als der Druck p2 ist. Dies ist deshalb zweckmäßig, da auch während der Reaktion in der zweiten Reaktionseinheit unverbrauchtes Edukt im Absorptionsteil auftritt, das wiederum mit einem nur geringen Druckverlust in die dritte Reaktionseinheit eingeleitet wird. Der Unterschied zwischen den Drücken p1, p2 und p3 beträgt dabei bevorzugt zwischen 0,5 bar und 10 bar.
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Grundsätzlich kann die beschriebene Reaktionskaskade eine beliebige Anzahl von Reaktionseinheiten 1 bis n umfassen, wobei sich die Anzahl n der Reaktionskaskaden, in dem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird, dadurch bestimmt wird, wieviel unverbrauchtes Edukt bei dem jeweiligen Reaktionsprozess in dem Reaktionsteil übrig bleibt und davon, ob es sich wirtschaftlich lohnt, dieses überschüssige Edukt noch in eine weitere Reaktionseinheit überzuführen. Die n Reaktionseinheiten werden dabei mit jeweils fallendem Druck von der ersten bis zur n-ten Reaktionseinheit betrieben.
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Dabei ist der Reaktionsteil der Reaktionseinheit bevorzugt rohrförmig ausgestaltet, sodass er von dem Edukt entlang seiner Längsausdehnung durchströmt wird. Dieses Durchströmen eines rohrförmigen Reaktionsteils führt dazu, dass überschüssige Edukte und Produkte letztendlich durch das Reaktionsteil geleitet werden und anschließend vom mit Katalysator versehenden Reaktionsteil im Absorptionsteil wieder voneinander getrennt werden können. Ferner ermöglicht die Durchströmung des Reaktionsteiles in Längsrichtung den Verzicht auf bewegte Teile im Reaktionsteil, was dessen Herstellungskosten reduziert.
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Ferner ist es zweckmäßig, dass das Absorptionsmittel, das mit dem oder den Reaktionsprodukten beladen ist, durch einen Absorptionsmittelauslass in eine Desorptionseinheit geleitet wird und dort vom Reaktionsprodukt entladen wird. Das entladene Absorptionsmittel kann im Weiteren wieder in das Absorptionsteil eingeleitet werden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Erfindung und weitere Merkmale ergeben sich aus den folgenden Zeichnungen. Dabei handelt es sich lediglich um schematische Darstellungen, die keine Einschränkung des Schutzbereiches darstellen.
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Dabei zeigen:
- 1 eine Reaktionskaskade zur Umsetzung gleichgewichtslimitierter Reaktionen und
- 2 eine schematische Darstellung der Aufbereitung des Absorptionsmittels.
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1 zeigt eine schematische Darstellung, die als Beispiel für eine Reaktionskaskade dient, die dazu geeignet ist, gleichgewichtlimitierte Reaktionen, hier dargestellt anhand des Beispieles von Kohlendioxid und Wasserstoff möglichst verlustfrei umzusetzen. Dabei wird an dem beschriebenen Beispiel Kohlendioxid und Wasserstoff als Edukt beziehungsweise Eduktgas mithilfe eines Kompressors bei erhöhtem Druck, der beispielsweise größer als 30 bar ist, in eine Reaktionseinheit 4 eingeleitet. Genauer gesagt wird das Edukt 18 in einen Reaktionsteil 6 über einen Edukteinlass 10 eingeleitet. In dem Reaktionsteil 6 ist ein katalytisch wirkender Stoff 30 angeordnet. Dieser katalytisch wirkende Stoff 30, der im Weiteren auch als Katalysator 30 bezeichnet wird, kann dabei in verschiedenen Ausgestaltungsformen vorliegen. In einer sehr zweckmäßigen und einfachen Ausgestaltungsform liegt der Katalysator 30 als Pulverschüttung im Reaktionsteil 6 vor. Grundsätzlich können jedoch auch poröse gesinterte Körper, die den Katalysator 30 zumindest an ihrer Oberfläche enthalten, in das Reaktionsteil 6 eingepasst sein. Somit kann eine definierte Oberfläche erzielt werden, die jedoch auch einen höheren Kostenaufwand bei der Herstellung des Katalysators 30 erfordert. Der Reaktionsteil 6 ist dabei bevorzugt rohrförmig ausgestaltet, wobei unter rohrförmig verstanden wird, dass das Längen-Breiten-Verhältnis, also das Aspektverhältnis des Reaktionsteils 6 größer als 1 ist, bevorzugt größer als 5 ist.
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An einem Ende des Reaktionsteils 6, der dem Edukteinlass 10 gegenüberliegt, ist ein Absorptionsteil 8 angeordnet, wobei der Absorptionsteil 8 und der Reaktionsteil 6 bevorzugt räumlich eng miteinander verbunden sind. Besonders bevorzugt ist der Absorptionsteil 8 direkt an den Reaktionsteil 6 durch einen Flansch 42 angeflanscht. Dieser Aufbau der Reaktionseinheit 4 ist besonders kostengünstig auszugestalten. Der Absorptionsteil 8 weist dabei bevorzugt eine Gasfiltervorrichtung 32 auf, die beispielsweise in Form einer Sinterplatte oder in Form eines perforierten Rohres ausgestaltet sein kann. In diesem Absorptionsteil befindet sich ferner ein Absorptionsmittel 14. In der Darstellung gemäß 1 ist die Gasfiltervorrichtung 32 vollständig von dem flüssigen Absorptionsmittel 14 umgeben.
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Im Folgenden wird der Reaktionsablauf, der in der Reaktoreinheit in den beschriebenen einzelnen Bauteilen stattfindet, am Beispiel des bereits erwähnten Kohlendioxid- und Wasserstoffeduktes beschrieben. Das Gemisch aus Kohlendioxid und Wasserstoff wird in den Reaktionsteil 6, dort insbesondere auf den katalytisch wirkenden Stoff 30 geleitet. Der Katalysator 30 weist dabei eine Oberfläche auf, die eben katalytisch wirkt und das Kohlendioxid und Wasserstoff zu Methanol umsetzt. Diese Reaktion weist jedoch ein Gleichgewicht auf, das bereits bei Entstehung von 20 Prozent des Produktes Methanol eintritt. Um die Reaktionen weiter fortlaufen zu lassen, ist es notwendig, dass an dem vom Reaktionsort, also der Oberfläche des Katalysators 30 das Produkt stets abgeführt wird, und neues Edukt hinzugeführt wird. Dies wird durch das Durchströmen des Eduktes des durch den rohrförmigen Reaktorteil 6 erzielt, wobei jeweils das entstandene Produkt Methanol, das bei den Prozessbedingungen von etwa 30 bis 50 bar und einer Temperatur von mehr als 200 Grad Celsius flüssig ist, erfolgt. Somit wird durch den Strom des Eduktes 18 auch das Reaktionsprodukt 26 mitgezogen und kontinuierlich aus dem Reaktionsteil 6 in den Absorptionsteil 8 eingeleitet. Dort liegen nun das Reaktionsprodukt 26 und das überschüssige Edukt 14, in Form des Gasgemisches Kohlendioxid und Wasserstoff gemeinsam gasförmig vor. Dieses gasförmige Gemisch aus Edukt 14 und Produkt 26 wird durch die Gasfiltervorrichtung 32 geleitet, wobei das Produkt 26, in dem angegebenen Beispiel das Methanol durch das Absorptionsmittel 14, in der Regel oder bevorzugt in Form einer ionischen Flüssigkeit ausgestaltet, absorbiert. Die gasförmigen Edukte 18 werden durch das Absorptionsmittel 14 selektiv nicht absorbiert und sammeln sich in einem Gasraum 44 des Absorptionsteils 8. Von dem Gasraum 44 des Absorptionsteils 8 aus ist eine Verbindungsleitung 20 vorgesehen, in der oder an der ein Druckreduktionsventil 16 vorgesehen ist. Das überschüssige Edukt 18, das im Reaktionsteil in Form eines Druckes p1 vorliegt, wird durch das Druckreduktionsventil 16 auf einen Druck p2 reduziert, und in Form eines Eduktes 18' in eine zweite Reaktionseinheit 200 eingeleitet.
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In der zweiten Reaktionseinheit 200 liegt im Gegensatz zu der ersten Reaktionseinheit 100 ein Reaktionsdruck p2 vor, der um etwa 2 bar niedriger ist als der Reaktionsdruck p1, mit dem die erste Reaktionseinheit 100 betrieben wird. Die Reduktion des Prozessdruckes p um etwa 2 bar, beispielsweise von 50 bar auf 48 bar führt lediglich zu einem verhältnismäßig kleinen Effizienzverlust bei der Durchführung der gleichgewichtslimitierten Reaktion, wie sie bereits bezüglich der ersten Reaktionseinheit 100 beschrieben ist. Die Druckreduktion bewirkt jedoch, dass es eben nicht notwendig ist, das wiedergewonnene oder überschüssige Edukt 18 durch einen energetisch aufwendigen und technisch kostenintensiven Kompressionsvorgang erneut zu komprimieren. Es wird lediglich der Druck in der nächsten Reaktionseinheit angewandt, in dem das Edukt ohnehin schon vorliegt und die beschriebene Reaktion wird erneut mit geringfügig veränderten thermodynamischen Parametern durchgeführt. Hiermit entsteht eine Reaktionskaskade 2, die mindestens zwei Reaktionseinheiten 4, 100, 200 aufweist, wobei die endgültige Anzahl n der Reaktionseinheiten 4 durch prozesstechnische Rahmenbedingungen bestimmt wird und je nach Umsatz, Gesamtvolumen der Reaktionseinheiten und Produktbedarf sowie nach wirtschaftlichen Betrachtungen angelegt ist. Dabei ist zu sagen, dass die Ausgestaltung der Reaktionseinheit 4 beziehungsweise 100 und 200 technisch relativ günstig ist, da auf bewegte Teile, beispielsweise wie Rührer, die angetrieben werden müssen und Lagervorrichtungen aufweisen, verzichtet werden kann. In der vorliegenden Ausgestaltungsform gemäß 1 kann auf bewegte Teile, abgesehen von dem ersten Kompressor 40, der das Edukt in die erste Reaktionseinheit 100 komprimiert, verzichtet werden. Die in 1 dargestellte Reaktionskaskade 2 weist in diesem Fall drei Reaktionsteile 4 auf, wobei es sich hier um eine rein beispielhafte schematische Darstellung handelt. Ferner sind die Reaktionseinheiten 4, 100, 200 und 300 gleich groß dargestellt. Sie sind auch gleichartig dargestellt. Dies hat den Vorteil, dass eine Serienfertigung von mehreren Reaktionseinheiten 4 ebenfalls wiederum kostengünstig ausgestaltet sein kann. Grundsätzlich können die Reaktionseinheiten 100, 200, 300 entlang der Kaskade 2 von ihrem Reaktionsvolumen hergesehen verkleinert werden. Hierbei schrumpft jedoch lediglich das Volumen der Reaktionseinheit beziehungsweise des Reaktionsteiles und gegebenenfalls auch des Absorptionsteiles 8, jedoch ändert sich dessen Bauart wenig. Das Schrumpfen des Reaktionsvolumen kommt daher, da bei der vorgesehenen Ausgestaltung in die Kaskade lediglich einmal das Edukt 18 eingeleitet wird. Es wird also während des Reaktionsablaufes in den folgenden Reaktionseinheiten 200 und 300 kein weiteres Edukt eingeleitet, da dies einen weiteren energetischen Aufwand durch Kompression des Grundeduktes 18 bedeuten würde. Somit nimmt auch innerhalb der Kaskade 2 bei den weiteren Reaktionseinheiten 200 und 300 das Volumen des zur Verfügung stehenden Eduktes 18 ab, weshalb auch das Reaktionsvolumen im Reaktionsteil 206 und 306 der Reaktionseinheiten 200 und 300 sukzessive reduziert werden kann.
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Die 2 veranschaulicht die Zirkulation des Absorptionsmittels 14 und zwar in der Phase, in dem es das Absorptionsteil 6 am Absorptionsmittelauslass 22 verlässt. Es ist eine Desorptionseinheit 24 vorgesehen, in dem das mit dem Reaktionsprodukt 26 beladene Absorptionsmittel 14 von diesem befreit wird. Diese sogenannte Regeneration des Absorptionsmittels 14 kann durch eine Druckerniedrigung und/oder eine Temperaturerhöhung erfolgen. Auch die Einleitung eines sogenannten Stripgases zur Desorption kann zweckmäßig sein. Das so vom Absorptionsmittel 14 befreite Gas, das die Reaktionsprodukte 26 enthält, wird im Weiteren in einen Wärmetauscher 38 geleitet, in dem das Reaktionsprodukt 26, beispielsweise Methanol durch Kondensation von den restlichen gasförmigen Bestandteilen, die insbesondere die Eduktgase Kohlendioxid und Wasserstoff enthalten, getrennt wird. Die Reaktionsprodukte, insbesondere das Methanol, das jedoch auch noch Wasser enthält, kann zur weiteren Verarbeitung abgeführt werden. Die ebenfalls hieraus zurückgewonnenen Edukte 18 beziehungsweise 18' können wieder dem Prozess zugeführt werden, und über den Kompressor 40 in die erste Reaktionseinheit 100 eingeleitet werden. Das entladene Absorptionsmittel, das hier mit der 14' bezeichnet wird, wird temperiert und als unbeladenes Absorptionsmittel 14 über eine Absorptionsmittelzuführung 36 wieder in den Absorptionsteil 8 eingeführt.
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Die Reaktion von Kohlendioxid und Wasserstoff zu Methanol und Wasser, die an dem katalytisch wirkenden Stoff 30 im Reaktionsteil 6 abläuft, ist exotherm. Das bedeutet, dass sich der Reaktionsteil 6 erwärmt. Eine Gegenstromkühlung durch eine äußere Wand des Reaktionsteils 6 ist dabei zweckmäßig. Dabei ist der Reaktionsteil 6 in seiner äußeren Hülle bevorzugt doppelwandig ausgeführt. Die hierdurch gewonnene Wärmeenergie kann anderweitig zur Temperierung verwendet werden, beispielsweise zur Temperierung des Eduktgases 18. Hierzu kann auch die Energie, die das Absorptionsmittel 14 nach dem Entladen aufweist, herangezogen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Reaktorkaskade
- 4
- Reaktoreinheit
- 6
- Reaktionsteil
- 8
- Absorptionsteil
- 10
- Edukteinlass
- 12
- Eduktauslass
- 14
- Absorptionsmittel
- 16
- Druckreduktionsverntil
- 18
- Edukte
- 20
- Verbindungsleitung
- 100
- erste Reaktoreinheit
- 200
- zweite Reaktoreinheit
- 210
- Edukteinlass zu Reaktoreinheit
- 22
- Absorptionsmittelauslass
- 24
- Desorptionseinheit
- 26
- Reaktionsprodukte
- 28
- Reaktionsvolumen
- 106
- Reaktionsteil erste Reaktionseinheit
- 206
- Reaktionsteil zweie Reaktionseinheit
- 30
- katalytisch wirkender Stoff
- 32
- Gasfiltervorrichtung
- 34
- Längsausdehnung Reaktorteil
- 36
- Absorptionsmittelzuführung
- 38
- Wärmetauscher
- 40
- Wärmetauscher
- 42
- Flansch
- 44
- Gasraum gleichartige Reaktor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016210224 A1 [0004]
