DE102020211407A1 - Process and device for the production of synthesis gas - Google Patents

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Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung von Synthesegas aus CO2wird beschrieben, welches Strom bei der Herstellung von synthetischen Kohlenwasserstoffen einsparen kann. Dies wird erreicht durch ein Verfahren zur Herstellung von Synthesegas, welches folgende Schritte aufweist: Aufspalten eines Kohlenwasserstoff-Fluids in Wasserstoff (H2) und Kohlenstoff (C-Partikel) durch Energieeingabe mittels Plasma, wobei wenigstens ein Teil des Wasserstoffes von dem Kohlenstoff getrennt wird. Der Wasserstoff wird CO2bei Prozessparametern, gemischt, welche eine Umwandlung gemäß der Gleichung H2+ CO2-> CO + H2O (reverse Wassergas-Shift-Reaktion oder rWGS-Reaktion) ermöglichen. Das Mischungsverhältnis von CO2und Wasserstoff wird so eingestellt, dass nach der Umwandlung ein restlicher Teil des Wasserstoffes zurückbleibt. Folglich wird ein erster Teil des Wasserstoffes in H2O umgewandelt, und ein restlicher (oder zweiter) Teil des Wasserstoffes bleibt übrig und ist vermischt mit CO und H2O. Weil der Wasserstoff nicht vollständig in H2O umgewandelt wird, resultiert daraus eine Mischung aus H2, CO und H2O. Nach der Abscheidung von H2O liegt ein gereinigtes Synthesegas aus H2und CO vor, welches in synthetische Kraftstoffe umgewandelt werden kann. Weiter wird eine Vorrichtung zur Herstellung von Synthesegas beschrieben, in welcher das Verfahren durchgeführt werden kann.A process for the production of synthesis gas from CO2 is described, which can save electricity in the production of synthetic hydrocarbons. This is achieved by a method for producing synthesis gas, comprising the steps of: splitting a hydrocarbon fluid into hydrogen (H2) and carbon (C particles) by plasma energy input, separating at least a portion of the hydrogen from the carbon. The hydrogen is mixed with CO2 at process parameters that allow conversion according to the equation H2+ CO2 -> CO + H2O (reverse water gas shift reaction or rWGS reaction). The mixing ratio of CO2 and hydrogen is adjusted in such a way that a residual part of the hydrogen remains after the conversion. Consequently, a first portion of the hydrogen is converted to H2O, and a residual (or second) portion of the hydrogen remains and is mixed with CO and H2O. Because the hydrogen is not completely converted into H2O, this results in a mixture of H2, CO and H2O. After the H2O has been separated, there is a purified synthesis gas made up of H2 and CO, which can be converted into synthetic fuels. Furthermore, a device for the production of synthesis gas is described, in which the method can be carried out.

Description

Gebiet der Erfindungfield of invention

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Synthesegas.The present invention relates to a method and an apparatus for the production of synthesis gas.

Hintergrund der Erfindung und Stand der Technik)Background of the invention and prior art)

Aus dem Stand der Technik sind Power-to-Liquids- oder PtL-Verfahren bekannt, welche (elektrische) Leistung auf verschiedenen Wegen in flüssige Brennstoffe umwandeln. Dabei wird zunächst Wasser in einer Elektrolyseanlage unter Einsatz von Strom zu Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Der dadurch gewonnene Wasserstoff wird dann zusammen mit CO2 mit Hilfe einer reversen Wassergas-Shift-Reaktion oder rWGS-Reaktion zu Synthesegas umgewandelt. Aus diesem Synthesegas können anschließend flüssige Kohlenwasserstoffe synthetisiert werden. Aus Gründen des Umweltschutzes kommt der Strom vorzugsweise aus regenerativen Stromquellen wie Wind- und Solarstrom. Das CO2 kann aus der Luft entnommen werden. Beispielsweise offenbart WO 2006/099 573 A1 ein solches Verfahren zur Herstellung von synthetischen Kraftstoffen, bei dem die eingesetzte elektrische Energie bevorzugt aus regenerativen Quellen kommt. Auch eine Rückgewinnung von Wärmeenergie wird beschrieben. Die eingesetzte elektrische Energie wird in den synthetisierten flüssigen Kohlenwasserstoffen gespeichert.Power-to-Liquids or PtL processes are known from the prior art, which convert (electrical) power into liquid fuels in various ways. First, water is split into hydrogen and oxygen in an electrolysis plant using electricity. The hydrogen thus obtained is then converted into synthesis gas together with CO 2 using a reverse water gas shift reaction or rWGS reaction. Liquid hydrocarbons can then be synthesized from this synthesis gas. For reasons of environmental protection, the electricity preferably comes from regenerative power sources such as wind and solar power. The CO 2 can be taken from the air. For example disclosed WO 2006/099 573 A1 such a process for the production of synthetic fuels, in which the electrical energy used preferably comes from renewable sources. A recovery of thermal energy is also described. The electrical energy used is stored in the synthesized liquid hydrocarbons.

Weiter beschreibt US 5,312,843 ein Verfahren zur Herstellung von Methanol aus Kohlendioxid und Wasser. Bei diesem Verfahren wird Wasserstoff mittels einer Hochtemperatur-Elektrolyse aus Wasser gewonnen, welches durch Abwärme eines Hochtemperatur-Nuklearreaktors aufgeheizt wird. In einer reversen Wassergas-Shift-Reaktion wird CO2 unter Verwendung des gewonnenen Wasserstoffes und unter Anwendung von Wärme zu CO reduziert. Das CO wird im Anschluss einer Methanol-Syntheseanlage zugeführt.further describes U.S. 5,312,843 a process for producing methanol from carbon dioxide and water. In this process, hydrogen is obtained by means of high-temperature electrolysis from water, which is heated up by waste heat from a high-temperature nuclear reactor. In a reverse water gas shift reaction, CO 2 is reduced to CO using the hydrogen obtained and the application of heat. The CO is then fed into a methanol synthesis plant.

Aus EP 2 491 998 A1 ist ein Verfahren bekannt, in welchem synthetische Kraftstoffe mithilfe von regenerativer Energie aus Kohlendioxid und Wasser hergestellt werden. Wasser wird bei einem Druck von 20 bar verdampft und der Wasserdampf mittels Elektrolyse in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Der Wasserstoff wird mit Kohlendioxid in einem Molverhältnis von vorzugsweise 3:1 bei einem Druck von 19 bar gemischt und ein Kohlendioxid-Wasserstoff-Gemisch erzeugt. Das Kohlendioxid-Wasserstoff-Gemisch wird vorgewärmt und weiter in einer elektrisch beheizten Vorrichtung im Beisein eines Katalysators auf über 900° C aufgeheizt. Dabei entsteht ein Rohgasgemisch, bei CO und Wasserstoff zusammen einen Anteil von ca. 65 Volumen-% haben und der Rest aus Wasserdampf und nicht reagiertem CO2 besteht. Der Wasserdampf und das CO2 werden durch Kondensation und Abscheidung aus dem Rohgasgemisch entfernt, um reines Synthesegas zu erzeugen. Aus diesem reinen Synthesegas können Wachs oder flüssige Kohlenwasserstoffe synthetisiert werden.the end EP 2 491 998 A1 a process is known in which synthetic fuels are produced from carbon dioxide and water using regenerative energy. Water is vaporized at a pressure of 20 bar and the water vapor is broken down into hydrogen and oxygen by means of electrolysis. The hydrogen is mixed with carbon dioxide in a molar ratio of preferably 3:1 at a pressure of 19 bar and a carbon dioxide-hydrogen mixture is produced. The carbon dioxide-hydrogen mixture is preheated and further heated to over 900° C. in an electrically heated device in the presence of a catalyst. This creates a raw gas mixture in which CO and hydrogen together account for about 65% by volume and the remainder consists of water vapor and unreacted CO 2 . The water vapor and CO 2 are removed from the raw gas mixture by condensation and separation to produce pure synthesis gas. Wax or liquid hydrocarbons can be synthesized from this pure synthesis gas.

Alle oben genannten Verfahren haben den Vorteil, dass synthetische Kraftstoffe aus klimaschädlichem CO2 erzeugt werden. Jedoch wird auch Wasserstoff zur Umwandlung des CO2 in synthetische Kraftstoffe benötigt. Bei den obigen Verfahren wird der Wasserstoff durch Elektrolyse erzeugt. Verbreitete Elektrolyseverfahren sind Hochtemperatur- bzw. HT-Elektrolyse, alkalische Elektrolyse und Protonenaustauschmembran- bzw. PEM-Elektrolyse. Alle diese Elektrolyseverfahren haben einen hohen Stromverbrauch. Beispielsweise wird zur Herstellung von 1000 kg Wasserstoff ein beträchtlicher elektrischer Energieaufwand von mehr als 50 MWh benötigt. Aus Kostensicht ist Strom aber derzeit der wertvollste Energieträger und stammt oft aus Kraftwerken, die mit fossilen Brennstoffen betrieben werden und wiederum selbst CO2 ausstoßen. Auch Strom aus vollständig regenerativen Quellen (z.B. Solar-, Wasser- und Windkraftwerke) ist wertvoll, da hohe Investitionen nötig sind. Weiter ist der Strom aus regenerativen Quellen nicht immer gleichmäßig verfügbar und muss oft über weite Strecken transportiert werden.All of the processes mentioned above have the advantage that synthetic fuels are produced from climate-damaging CO 2 . However, hydrogen is also required to convert the CO 2 into synthetic fuels. In the above processes, the hydrogen is generated by electrolysis. Common electrolysis processes are high-temperature or HT electrolysis, alkaline electrolysis and proton exchange membrane or PEM electrolysis. All of these electrolysis processes have a high power consumption. For example, a considerable amount of electrical energy of more than 50 MWh is required to produce 1000 kg of hydrogen. From a cost perspective, however, electricity is currently the most valuable energy carrier and often comes from power plants that are operated with fossil fuels and in turn emit CO 2 . Electricity from completely regenerative sources (e.g. solar, water and wind power plants) is also valuable, as high investments are required. Furthermore, the electricity from regenerative sources is not always available evenly and often has to be transported over long distances.

Aufgabe der Erfindungobject of the invention

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, die oben beschriebenen Nachteile zu überwinden, und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Synthesegas aus CO2 bereitzustellen, welches einen geringeren Strombedarf hat. So kann Strom bei der Herstellung von synthetischen Kohlenwasserstoffen eingespart werden.An object of the present invention is to overcome the disadvantages described above, and in particular to provide an apparatus and a method for producing synthesis gas from CO 2 which has a lower power requirement. In this way, electricity can be saved in the production of synthetic hydrocarbons.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the Invention

Die oben genannte Aufgabe und weitere Probleme werden gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Synthesegas, welches folgende Schritte aufweist: Aufspalten eines Kohlenwasserstoff-Fluids in Wasserstoff (H2) und Kohlenstoff (C-Partikel) durch Energieeingabe mittels Plasma, wobei wenigstens ein Teil des Wasserstoffes von dem Kohlenstoff getrennt wird. Der Wasserstoff wird CO2 bei Prozessparametern, gemischt, welche eine Umwandlung gemäß der Gleichung H2 + CO2 -> CO + H2O (reverse Wassergas-Shift-Reaktion oder rWGS-Reaktion) ermöglichen. Das Mischungsverhältnis von CO2 und Wasserstoff wird so eingestellt, dass nach der Umwandlung ein restlicher Teil des Wasserstoffes zurückbleibt. Folglich wird ein erster Teil des Wasserstoffes in H2O umgewandelt. Ein restlicher (oder zweiter) Teil des Wasserstoffes bleibt übrig und ist vermischt mit CO und H2O. Weil der Wasserstoff nicht vollständig in H2O umgewandelt wird, resultiert daraus eine Mischung aus H2, CO und H2O.The above-mentioned object and other problems are solved by a method for producing synthesis gas, which has the following steps: Splitting of a hydrocarbon fluid into hydrogen (H 2 ) and carbon (C particles) by energy input by means of plasma, with at least part of the Hydrogen is separated from the carbon. The hydrogen is mixed with CO 2 at process parameters that allow conversion according to the equation H 2 + CO 2 -> CO + H 2 O (reverse water gas shift reaction or rWGS reaction). The mixing ratio of CO 2 and hydrogen is adjusted in such a way that a residual part of the hydrogen remains after the conversion. Consequently, a first Part of the hydrogen converted to H 2 O. A residual (or second) portion of the hydrogen remains and is mixed with CO and H 2 O. Because the hydrogen is not fully converted to H 2 O, a mixture of H 2 , CO, and H 2 O results.

Das Aufspalten des Kohlenwasserstoff-Fluids in H2 und C-Partikel durch Energieeingabe mittels Plasma (Plasma-Pyrolyse) erfolgt unter Abschluss von Sauerstoff und benötigt eine elektrische Energie von weniger als 15 MWh zur Erzeugung von 1000 kg Wasserstoff. Da die Erzeugung von Wasserstoff mittels der oben genannten Elektrolyseverfahren mehr als 50 MWh benötigt, hat das hier beschriebene Verfahren zur Herstellung von Synthesegas aus CO2 einen deutlich geringeren Strombedarf. Das Aufspalten des Kohlenwasserstoff-Fluids hat ein H2/C-Aerosol aus Wasserstoff (H2-Gas) und Kohlenstoffpartikeln (C-Partikeln) zur Folge.The splitting of the hydrocarbon fluid into H 2 and C particles by means of plasma energy input (plasma pyrolysis) takes place in the absence of oxygen and requires electrical energy of less than 15 MWh to produce 1000 kg of hydrogen. Since the production of hydrogen using the electrolysis process mentioned above requires more than 50 MWh, the process described here for producing synthesis gas from CO 2 requires significantly less electricity. The cracking of the hydrocarbon fluid results in an H 2 /C aerosol of hydrogen (H 2 gas) and carbon (C) particles.

Bei dem obigen Verfahren erfolgt das Aufspalten des Kohlenwasserstoff-Fluids vorzugsweise in einem Kohlenwasserstoffkonverter, der eine Plasma-Heizvorrichtung aufweist und den Eintritt von Luft oder Sauerstoff verhindert. Das Aufspalten des Kohlenwasserstoffes erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur von mehr als 1000° (Hochtemperatur-Reaktor bzw. Hochtemperatur-Aufspaltung). Dadurch wird Wärmeenergie für die nachfolgende rWGS-Reaktion bereitgestellt. Jedoch kann ein Teils des Kohlenwasserstoff-Fluids bei einer Temperatur unter 1000°C, insbesondere unter 600°C, mittels eines Mikrowellenplasmas aufgespalten werden (Niedertemperatur-Reaktor bzw. Niedertemperatur-Aufspaltung).In the above process, the cracking of the hydrocarbon fluid is preferably carried out in a hydrocarbon converter which has a plasma heater and prevents the ingress of air or oxygen. The splitting of the hydrocarbon preferably takes place at a temperature of more than 1000° (high-temperature reactor or high-temperature splitting). This provides thermal energy for the subsequent rWGS reaction. However, part of the hydrocarbon fluid can be split at a temperature below 1000°C, in particular below 600°C, by means of a microwave plasma (low-temperature reactor or low-temperature splitting).

Das Mischen von H2 mit CO2 wird in einem rWGS-Konverter ausgeführt in dem die Reaktion H2 + CO2 -> CO + H2O (rWGS-Reaktion) abläuft. Weil nach dieser Reaktion zunächst eine Mischung aus H2, CO und H2O vorliegt, wird das H2O von H2 und CO getrennt, beispielsweise mittels Kondensation oder Ausfrieren, wobei jedoch auch andere Trennungsverfahren möglich sind. Falls zusätzlichen Wasserstoff aus einer Niedertemperatur-Aufspaltung verfügbar ist, kann dieser zusätzliche Wasserstoff nach der rWGS-Reaktion bzw. nach dem Ausgang des rWGS-Konverters zugegeben werden.The mixing of H 2 with CO 2 is carried out in a rWGS converter in which the reaction H 2 + CO 2 -> CO + H 2 O (rWGS reaction) takes place. Because a mixture of H 2 , CO and H 2 O is initially present after this reaction, the H 2 O is separated from H 2 and CO, for example by means of condensation or freezing, although other separation methods are also possible. If additional hydrogen is available from a low temperature cracking, this additional hydrogen can be added after the rWGS reaction or after the exit of the rWGS converter.

Vorteilhafterweise hat der Wasserstoff bei dem Verfahren eine Temperatur von mehr als 500°C und vorzugsweise mehr als 700°C beim Mischen mit dem CO2. Dadurch wird die Wärmeenergie des warmen Wasserstoffes der endothermen rWGS-Reaktion zugeführt, und eine externe Energiezufuhr wird vermieden oder zumindest verringert. Insbesondere vorteilhaft ist es, wenn der Wasserstoff H2 beim Mischen mit CO2 eine Temperatur von mehr als 700°C und einen Druck unter 5 bar hat. Daraus resultieren eine hohe Ausbeute von CO und schnelle Umwandlungsraten.Advantageously, the hydrogen in the process is at a temperature greater than 500°C and preferably greater than 700°C when mixed with the CO 2 . As a result, the thermal energy of the warm hydrogen is supplied to the endothermic rWGS reaction, and an external supply of energy is avoided or at least reduced. It is particularly advantageous if the hydrogen H 2 is at a temperature of more than 700° C. and a pressure of less than 5 bar when it is mixed with CO 2 . This results in a high yield of CO and fast conversion rates.

Vorzugsweise wird das Mischungsverhältnis von CO2 und Wasserstoff H2 so eingestellt, dass ein Verhältnis von CO zu H2 nach der Umwandlung in der rWGS-Reaktion auf einen Wert von größer 1:1 bis 1:3, insbesondere auf einen Wert von ungefähr 1:2,1 oder auf einen Wert von 1:1,75 bis 1:1,95 eingestellt wird. Um dies zu erreichen, kann die Zusammensetzung der Gasmischung nach der rWGS-Reaktion mittels eines Sensors gemessen werden, und die Dosierung von H2 und/oder CO2 kann basierend auf dem Messergebnis geregelt werden.The mixing ratio of CO 2 and hydrogen H 2 is preferably adjusted in such a way that a ratio of CO to H 2 after the conversion in the rWGS reaction is greater than 1:1 to 1:3, in particular to a value of approximately 1 :2.1 or to a value from 1:1.75 to 1:1.95. In order to achieve this, the composition of the gas mixture after the rWGS reaction can be measured using a sensor, and the dosage of H 2 and/or CO 2 can be regulated based on the measurement result.

Das Trennen wenigstens eines Teils des Wasserstoffes von dem Kohlenstoff erfolgt vorzugsweise durch einen der folgenden Schritte

  • - Ablagern von Kohlenstoff an einer temperaturbeständigen Platte und Abschaben des Kohlenstoffes. Die temperaturbeständige Platte kann fest stehen, wird aber vorzugsweise während des Abschabens gedreht. Kohlenstoff, der sich an der Platte festsetzt, wird durch einen Schaber abgeschabt.
  • - Absetzen des Kohlenstoffes durch Schwerkraft, wobei bevorzugt der Wasserstoff und Kohlenstoff durch ein Labyrinth und/oder eine Rohrleitung geleitet werden.
  • - Wasserkühlung von Wasserstoff und Kohlenstoff, vorzugsweise durch direkt eingespritztes Wasser, wobei der Kohlenstoff anschließend aus dem Wasser gefiltert wird. Dadurch werden die C-Partikel aus dem gasförmigen H2 gewaschen. Alternativ kann die Wasserkühlung durch Wärmetauscher erfolgen.
Separating at least a portion of the hydrogen from the carbon is preferably accomplished by one of the following steps
  • - Depositing carbon on a refractory plate and scraping the carbon. The refractory plate can be stationary, but is preferably rotated during scraping. Carbon that sticks to the plate is scraped off by a scraper.
  • - Settling of the carbon by gravity, preferably the hydrogen and carbon are passed through a labyrinth and/or a pipeline.
  • - Water cooling of hydrogen and carbon, preferably by directly injected water, with the carbon then being filtered from the water. This washes the C particles out of the gaseous H 2 . Alternatively, the water cooling can be done by heat exchangers.

Die oben genannte Aufgabe und weitere Probleme werden auch gelöst durch eine Vorrichtung zur Herstellung von Synthesegas, welche eine Quelle für Kohlenwasserstoff und einen Kohlenwasserstoffkonverter aufweist, der eine Plasma-Heizvorrichtung, einen Prozessraum mit wenigstens einem Kohlenwasserstoffeingang für ein Kohlenwasserstoff-Fluid und wenigstens einem Ausgang für Wasserstoff H2 und Kohlenstoff aufweist, wobei der Kohlenwasserstoffeingang mit der Quelle für Kohlenwasserstoff verbunden ist. Weiter weist die Vorrichtung eine Trennvorrichtung auf, die mit dem Ausgang für Wasserstoff und Kohlenstoff des Kohlenwasserstoffkonverters verbunden ist und zum Trennen wenigstens eines Teils des Wasserstoffes von dem Kohlenstoff konfiguriert ist, wobei die Trennvorrichtung weiter einen Kohlenstoffausgang für abgetrennten Kohlenstoff aufweist. Außerdem weist die Vorrichtung eine Quelle für Kohlendioxid und einen rWGS-Konverter mit einem Prozessraum auf, der einen ersten Eingang und einen CO2-Eingang aufweist. Der erste Eingang des rWGS-Konverters ist mit der Trennvorrichtung verbunden und konfiguriert, um wenigstens den abgetrennten Wasserstoff von der Trennvorrichtung aufzunehmen. Der CO2-Eingang des rWGS-Konverters ist direkt oder über eine Mischvorrichtung mit der Quelle für Kohlendioxid verbunden. Der rWGS-Konverter ist konfiguriert zum Erzeugen von Prozessparametern, welche eine Umwandlung gemäß der folgenden Gleichung ermöglichen H2 + CO2 -> CO + H2O (rWGS-Reaktion). Die Quelle für Kohlendioxid CO2 oder die Mischvorrichtung sind konfiguriert, um CO2 oder H2 zu dosieren und das Mischungsverhältnis von CO2 und Wasserstoff H2 so einzustellen, dass nach der Umwandlung ein restlicher Teil des Wasserstoffes zurückbleibt.The above object and other problems are also solved by a device for producing synthesis gas, which has a source for hydrocarbon and a hydrocarbon converter, which has a plasma heating device, a process space with at least one hydrocarbon inlet for a hydrocarbon fluid and at least one outlet for hydrogen H 2 and carbon, with the hydrocarbon input connected to the source of hydrocarbon. The apparatus further comprises a separator connected to the hydrogen and carbon outlet of the hydrocarbon converter and configured to separate at least a portion of the hydrogen from the carbon, the separator further comprising a carbon outlet for separated carbon. In addition, the device has a source of carbon dioxide and a rWGS converter with a process space that has a first Has input and a CO 2 input. The first input of the rWGS converter is connected to the separator and configured to receive at least the separated hydrogen from the separator. The CO 2 input of the rWGS converter is connected to the carbon dioxide source directly or via a mixing device. The rWGS converter is configured to generate process parameters that enable a conversion according to the following equation H 2 + CO 2 -> CO + H 2 O (rWGS reaction). The source of carbon dioxide CO 2 or the mixing device is configured to meter CO 2 or H 2 and to adjust the mixing ratio of CO 2 and hydrogen H 2 such that a residual part of the hydrogen remains after the conversion.

Der Kohlenwasserstoffkonverter verhindert weitgehend das Eindringen von Luft oder Sauerstoff und benötigt zum Aufspalten des Kohlenwasserstoff-Fluids in H2 und C-Partikel durch Plasma-Pyrolyse weniger als 15 MWh elektrische Energie zur Erzeugung von 1000 kg Wasserstoff. Im Vergleich zu einem Energieaufwand von mehr als 50 MWh, die bei bekannten Elektrolysevorrichtungen verbraucht werden, ergibt sich ein deutlich geringerer Strombedarf. Der hier verwendete Kohlenwasserstoffkonverter erzeugt ein H2/C-Aerosol aus Wasserstoff (H2-Gas) und Kohlenstoffpartikeln (C-Partikeln), das beispielsweise mittels Auswaschen der C-Partikel oder Ablagerung der C-Partikel an einer kalten Platte getrennt werden kann.The hydrocarbon converter largely prevents the ingress of air or oxygen and requires less than 15 MWh of electrical energy to produce 1000 kg of hydrogen to split the hydrocarbon fluid into H 2 and C particles by plasma pyrolysis. In comparison to an energy expenditure of more than 50 MWh, which is consumed in known electrolysis devices, there is a significantly lower power requirement. The hydrocarbon converter used here generates an H 2 /C aerosol from hydrogen (H 2 gas) and carbon particles (C particles), which can be separated, for example, by washing out the C particles or depositing the C particles on a cold plate.

Bei einer Ausführung der Vorrichtung ist die Trennvorrichtung am Ausgang für Wasserstoff und Kohlenstoff angeordnet und weist ein Labyrinth und/oder einen Raum zum Absetzen des Kohlenstoffes durch Schwerkraft auf. Vorzugsweise ist die Trennvorrichtung in einer Verbindungsleitung zwischen dem Kohlenwasserstoffkonverter und dem rWGS-Konverter angeordnet. So können sich die C-Partikel auf dem Weg zum rWGS-Konverter durch Schwerkraft von dem Wasserstoff trennen oder die C-Partikel bleiben in dem Labyrinth zurück.In one embodiment of the device, the separator is placed at the hydrogen and carbon outlet and comprises a labyrinth and/or a space for gravity settling of the carbon. The separating device is preferably arranged in a connecting line between the hydrocarbon converter and the rWGS converter. Thus, the C particles can separate from the hydrogen on the way to the rWGS converter by gravity or the C particles remain in the labyrinth.

Bei einer weiteren Ausführung der Vorrichtung weist die Trennvorrichtung eine temperaturbeständige Platte zur Ablagerung von Kohlenstoff und einen Schaber zum Abschaben des Kohlenstoffes auf. Vorzugsweise ist die temperaturbeständige Platte zumindest teilweise innerhalb des Prozessraums des Kohlenwasserstoffkonverters angeordnet. Beispielsweise kann die temperaturbeständige Platte drehbar gelagert sein, wobei sie vorzugsweise so gelagert ist, dass sie teilweise innerhalb und teilweise außerhalb des Prozessraums des Kohlenwasserstoffkonverters angeordnet ist. So kann der Kohlenstoff sich kontinuierlich an der Platte anlagern und aus dem Prozessraum des Kohlenwasserstoffkonverters entfernt werden.In a further embodiment of the device, the separation device has a temperature-resistant plate for depositing carbon and a scraper for scraping off the carbon. The temperature-resistant plate is preferably arranged at least partially within the process space of the hydrocarbon converter. For example, the temperature-resistant plate can be mounted so that it can rotate, it being preferably mounted in such a way that it is arranged partially inside and partially outside the process space of the hydrocarbon converter. In this way, the carbon can continuously accumulate on the plate and be removed from the process space of the hydrocarbon converter.

Bei einer anderen Ausführung der Vorrichtung weist die Trennvorrichtung eine Wasserkühlungsvorrichtung auf, die vorzugsweise ausgebildet ist, um Wasser direkt in die Mischung aus Wasserstoff und Kohlenstoff (H2/C-Aerosol) einzuspritzen, und weiter eine Filtervorrichtung, die ausgebildet ist, um den Kohlenstoff aus dem Wasser zu filtern. Mit dieser Trennvorrichtung kann der Kohlenstoff durch Auswaschen vom Wasserstoff getrennt werden.In another embodiment of the device, the separation device comprises a water cooling device, which is preferably designed to inject water directly into the mixture of hydrogen and carbon (H 2 /C aerosol), and further a filter device, which is designed to filter the carbon to filter out of the water. With this separator, the carbon can be separated from the hydrogen by washing it out.

Figurenlistecharacter list

Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten und Vorteile derselben werden nachfolgend an bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Es zeigen:

  • 1 ist eine schematische Darstellung einer ersten Ausführung einer Vorrichtung zur Herstellung von Synthesegas, die auch den Ablauf des entsprechenden Betriebsverfahrens zeigt;
  • 2 ist eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführung einer Vorrichtung zur Herstellung von Synthesegas, die auch den Ablauf des entsprechenden Betriebsverfahrens zeigt.
The invention and further details and advantages thereof are explained below using preferred exemplary embodiments with reference to the figures. Show it:
  • 1 is a schematic representation of a first embodiment of a device for the production of synthesis gas, which also shows the course of the corresponding operating method;
  • 2 12 is a schematic representation of a second embodiment of a device for producing synthesis gas, which also shows the course of the corresponding operating method.

Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention

In der vorliegenden Beschreibung beziehen sich die Ausdrücke oben, unten, rechts und links sowie ähnliche Angaben auf die in den Figuren dargestellten Ausrichtungen bzw. Anordnungen und dienen nur zur Beschreibung der Ausführungsbeispiele. Diese Ausdrücke können bevorzugte Anordnungen zeigen, sind jedoch nicht im einschränkenden Sinne zu verstehen. Bei einigen Beispielen der Vorrichtung und des Verfahrens zur Herstellung von Synthesegas sinken Feststoffe durch Wirkung der Schwerkraft ab, und Bezeichnungen wie „unten“, „herunter“ usw. bezeichnen die Richtung der Schwerkraft. Weiter bedeuten die Ausdrücke „im Wesentlichen“, „ungefähr“, „etwa“ und ähnliche Ausdrücke, dass Abweichungen von +/-10%, bevorzugt +/-5%, vom genannten Wert zulässig sind.In the present description, the expressions top, bottom, right and left and similar information refer to the orientations or arrangements shown in the figures and only serve to describe the exemplary embodiments. These terms may indicate preferred arrangements but are not meant to be limiting. In some examples of the apparatus and method for producing syngas, solids fall under the action of gravity, and terms such as "down," "down," etc. indicate the direction of gravity. Furthermore, the expressions “essentially”, “approximately”, “approximately” and similar expressions mean that deviations of +/-10%, preferably +/-5%, from the stated value are permissible.

1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Herstellung von Synthesegas, welche einen Kohlenwasserstoffkonverter 3 und einen rWGS-Konverter 5 aufweist. Der Kohlenwasserstoffkonverter hat einen Prozessraum 7, der eine Plasma-Heizvorrichtung 9, einen Kohlenwasserstoffeingang 11 für ein Kohlenwasserstoff-Fluid und wenigstens einem Ausgang 13 für Wasserstoff und Kohlenstoff aufweist. Der Kohlenwasserstoffeingang 11 ist mit einer nicht gezeigten Quelle für Kohlenwasserstoff verbunden, beispielsweise mit einer Pipeline oder einem Tank für Kohlenwasserstoff. Die Kohlenwasserstoffe (CnHm) sind beispielsweise Methan, Erdgas, Biogase, Flüssiggase oder Schweröl, sie können aber auch synthetische, funktionalisierte und/oder nicht-funktionalisierte Kohlenwasserstoffe sein. 1 shows a device 1 for the production of synthesis gas, which has a hydrocarbon converter 3 and a rWGS converter 5 . The hydrocarbon converter has a process space 7 which has a plasma heating device 9, a hydrocarbon inlet 11 for a hydrocarbon fluid and at least one outlet 13 for hydrogen and carbon. The hydrocarbon inlet 11 is connected to a source of hydrocarbon, not shown, for example a pipeline or a hydrocarbon tank. The hydrocarbons (CnHm) are, for example, methane, natural gas, biogas, liquid gases or heavy oil, but they can also be synthetic, functionalized and/or non-functionalized hydrocarbons.

In dem Kohlenwasserstoffkonverter 3 werden mittels Energieeingabe eines Plasmas aus Kohlenwasserstoffen gasförmiger Wasserstoff und Kohlenstoffpartikel erzeugt (ein H2/C-Aerosol aus H2-Gas und C-Partikeln). Primär erfolgt eine Aufspaltung über Wärme. Das Kohlenwasserstoff-Fluid sollte auf eine Temperatur über 1000°C insbesondere über 1500°C aufgeheizt werden. Als kann Plasmagas jedes geeignete Gas ausgewählt werden, welches von außen zugeführt wird oder im Kohlenwasserstoffkonverter 3 entsteht. Als Plasmagas sind beispielsweise inerte Gase geeignet, z.B. Argon oder Stickstoff. Andererseits bieten sich H2, CO oder Synthesegas an, da diese Gase bei der hier beschriebene Vorrichtung 1 sowieso anfallen. Die Kohlenwasserstoffe werden bevorzugt in Gasform in den Kohlenwasserstoffkonverter 3 eingeleitet. Wenn die Kohlenwasserstoffen unter Normalbedingungen flüssig sind, können sie vor dem Einbringen in den Kohlenwasserstoffkonverter in Gasform gebracht werden, oder sie könnten auch in einer fein zerstäubten Form eingeleitet werden. Beide Formen werden nachfolgend als Kohlenwasserstoff-Fluid bezeichnet. Der Kohlenwasserstoffkonverter verhindert das Eindringen von Luft oder Sauerstoff, wobei geringe Mengen an Sauerstoff, die beispielsweise mit dem Kohlenwasserstoffen eingebracht werden, nicht schädlich sind. Katalysatoren werden nicht eingesetzt und sind auch nicht notwendig.In the hydrocarbon converter 3, gaseous hydrogen and carbon particles (an H 2 /C aerosol of H 2 gas and C particles) are generated from hydrocarbons by energy input of a plasma. Splitting occurs primarily via heat. The hydrocarbon fluid should be heated to a temperature above 1000°C, especially above 1500°C. Any suitable gas can be selected as the plasma gas, which is supplied from the outside or is produced in the hydrocarbon converter 3 . Inert gases, for example argon or nitrogen, are suitable as the plasma gas. On the other hand, H 2 , CO or synthesis gas are possible, since these gases occur anyway in the device 1 described here. The hydrocarbons are preferably introduced into the hydrocarbon converter 3 in gaseous form. If the hydrocarbons are liquid under normal conditions, they can be gasified before being introduced into the hydrocarbon converter, or they could also be introduced in a finely atomized form. Both forms are hereinafter referred to as hydrocarbon fluid. The hydrocarbon converter prevents the ingress of air or oxygen, although small amounts of oxygen introduced with the hydrocarbon, for example, are not harmful. Catalysts are not used and are also not necessary.

Weiter weist die Vorrichtung 1 eine Trennvorrichtung 15 auf, die mit dem Ausgang 13 für Wasserstoff und Kohlenstoff des Kohlenwasserstoffkonverters 7 verbunden ist. Die Trennvorrichtung 15 trennt das H2 von den C-Partikeln und weist einen Kohlenstoffausgang 17 für abgetrennten Kohlenstoff auf. Der Kohlenwasserstoffkonverter 7 ist über eine Verbindungsleitung 19 mit dem rWGS-Konverter 5 verbunden. Der rWGS-Konverter 5 weist einen Prozessraum 21 auf, der einen ersten Eingang 23 und einen CO2-Eingang 25 hat. Der CO2-Eingang 25 ist mit einer Quelle für Kohlendioxid verbunden, und der erste Eingang 23 ist mit der Trennvorrichtung 15 verbunden, so dass der abgetrennte Wasserstoff von der Trennvorrichtung in den rWGS-Konverter 5 geleitet wird. Zur Dosierung sind Mischvorrichtungen oder Ventile für Wasserstoff und/oder CO2 vorgesehen. Im rWGS-Konverter 5 werden Prozessparameter erzeugt, welche eine Umwandlung gemäß der Gleichung H2 + CO2 -> CO + H2O (rWGS-Reaktion) ermöglichen. Im Betrieb dosieren die Quelle für Kohlendioxid CO2 oder die Mischvorrichtung das Mischungsverhältnis von CO2 und Wasserstoff H2 so, dass nach der rWGS-Reaktion ein restlicher Teil des eingeleiteten Wasserstoffes zurückbleibt. Die Quelle für Kohlendioxid kann irgendeine Chemie- oder Industrieanlage sein, die CO2 ausstößt, beispielsweise ein Hochofen zur Metallerzeugung, ein Betonwerk, ein Kraftwerk mit Energiegewinnung durch Verbrennung von fossilen Brennstoffen. Weiter kann das Kohlendioxid aus der Umgebungsluft oder aus einem CO2-Tank oder aus einer in der Natur vorkommenden Quelle entnommen werden.The device 1 also has a separating device 15 which is connected to the outlet 13 for hydrogen and carbon of the hydrocarbon converter 7 . The separator 15 separates the H 2 from the C particles and has a carbon outlet 17 for separated carbon. The hydrocarbon converter 7 is connected to the rWGS converter 5 via a connecting line 19 . The rWGS converter 5 has a process space 21 which has a first input 23 and a CO 2 input 25 . The CO 2 input 25 is connected to a source of carbon dioxide and the first input 23 is connected to the separator 15 so that the separated hydrogen is routed from the separator into the rWGS converter 5 . Mixing devices or valves for hydrogen and/or CO 2 are provided for dosing. Process parameters are generated in the rWGS converter 5, which enable conversion according to the equation H 2 +CO 2 ->CO+H 2 O (rWGS reaction). During operation, the source of carbon dioxide CO 2 or the mixing device doses the mixing ratio of CO 2 and hydrogen H 2 in such a way that a residual part of the introduced hydrogen remains after the rWGS reaction. The source of carbon dioxide can be any chemical or industrial plant that emits CO 2 , for example a metal making blast furnace, a concrete plant, a fossil fuel burning power plant. Furthermore, the carbon dioxide can be taken from the ambient air or from a CO 2 tank or from a naturally occurring source.

Bei der in 1 gezeigten Ausführung ist die Trennvorrichtung 15 am Ausgang 13 für Wasserstoff und Kohlenstoff angeordnet und weist beispielsweise ein Labyrinth auf, durch welches das H2/C-Aerosol geleitet wird. Alternativ kann die Trennvorrichtung 15 einfach einen freien Raum aufweisen, in dem die Kohlenstoffpartikel durch Schwerkraft absinken. Außerdem kann die Trennvorrichtung 15 eine Kombination eines freien Raums mit einer Labyrinthanordnung darin aufweisen.At the in 1 shown embodiment, the separating device 15 is arranged at the outlet 13 for hydrogen and carbon and has, for example, a labyrinth through which the H 2 /C aerosol is passed. Alternatively, the separator 15 may simply have a vacant space in which the carbon particles sink by gravity. Also, the separator 15 may have a combination of a free space with a labyrinth arrangement therein.

2 zeigt eine Vorrichtung 2 zur Herstellung von Synthesegas, welche sich von der Vorrichtung 1 nur hinsichtlich der Trennvorrichtung 15 unterscheidet. Bei der in 2 gezeigten Ausführung ist die Trennvorrichtung 15 in der Verbindungsleitung 19 angeordnet, welche einen freien Raum bildet und optional eine Labyrinthanordnung aufweisen kann. In beiden Fällen kann sich der Kohlenstoff auf dem Weg zwischen dem Kohlenwasserstoffkonverter 3 und dem rWGS-Konverter 5 durch Schwerkraft absetzen. Die C-Partikel bleiben in dem freien Raum oder Labyrinth zurück. 2 shows a device 2 for the production of synthesis gas, which differs from the device 1 only with regard to the separating device 15 . At the in 2 shown embodiment, the separating device 15 is arranged in the connecting line 19, which forms a free space and can optionally have a labyrinth arrangement. In both cases, the carbon can settle on the way between the hydrocarbon converter 3 and the rWGS converter 5 by gravity. The C particles remain in the free space or maze.

Bei beiden Vorrichtungen 1, 2 zur Herstellung von Synthesegas sind weiter folgende Merkmale und Elemente vorgesehen. Der rWGS-Konverter 5 hat einen Ausgang 27, aus dem eine Gasmischung aus H2, CO und H2O austritt, die in dem Prozessraum 21 erzeugt wurde. Nach dem Ausgang 27 des rWGS-Konverters 5 ist eine Abscheidungsvorrichtung 29 vorgesehen, in der optional restliches (nicht umgewandeltes) CO2 und H2O von der Gasmischung abgeschieden werden können, so dass nach der Abscheidungsvorrichtung 29 ein gereinigtes Synthesegas aus H2 und CO vorliegt. Das gereinigte Synthesegas kann durch einen optionalem Mischer 31 geleitet werden, in dem das H2/CO-Verhältnis des Synthesegases beeinflusst werden kann, so dass eine für einen nachfolgenden Umwandlungsprozess erforderliche Zusammensetzung erreicht wird.The following features and elements are also provided in both devices 1, 2 for the production of synthesis gas. The rWGS converter 5 has an outlet 27 from which a gas mixture of H 2 , CO and H 2 O that was produced in the process space 21 emerges. After the exit 27 of the rWGS converter 5, a separation device 29 is provided, in which optionally remaining (unconverted) CO 2 and H 2 O can be separated from the gas mixture, so that after the separation device 29 a purified synthesis gas from H 2 and CO present. The cleaned synthesis gas can be passed through an optional mixer 31 in which the H 2 /CO ratio of the synthesis gas can be influenced so that a composition required for a subsequent conversion process is achieved.

Ein nachfolgender Umwandlungsprozess des Synthesegases aus den Vorrichtungen 1, 2 kann beispielsweise in einem CO-Konverter 33 erfolgen, der zur Erzeugung von synthetischen Kohlenwasserstoffe ausgelegt ist. Der CO-Konverter 33 ist stromabwärts zum rWGS-Konverter 5 oder Mischer 31 angeordnet. Der CO-Konverter 33 kann ein beliebiger CO-Konverter zur Herstellung von synthetischen, funktionalisierten und/oder nicht-funktionalisierten Kohlenwasserstoffen (d.h. mit oder ohne funktionelle Gruppen) sein. Der CO-Konverter 33 weist einen Prozessraum auf, in dem ein Katalysator angeordnet ist, weiter Mittel zum Leiten eines Synthesegases in Kontakt mit dem Katalysator, und eine Steuereinheit zum Steuern oder Regeln der Temperatur des Katalysators und/oder des Synthesegases auf eine vorbestimmte Temperatur. In der gezeigten Ausführungsform ist der CO-Konverter bevorzugt ein Fischer-Tropsch-Konverter, ein Bergius-Pier-Konverter oder ein Pier-Konverter mit einem entsprechenden Katalysator und einer Temperatur- und/oder Drucksteuereinheit.A subsequent conversion process of the synthesis gas from the devices 1, 2 can take place, for example, in a CO converter 33, which is designed to produce synthetic hydrocarbons. The CO converter 33 is located downstream of the rWGS converter 5 or mixer 31 . The CO converter 33 can be any CO converter for the production of synthetic, functionalized and/or non-functionalized hydrocarbons (ie with or without functional groups). The CO converter 33 comprises a process space in which a catalyst is arranged, further means for conducting a synthesis gas in contact with the catalyst, and a control unit for controlling the temperature of the catalyst and/or the synthesis gas to a predetermined temperature. In the embodiment shown, the CO converter is preferably a Fischer-Tropsch converter, a Bergius-Pier converter or a Pier converter with an appropriate catalyst and a temperature and/or pressure control unit.

In einer Ausführungsform weist der erste CO-Konverter 7 einen Fischer-Tropsch-Konverter auf. Ein Fischer-Tropsch-Konverter wandelt katalytisch ein Synthesegas zu Kohlenwasserstoffen und Wasser um. Dem Fachmann sind verschiedene Ausführungen von Fischer-Tropsch-Reaktoren und Fischer-Tropsch-Verfahren bekannt, die hier nicht im Detail dargestellt werden sollen. Die Fischer-Tropsch-Verfahren können als Hochtemperatur-Verfahren oder als Niedertemperatur-Verfahren durchgeführt werden, wobei die Prozesstemperaturen im Allgemeinen zwischen 200 und 400°C liegen. Bekannte Varianten des Fischer-Tropsch-Verfahrens sind u.a. die Hochlast-Synthese, die Synthol-Synthese und das SMDS-Verfahren der Firma Shell (SMDS = Shell Middle Distillate Synthesis). Durch einen Fischer-Tropsch-Konverter wird typischerweise eine Kohlenwasserstoffverbindung aus Flüssiggasen (Propan, Butan), Benzin, Kerosin (Dieselöl), Weichparaffin, Hartparaffin, Methanol, Methan, Dieselkraftstoff oder eine Mischung mehrerer dieser Produkte erzeugt. Die Fischer-Tropsch-Synthese ist exotherm, wie dem Fachmann bekannt ist. Die Reaktionswärme aus dem Fischer-Tropsch-Verfahren kann mittels eines (in den Figuren nicht gezeigten) Wärmetauschers, beispielsweise zum Vorwärmen von CO2 verwendet werden. Es wird beispielsweise eine Vorwärmung des CO2 in Betracht gezogen, welches in den rWGS-Konverter 5 eingeleitet wird.In one embodiment, the first CO converter 7 has a Fischer-Tropsch converter. A Fischer-Tropsch converter catalytically converts a synthesis gas into hydrocarbons and water. Various designs of Fischer-Tropsch reactors and Fischer-Tropsch processes are known to the person skilled in the art and will not be presented in detail here. The Fischer-Tropsch processes can be carried out as high-temperature processes or as low-temperature processes, the process temperatures generally being between 200 and 400°C. Known variants of the Fischer-Tropsch process include high-load synthesis, synthol synthesis and the Shell SMDS process (SMDS=Shell Middle Distillate Synthesis). A Fischer-Tropsch converter typically produces a hydrocarbon compound from liquid gases (propane, butane), gasoline, kerosene (diesel oil), soft paraffin, hard paraffin, methanol, methane, diesel fuel or a mixture of several of these products. The Fischer-Tropsch synthesis is exothermic, as is known to those skilled in the art. The heat of reaction from the Fischer-Tropsch process can be used by means of a heat exchanger (not shown in the figures), for example to preheat CO 2 . For example, preheating of the CO 2 that is introduced into the rWGS converter 5 is considered.

Alternativ weist der CO-Konverter 33 einen Bergius-Pier-Konverter oder eine Kombination eines Pier-Konverters mit einem MtL-Konverter (MtL = Methanolto-Liquid) auf. In einem Bergius-Pier-Konverter läuft das dem Fachmann wohlbekannte Bergius-Pier-Verfahren ab, bei dem Kohlenwasserstoffe durch Hydrierung von Kohlenstoff mit Wasserstoff in einer exothermen chemischen Reaktion erzeugt werden. Das Spektrum der Ausgangsprodukte aus dem Bergius-Pier-Verfahren hängt von den Reaktionsbedingungen und der Reaktionsführung ab. Es werden hauptsächlich flüssige Endprodukte erhalten, die als Kraftstoffe verwendet werden können, beispielsweise Schwer- und Mittelöle. Bekannte Entwicklungen des Bergius-Pier-Verfahrens sind beispielsweise das Konsol-Verfahren und das H-Coal-Verfahren. In der Kombination eines Pier-Konverters mit einem MtL-Konverter wird zunächst Synthesegas nach dem bekannten Pier-Verfahren in Methanol umgewandelt. Der MtL-Konverter ist ein Konverter, in dem Methanol zu Benzin umgewandelt wird. Ein verbreitetes Verfahren ist das MtL-Verfahren der Fa. ExxonMobil bzw. Esso. Eingangsprodukt des MtL-Konverters ist typischerweise Methanol, beispielsweise aus dem Pier-Konverter. Das Ausgangsprodukt, das vom MtL-Konverter erzeugt wird, ist typischerweise Benzin, das zum Betreiben eines Ottomotors geeignet ist.Alternatively, the CO converter 33 has a Bergius-Pier converter or a combination of a Pier converter with an MtL converter (MtL=methanol-to-liquid). The Bergius-Pier process, which is well known to those skilled in the art, takes place in a Bergius-Pier converter, in which hydrocarbons are produced by hydrogenating carbon with hydrogen in an exothermic chemical reaction. The range of starting products from the Bergius-Pier process depends on the reaction conditions and the reaction procedure. Mainly liquid end products are obtained which can be used as fuels, for example heavy and medium oils. Well-known developments of the Bergius-Pier process are, for example, the Konsol process and the H-Coal process. In the combination of a Pier converter with an MtL converter, synthesis gas is first converted into methanol using the well-known Pier process. The MtL converter is a converter in which methanol is converted into gasoline. A common method is the MtL method from ExxonMobil or Esso. The input product of the MtL converter is typically methanol, for example from the Pier converter. The feedstock produced by the MtL converter is typically gasoline, which is suitable for running a spark-ignition engine.

Im Betrieb führen die oben beschriebenen Vorrichtungen 1, 2 folgenden Betriebsablauf aus. Zunächst wird ein Kohlenwasserstoff-Fluid in dem Kohlenwasserstoffkonverter 3 in Wasserstoff und Kohlenstoff aufgespalten. Die Energie wird mittels Plasma eingebracht. Das Aufspalten des Kohlenwasserstoff-Fluids in H2 und C-Partikel erfolgt unter Abschluss von Sauerstoff vorzugsweise bei Temperaturen von mehr als 1000° C, insbesondere mehr als 1500° C. Ein Teil des Wasserstoffes wird von dem Kohlenstoff getrennt, und der Kohlenstoff wird über den Kohlenstoffausgang 17 abgeleitet.In operation, the devices 1, 2 described above perform the following operational sequence. First, a hydrocarbon fluid is split into hydrogen and carbon in the hydrocarbon converter 3 . The energy is introduced by plasma. The splitting of the hydrocarbon fluid into H 2 and C particles takes place in the absence of oxygen, preferably at temperatures above 1000° C., in particular above 1500° C. Some of the hydrogen is separated from the carbon and the carbon is the carbon output 17 derived.

Der abgetrennte Wasserstoff wird mit CO2 gemischt und gemäß der Gleichung H2 + CO2 -> CO + H2O (reverse Wassergas-Shift-Reaktion oder rWGS-Reaktion) umgewandelt. Der Wasserstoff hat beim Mischen mit dem CO2 eine Temperatur von mehr als 500°C und vorzugsweise mehr als 700°C. wenn der Wasserstoff beim Mischen mit CO2 eine Temperatur von mehr als 700°C und einen Druck unter 5 bar hat, resultieren eine hohe Ausbeute von CO und schnelle Umwandlungsraten bei der rWGS-Reaktion. Für das Verfahren ist es unschädlich, wenn die Trennung von Wasserstoff und Kohlenstoff nicht vollständig erfolgt und noch übrige C-Partikel mit dem abgetrennten Wasserstoff in die rWGS-Reaktion kommen. Diese übrigen C-Partikel können mit CO2 zu CO reagieren.The separated hydrogen is mixed with CO 2 and converted according to the equation H 2 + CO 2 → CO + H 2 O (reverse water gas shift reaction or rWGS reaction). The hydrogen is at a temperature greater than 500°C and preferably greater than 700°C when mixed with the CO 2 . when the hydrogen, when mixed with CO 2 , has a temperature above 700°C and a pressure below 5 bar, a high yield of CO and fast conversion rates result in the rWGS reaction. It is harmless for the process if the separation of hydrogen and carbon is not complete and remaining C particles enter the rWGS reaction with the separated hydrogen. These remaining C particles can react with CO 2 to form CO.

Das Mischungsverhältnis von CO2 und Wasserstoff wird so eingestellt, dass nach der Umwandlung ein restlicher Teil des Wasserstoffes zurückbleibt. Folglich wird ein erster Teil des Wasserstoffes in H2O umgewandelt, und ein restlicher (oder zweiter) Teil des Wasserstoffes bleibt übrig und ist vermischt mit CO und H2O. Weil der Wasserstoff nicht vollständig in H2O umgewandelt wird, resultiert daraus eine Mischung aus H2, CO und H2O.The mixing ratio of CO 2 and hydrogen is adjusted in such a way that a residual part of the hydrogen remains after the conversion. Consequently, a first portion of the hydrogen is converted to H 2 O, and a residual (or second) portion of the hydrogen remains and is mixed with CO and H 2 O. Because the hydrogen is not fully converted to H 2 O, a Mixture of H 2 , CO and H 2 O.

Das Mischungsverhältnis von CO2 und Wasserstoff H2 kann so eingestellt werden, dass das gereinigte Synthesegas es für die geplante Umwandlung im CO-Konverter 33 gut geeignet ist, d.h. basierend auf der Art des eingesetzten CO-Konverters 33. Für die oben genannten Arten von CO-Konvertern 33 ist ein Synthesegas mit viel Wasserstoff vorteilhaft, z.B. ein Verhältnis von CO zu H2 mit einem Wert von 1:1 bis 1:3, insbesondere mit einem Wert von ungefähr 1:2,1 oder mit einem Wert von 1:1,75 bis 1:1,95. Um dies zu erreichen, kann die Zusammensetzung der Gasmischung nach der rWGS-Reaktion mittels eines oder mehrerer Sensoren gemessen werden. Die Dosierung von H2 vom Kohlenwasserstoffkonverter 3 und/oder CO2 aus der Quelle für Kohlendioxid kann dann basierend auf dem Messergebnis geregelt werden, z.B. Einleiten von mehr H2 oder weniger CO2, um den H2-Anteil der Gasmischung zu erhöhen.The mixing ratio of CO 2 and hydrogen H 2 can be adjusted so that the cleaned synthesis gas is well suited for the planned conversion in the CO converter 33, ie based on the type of CO converter 33 used. For the above types of CO converters 33, a synthesis gas with a lot of hydrogen is advantageous, eg a ratio of CO to H 2 with a value of 1:1 to 1:3, in particular with a value of approximately 1:2.1 or with a value of 1:1.75 to 1:1.95. To achieve this, the composition of the gas mixture after the rWGS reaction can be measured using one or more sensors. The dosing of H 2 from the hydrocarbon converter 3 and/or CO 2 from the carbon dioxide source can then be regulated based on the measurement result, eg introducing more H 2 or less CO 2 in order to increase the H 2 proportion of the gas mixture.

Das Trennen des Wasserstoffes von dem Kohlenstoff erfolgt beispielsweise durch eines der folgenden Verfahren:

  • Ablagern von Kohlenstoff an einer temperaturbeständigen Platte und Abschaben des Kohlenstoffes. Die temperaturbeständige Platte kann fest stehen oder während des Abschabens gedreht werden. Kohlenstoff, der sich an der Platte festsetzt, wird durch einen Schaber abgeschabt.
The hydrogen is separated from the carbon, for example, by one of the following methods:
  • Depositing carbon on a refractory plate and scraping the carbon. The temperature resistant plate can be fixed or rotated during scraping. Carbon that sticks to the plate is scraped off by a scraper.

Absetzen des Kohlenstoffes durch Schwerkraft, wobei der Wasserstoff und Kohlenstoff beispielsweise durch ein Labyrinth und/oder eine Rohrleitung geleitet werden.Gravity settling of the carbon, with the hydrogen and carbon being passed through, for example, a labyrinth and/or conduit.

Wasserkühlung von Wasserstoff und Kohlenstoff, beispielsweise durch direkt eingespritztes Wasser, wobei der Kohlenstoff aus dem Wasserstoffgas gewaschen wird und anschließend aus dem Wasser gefiltert wird. Alternativ kann die Wasserkühlung durch Wärmetauscher erfolgen.Water cooling of hydrogen and carbon, for example by directly injected water, where the carbon is washed from the hydrogen gas and then filtered from the water. Alternatively, the water cooling can be done by heat exchangers.

Welches der Trennungsverfahren eingesetzt wird, hängt von der Ausführung der Vorrichtung 1, 2 ab. Manche Trennungsverfahren können in Kombination eingesetzt werden, z.B. Wasserkühlung mit Absetzen durch Schwerkraft.Which of the separation methods is used depends on the design of the device 1, 2. Some separation methods can be used in combination, e.g. water cooling with gravity settling.

Der Kohlenstoff, der über den Kohlenstoffausgang 17 aus dem Verfahren entnommen wird, liegt als feine C-Partikel vor und kann als Rohstoff verkauft werden (z.B. als Aktivkohle, Carbon Black, Graphit oder Industrieruß für Elektronik, Reifen, Toner usw.).The carbon that is removed from the process via the carbon outlet 17 is in the form of fine C particles and can be sold as a raw material (e.g. as activated carbon, carbon black, graphite or carbon black for electronics, tires, toners, etc.).

Weil nach der rWGS-Reaktion zunächst eine Mischung aus H2, CO und H2O vorliegt, wird das H2O von H2 und CO getrennt, beispielsweise mittels Kondensation oder Ausfrieren, wobei jedoch auch andere Trennungsverfahren möglich sind. Abhängig von der genauen Zusammensetzung der Mischung können optional restliches CO2 (das nicht in der rWGS-Reaktion umgewandelt wurde) und H2O abgeschieden werden, so dass nach der Abscheidung ein gereinigtes Synthesegas aus H2 und CO vorliegt. Das gereinigte Synthesegas kann durch einen weiteren Mischungsschritt bezüglich seines H2/CO-Verhältnisses beeinflusst werden. Falls zusätzlicher Wasserstoff aus einer Niedertemperatur-Aufspaltung verfügbar ist, kann dieser zusätzliche Wasserstoff nach der rWGS-Reaktion bzw. dem Ausgang des rWGS-Konverters zugegeben werden.Because a mixture of H 2 , CO and H 2 O is initially present after the rWGS reaction, the H 2 O is separated from the H 2 and CO, for example by means of condensation or freezing, although other separation methods are also possible. Optionally, depending on the exact composition of the mixture, residual CO 2 (that was not converted in the rWGS reaction) and H 2 O can be stripped, leaving a purified syngas of H 2 and CO after stripping. The H 2 /CO ratio of the cleaned synthesis gas can be influenced by a further mixing step. If additional hydrogen is available from a low temperature cracking, this additional hydrogen can be added after the rWGS reaction or the rWGS converter exit.

Bei allen hier beschriebenen Vorrichtungen 1, 2 und Verfahren zur Herstellung von Synthesegas können weiter folgende Merkmale und Verfahrensschritte vorgesehen sein.In all of the devices 1, 2 and methods for producing synthesis gas described here, the following features and method steps can also be provided.

Bei einer nicht in den Figuren dargestellten Ausführung weist die Trennvorrichtung 15 eine temperaturbeständige Platte auf, die kälter als die Plasmaheizvorrichtung 9 ist. Da die Temperatur der temperaturbeständigen Platte niedriger ist als die Temperatur des Plasmas und der C-Partikel, lagern sich die C-Partikel tendenziell an der kälteren Platte an, ähnlich einer Kondensation. Die temperaturbeständige Platte ist vorzugsweise einfach so weit von der Plasmaheizvorrichtung 9 entfernt, dass sie eine Temperatur unter 900 °C hat, sie kann aber auch aktiv gekühlt sein. Wegen der vergleichsweise niedrigen Temperatur der Platte lagert sich Kohlenstoff daran ab und kann mit einem (nicht gezeigten) Schaber abgeschabt werden. Die temperaturbeständige Platte kann feststehend sein, und der Schaber kann bewegbar sein, oder umgekehrt. Die temperaturbeständige Platte und der Schaber können eine Linearbewegung oder Rotationsbewegung relativ zueinander ausführen. Die temperaturbeständige Platte kann teilweise innerhalb und teilweise außerhalb des Prozessraums 7 des Kohlenwasserstoffkonverters 3 angeordnet sein. Beispielsweise kann die temperaturbeständige Platte drehbar gelagert sein, wobei sie so gelagert ist, dass sie teilweise innerhalb und teilweise außerhalb des Prozessraums 7 angeordnet ist. So kann der Kohlenstoff sich kontinuierlich an der temperaturbeständigen Platte ablagern und durch Rotation aus dem Prozessraum 7 entfernt werden, wobei der Kohlenstoff dann außen durch einen Schaber abgeschabt wird. Die Relativbewegung des Schabers und der temperaturbeständigen Platte kann kontinuierlich oder intermittierend (mit Pausen) erfolgen. Abhängig von der Geschwindigkeit der Relativbewegung oder den Pausen lagern sich mehr C-Partikel an der Platte an.In an embodiment not shown in the figures, the separating device 15 has a temperature-resistant plate which is colder than the plasma heating device 9 . Since the temperature of the refractory plate is lower than the temperature of the plasma and the C particles, the C particles tend to attach to the colder plate, similar to condensation. The refractory plate is preferably just far enough away from the plasma heater 9 to have a temperature below 900°C, but it can also be actively cooled. Because of the comparatively low temperature of the plate, carbon is deposited on it and can be scraped off with a scraper (not shown). The refractory plate can be fixed and the scraper can be movable, or vice versa. The refractory plate and the scraper can perform linear motion or rotary motion relative to each other. The temperature-resistant plate can be arranged partly inside and partly outside the process space 7 of the hydrocarbon converter 3 . For example, the temperature-resistant plate may be rotatably supported so as to be partially located inside and partially outside the processing space 7 . In this way, the carbon can be continuously deposited on the temperature-resistant plate and removed from the process space 7 by rotation, the carbon then being scraped off on the outside by a scraper. The relative movement of the scraper and the temperature-resistant plate can be continuous or intermittent (with pauses). Depending on the speed of the relative movement or the pauses, more C particles accumulate on the plate.

Bei einer anderen nicht in den Figuren dargestellten Ausführung weist die Trennvorrichtung 15 eine Wasserkühlungsvorrichtung oder einen Quench auf. Die Wasserkühlungsvorrichtung kann Wasser direkt in die Mischung aus Wasserstoff und Kohlenstoff (H2/C-Aerosol) einspritzen, um die auszuwaschen. Die ausgewaschenen C-Partikel können dann durch eine Filtervorrichtung aus dem Wasser gefiltert werden.In another embodiment not shown in the figures, the separating device 15 has a water cooling device or a quench. The water cooling device can inject water directly into the mixture of hydrogen and carbon (H 2 /C aerosol) to wash it out. The washed out C-particles can then be filtered out of the water by a filter device.

Bei einer weiteren nicht in den Figuren dargestellten Ausführung weist die Vorrichtung 1 einen Kohlenwasserstoffkonverter mit einer Mikrowellen-Plasmaheizvorrichtung auf. In diesem Fall wird ein Teil des Kohlenwasserstoff-Fluids bei einer Temperatur unter 1000°C, insbesondere unter 600°C, aufgespalten (Niedertemperatur-Reaktor bzw. Niedertemperatur-Aufspaltung). Der dabei entstehende Wasserstoff wird über eine (nicht gezeigte) Verbindung zu einer Stelle nach dem rWGS-Konverter 5 geleitet, um den H2-Anteil zu erhöhen.In a further embodiment not shown in the figures, the device 1 has a hydrocarbon converter with a microwave plasma heating device. In this case, part of the hydrocarbon fluid is split at a temperature below 1000° C., in particular below 600° C. (low-temperature reactor or low-temperature splitting). The resulting hydrogen is routed via a connection (not shown) to a point after the rWGS converter 5 in order to increase the H 2 content.

Eine zusätzliche Heizeinheit kann für den Start der Vorrichtungen 1, 2 eingesetzt werden, um zunächst einen oder mehrere der Konverter 3, 5 oder Verbindungsleitungen auf eine Anfangstemperatur zu bringen, beispielsweise zur Durchführung der rWGS-Reaktion oder damit die C-Partikel nicht verklumpen. Später erfolgt die Aufheizung über die im Kohlenwasserstoffkonverter 3 erzeugte Wärme.An additional heating unit can be used to start the devices 1, 2 in order to first bring one or more of the converters 3, 5 or connecting lines to an initial temperature, for example to carry out the rWGS reaction or so that the C particles do not clump together. The heating takes place later via the heat generated in the hydrocarbon converter 3 .

Wenn der abgetrennte Kohlenstoff aus der Trennvorrichtung 15 eine Temperatur von mehr als 550 °C (vorzugsweise 800 bis 1200°C) hat, kann der abgetrennte Kohlenstoff mit H2O vermischt werden und gemäß der Reaktion C + H2O -> CO + H2 umgewandelt werden. Ein Katalysator ist nicht nötig. Dadurch entsteht zusätzliches Synthesegas, welches nicht von H2O getrennt werden muss.When the separated carbon from the separator 15 has a temperature higher than 550 °C (preferably 800 to 1200 °C), the separated carbon can be mixed with H 2 O and according to the reaction C + H 2 O -> CO + H 2 to be converted. A catalyst is not necessary. This creates additional synthesis gas that does not have to be separated from H 2 O.

Die Erfindung wurde anhand bevorzugter Ausführungen beschrieben, wobei die einzelnen Merkmale der beschriebenen Ausführungen frei miteinander kombiniert werden können und/oder ausgetauscht werden können, sofern sie kompatibel sind. Ebenso können einzelne Merkmale der beschriebenen Ausführungen weggelassen werden, sofern sie nicht zwingend notwendig sind. Für den Fachmann sind zahlreiche Abwandlungen und Ausgestaltungen möglich und offensichtlich.The invention has been described on the basis of preferred embodiments, with the individual features of the described embodiments being able to be freely combined with one another and/or exchanged, provided they are compatible. Likewise, individual features of the described embodiments can be omitted if they are not absolutely necessary. Numerous modifications and configurations are possible and obvious to a person skilled in the art.

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Claims (10)

Verfahren zur Herstellung von Synthesegas, welches folgende Schritte aufweist: Aufspalten eines Kohlenwasserstoff-Fluids in Wasserstoff und Kohlenstoff durch Energieeingabe mittels Plasma; Trennen wenigstens eines Teils des Wasserstoffes H2 von dem Kohlenstoff; Mischen des Wasserstoffes mit CO2 bei Prozessparametern, welche eine Umwandlung gemäß der folgenden Gleichung ermöglichen H2 + CO2 -> CO + H2O wobei das Mischungsverhältnis von CO2 und Wasserstoff so eingestellt wird, dass nach der Umwandlung ein restlicher Teil des Wasserstoffes zurückbleibt.A method of producing synthesis gas, comprising the steps of: splitting a hydrocarbon fluid into hydrogen and carbon by plasma energy input; separating at least a portion of the hydrogen H 2 from the carbon; Mixing the hydrogen with CO 2 at process parameters that allow conversion according to the following equation H2 + CO2 -> CO + H2O wherein the mixing ratio of CO 2 and hydrogen is adjusted in such a way that a residual part of the hydrogen remains after the conversion. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Wasserstoff beim Mischen mit CO2 eine Temperatur von mehr als 500°C und vorzugsweise mehr als 700°C hat.procedure after claim 1 , wherein the hydrogen has a temperature greater than 500°C and preferably greater than 700°C when mixed with CO 2 . Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Wasserstoff beim Mischen mit CO2 eine Temperatur von mehr als 700°C und einen Druck unter 5 bar hat.procedure after claim 1 , wherein the hydrogen when mixed with CO 2 has a temperature of more than 700°C and a pressure below 5 bar. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Mischungsverhältnis von CO2 und Wasserstoff so eingestellt wird, dass ein Verhältnis von CO zu Wasserstoff nach der Umwandlung auf einen Wert von größer 1:1 bis 1:3, insbesondere auf einen Wert von ungefähr 1:2,1 oder auf einen Wert von 1:1,75 bis 1:1,95 eingestellt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the mixing ratio of CO 2 and hydrogen is adjusted so that a ratio of CO to hydrogen after the conversion to a value of greater than 1: 1 to 1: 3, in particular to a value of about 1: 2.1 or to a value from 1:1.75 to 1:1.95. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Trennen wenigstens eines Teils des Wasserstoffes von dem Kohlenstoff durch einen der folgenden Schritte erfolgt - Ablagern von Kohlenstoff an einer temperaturbeständigen Platte und Abschaben des Kohlenstoffes, wobei die temperaturbeständige Platte vorzugsweise während des Abschabens gedreht wird; - Absetzen des Kohlenstoffes durch Schwerkraft, vorzugsweise mittels Leiten des Wasserstoffes und Kohlenstoffes durch ein Labyrinth und/oder eine Rohrleitung; - Wasserkühlung, vorzugsweise durch direkt eingespritztes Wasser, wobei der Kohlenstoff aus dem Wasser gefiltert wird.A method according to any one of the preceding claims, wherein separating at least a portion of the hydrogen from the carbon is accomplished by one of the following steps - depositing carbon on a refractory plate and shaving the carbon, preferably rotating the refractory plate during shaving; - settling the carbon by gravity, preferably by passing the hydrogen and carbon through a labyrinth and/or pipe; - Water cooling, preferably by directly injected water, where the carbon is filtered out of the water. Vorrichtung zur Herstellung von Synthesegas, welche Folgendes aufweist: eine Quelle für Kohlenwasserstoff; einen Kohlenwasserstoffkonverter, der eine Plasma-Heizvorrichtung, einen Prozessraum mit wenigstens einem Kohlenwasserstoffeingang für ein Kohlenwasserstoff-Fluid und wenigstens einem Ausgang für Wasserstoff H2 und Kohlenstoff aufweist, wobei der Kohlenwasserstoffeingang mit der Quelle für Kohlenwasserstoff verbunden ist; eine Trennvorrichtung, die mit dem Ausgang für Wasserstoff H2 und Kohlenstoff des Kohlenwasserstoffkonverters verbunden ist und zum Trennen wenigstens eines Teils des Wasserstoffes H2 von dem Kohlenstoff konfiguriert ist, wobei die Trennvorrichtung einen Kohlenstoffausgang für abgetrennten Kohlenstoff aufweist; eine Quelle für Kohlendioxid; einen rWGS-Konverter mit einem Prozessraum, der einen ersten Eingang und einen CO2-Eingang aufweist, wobei der erste Eingang des rWGS-Konverters mit der Trennvorrichtung verbunden ist und konfiguriert ist, um wenigstens den abgetrennten Wasserstoff von der Trennvorrichtung aufzunehmen, wobei der CO2-Eingang des rWGS-Konverters direkt oder über eine Mischvorrichtung mit der Quelle für Kohlendioxid verbunden ist, und wobei der rWGS-Konverter konfiguriert ist zum Erzeugen von Prozessparametern, welche eine Umwandlung gemäß der folgenden Gleichung ermöglichen H2 + CO2 -> CO + H2O wobei die Quelle für Kohlendioxid oder die Mischvorrichtung konfiguriert sind, um CO2 oder Wasserstoff zu dosieren und das Mischungsverhältnis von CO2 und Wasserstoff so einzustellen, dass nach der Umwandlung ein restlicher Teil des Wasserstoffes zurückbleibt.Apparatus for the production of synthesis gas, comprising: a source of hydrocarbon; a hydrocarbon converter having a plasma heater, a process space with at least one hydrocarbon inlet for a hydrocarbon fluid and at least one outlet for hydrogen H 2 and carbon, the hydrocarbon inlet being connected to the source of hydrocarbon; a separator connected to the hydrogen H 2 and carbon outlet of the hydrocarbon converter and configured to separate at least a portion of the hydrogen H 2 from the carbon, the separator having a carbon outlet for separated carbon; a source of carbon dioxide; an rWGS converter having a process space having a first inlet and a CO 2 inlet, wherein the first inlet of the rWGS converter is connected to the separation device and is configured to receive at least the separated hydrogen from the separation device, wherein the CO 2 input of the rWGS converter is connected to the source of carbon dioxide, directly or via a mixing device, and wherein the rWGS converter is configured to generate process parameters that enable conversion according to the following equation H2 + CO2 -> CO + H2O wherein the source of carbon dioxide or the mixing device is configured to meter CO 2 or hydrogen and adjust the mixing ratio of CO 2 and hydrogen such that a residual portion of the hydrogen remains after the conversion. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Trennvorrichtung am Ausgang für Wasserstoff und Kohlenstoff angeordnet ist, und wobei die Trennvorrichtung ein Labyrinth und/oder einen Raum zum Absetzen des Kohlenstoffes durch Schwerkraft aufweist.device after claim 6 wherein the separator is placed at the outlet for hydrogen and carbon, and wherein the separator comprises a labyrinth and/or a space for settling the carbon by gravity. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Trennvorrichtung in einer Verbindungsleitung zwischen dem Kohlenwasserstoffkonverter und dem rWGS-Konverter angeordnet ist.device after claim 6 or 7 , wherein the separating device is arranged in a connecting line between the hydrocarbon converter and the rWGS converter. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Trennvorrichtung eine temperaturbeständige Platte zur Ablagerung von Kohlenstoff und einen Schaber zum Abschaben des Kohlenstoffes aufweist, wobei die temperaturbeständige Platte vorzugsweise zumindest teilweise innerhalb des Prozessraums des Kohlenwasserstoffkonverters angeordnet ist.Device according to one of Claims 6 until 8th , wherein the separation device has a temperature-resistant plate for depositing carbon and a scraper for scraping off the carbon, wherein the temperature-resistant plate is preferably arranged at least partially within the process space of the hydrocarbon converter. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die Trennvorrichtung eine Wasserkühlungsvorrichtung aufweist, die vorzugsweise ausgebildet ist, um Wasser direkt in die Mischung aus Wasserstoff und Kohlenstoff einzuspritzen und weiter eine Filtervorrichtung, die ausgebildet ist, um den Kohlenstoff aus dem Wasser zu filtern.Device according to one of Claims 6 until 9 , wherein the separation device is a water cooler treatment device, which is preferably designed to inject water directly into the mixture of hydrogen and carbon, and further a filter device, which is designed to filter the carbon from the water.
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