EP3402591A1 - Reaktor zur durchführung von gleichgewichtslimitierten reaktionen - Google Patents

Reaktor zur durchführung von gleichgewichtslimitierten reaktionen

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EP3402591A1
EP3402591A1 EP17709395.2A EP17709395A EP3402591A1 EP 3402591 A1 EP3402591 A1 EP 3402591A1 EP 17709395 A EP17709395 A EP 17709395A EP 3402591 A1 EP3402591 A1 EP 3402591A1
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EP
European Patent Office
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reactor
reactor according
reaction
sorbent
sorption
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP17709395.2A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jakob Albert
Manfred Baldauf
Jenny Reichert
Katharina Stark
Alexander Tremel
Peter Wasserscheid
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Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B01J2208/00911—Sparger-type feeding elements

Definitions

  • the invention relates to a reactor for carrying out equilibrium-limited reactions according to claim 1 and to a method for operating such a reactor according to claim 15.
  • Recirculation inert and foreign gases in the circulation which has a negative impact on the reaction and leads, for example, to a larger reactor volume. Further it comes in the recirculation always a loss of educt, which in turn has a negative effect on the conversion efficiency ⁇ . Furthermore, the recirculated gas quantity leads to a high gas volume flow through the reactor, which increases the size and thus in turn the cost of the reactor.
  • the object of the invention is to provide a reactor for carrying out equilibrium-limited reactions which, compared to the prior art, has a smaller design and can be operated more cost-effectively. It is another object of the invention to provide a process which provides the same advantages as the reactor
  • the reactor for carrying out equilibrium-limited reactions according to claim 1 comprises a reaction space for receiving a catalyst and also a sorption space which is suitable for receiving a sorbent.
  • the reactor comprises a Eduktzu thoroughlyvortechnisch and ei ne Sorptionsschzu Switzerlandvoriques.
  • the reactor is characterized in that the reaction chamber and the Sorptionsraum is ge ⁇ separated by a gas-permeable, liquid drops or particles of the sorbent rejecting element.
  • liquid sorbent find at ⁇ application, in principle, solids can also serve as a sorption medium, present fine-grained particulate.
  • reaction space and sorption space by a corresponding element causes gaseous reactants and products can flow freely between the reaction space and the Sorp tion space back and forth, the liquid drops of the sorbent remain in the sorption and can not get into the reaction space.
  • a separation of these liquid droplets from the reaction space is therefore expedient, since upon contact of the catalyst material with the liquid sorbent, the mode of action of the reactor material is impaired.
  • passage openings of the element have a diameter of less than 100 ⁇ m, preferably less than 10 ⁇ m, particularly preferably less than 0.5 ⁇ m.
  • the width or the diameter of the passage opening can or must be adjusted accordingly.
  • the element is designed in the form of a textile, in particular with fibers which are based on glass, metallic materials, ceramic materials or carbon.
  • the application of a metal mesh, the application of a metal ⁇ gauze or expanded metal is particularly useful.
  • the element is designed in the form of a membrane, which is characterized by selective permeability of the educts and products and is thereby liquid-repellent.
  • the reactor has an upper region and a lower region, wherein a Sorptionsffenzu GmbH is provided in the upper region and a Sorptionsffenab- flow device is provided in the lower region.
  • sorbent loaded with products may be discharged from the reactor, and sorbent uncharged by the feeder may be recycled.
  • a sorbent-collecting zone in which laden sorbent is enriched, is arranged in the lower region of the reactor. From there it is again desirable to remove the loaded sorbent to the Re ⁇ actuator and supplying a Fernabscheidevorraum, which is arranged outside the reaction chamber and outside the Sorptionsraumes.
  • This Fightingabscheide ⁇ device is part of the reactor, but is au ⁇ ßerraum the reaction and Sorptionsraumes which together form ei ⁇ nen reactor core.
  • the product separator is adapted to separate the sorbent from the product and to discharge the product from the reaction process.
  • the sorbent thus separated from the product can preferably be passed through the sorbent conveying device from the product separating device to the sorbent feeding device of the reactor. This in turn means that the sorbent is removed from the reactor, is rezirku ⁇ lines and is supplied as a new sorbent the reactor.
  • a suction device for the circulation of a gas phase from the Sorp- tion space is provided in the reaction space.
  • a suction device for the circulation of a gas phase from the Sorp- tion space is provided in the reaction space.
  • this intake device is integrated in a stirring device at least partially, and a stirring shaft forms a flow channel of the suction ⁇ .
  • a further component of the invention is a method for operating an equilibrium-limited reaction according to claim 15, wherein gaseous reaction educts and a liquid sorbent are introduced into a sorption space of a reactor. Furthermore, a reaction space is provided, in which a catalyst is arranged. The reaction space and the sorption space are separated by an element through which the gaseous reaction products flow from the reaction space to the sorption space. On the other hand, the reaction chamber is separated from the sorption space by the element in such a way that simultaneous penetration of the liquid sorbent into the reaction space is prevented.
  • the process according to the invention makes it possible to remove the reaction products from the catalyst surface and to add them to the sorbent, through which the products are removed. At the same time, is prevented from passing through the element sorbents into the reaction chamber and so ⁇ ⁇ saturated with the operation of the catalyst negative beeintrown. Further embodiments of the invention and further features will be explained in more detail with reference to the following figures.
  • 1 shows a reactor with a sorption space and a
  • FIG. 2 shows a reactor according to FIG. 1 with an additional one
  • Figure 3 shows a reactor according to Figure 1, wherein the separating
  • Element between sorption and reaction space is designed by a membrane.
  • FIG. 1 shows a reactor 2 which serves for the reaction of equilibrium-limited reactions.
  • the equilibrium position in this example reaction is under normal reaction conditions, such as 250 ° C and 75 bar to 75% on the side of the reactants carbon dioxide and hydrogen.
  • the imple ⁇ Zung to methanol (the reaction product 25) takes place under these reaction conditions in the equilibrium position only 25%.
  • the aforementioned carbon dioxide and water ⁇ material be based on a guiding device 12 Eduktzu- starting materials supplied to the reactor. In this case occurs to the guide in the ⁇ Sorptionsraum 8, a feed in the reaction onsraum 4, as shown for example in Figure 3, is also shown for all figures and execution examples ⁇ appropriate.
  • the Sorptionsraum 8 is separated by an ele ment ⁇ 16, 18 of a reaction space. 4
  • the element 16 is configured in such a way that it is inadmissible in relation to drops of a sorbent 10.
  • the material of the element 16 is, for example, a textile, in particular a textile with a metal mesh, such as wire mesh, gauze or a stretched metal.
  • Other threads sergewebe, such as aramid fiber or other high ⁇ temperature resistant fibers would also be useful as a basic component of the element 16.
  • the element 16 has
  • a typical mesh size or passage opening width is less than 100 ⁇ m.
  • the passage opening width is preferably less than 10 ⁇ m or less than 5 ⁇ m.
  • the nature of the sorbent 10 is to be understood in particular as its wetting angle relative to the material of the element and its viscosity.
  • a catalyst 6 is arranged, also located in the reaction chamber 4 optionally still a stirring device 30. The catalyst may be suspended for example in baskets or present as a gas-permeable bed.
  • the catalyst material is chosen to accelerate the reaction, in this case the reaction between carbon dioxide and hydrogen, having a particularly high surface area.
  • the state of equilibrium per se can not be influenced by the catalyst material.
  • gaseous reaction products 25 are moved away from the catalyst surface by a certain flow, which will be discussed below, or by stirring movements or by a combination of this measure, and pass through the element 16 from the reaction space 4 into the sorption space 8 , There, the products are absorbed by droplets of the sorbent 10.
  • the thus charged droplets of the sorbent 10 sink in the sorption space 8 and are collected in a lower area 21 of the reactor 2 in a sorbent-collecting zone 24.
  • the thus-collected ⁇ sorbent 10 is removed and fed to a 24 Sorptionsstoffsammelzone Fernabscheidevortechnisch 26th
  • Theloisabscheidevortechnisch 26 is configured in the form of a phase separator 27, in which the Itemsspro ⁇ domestic product 25 is separated from the sorbent 10 and discharged.
  • the sorbent 10 discharged from the reaction product 25 is discharged from the phase separator 27 through a sorbent conveying device 28 and conveyed to an upper portion 20 of the reactor 2 to a sorbent supplying device 14.
  • the Sorptionsstoffzu Geneva Geneva Genevatechnisch 14 serves to introduce the sorbent 10 in the reactor 2, more precisely in the Sorptionsraum 8. This is done for example by a spray misting. In this way mög ⁇ lichst small Sorptionsschtröpfchen be produced particularly well by favorable volume surface ratio
  • FIG. 2 shows an analogous representation of a reactor 2 from FIG. 1, but here the gas routing of the reaction products 25 and starting materials is described in more detail.
  • the arrows 33 which represent the holistic gas stream in the reactor 2, are provided for the movement of the reactants and the reaction products 25. This is seen an intake 29 prior ⁇ forming part of a stirring device is thirtieth
  • the stirring device 30 in turn has a hollow stirrer shaft 31, which serves as a flow channel 32 for the gas stream 33.
  • Reactants ⁇ the case sucked in gaseous form from the suction device 29 is sucked into the flow channel 32 and stirring ⁇ scroll 34 of the stirring device 30 released again in the reaction chamber.
  • the starting materials are close to the Katalysa ⁇ gate 6 and able to react on the surface thereof according to the above reaction to reaction products 25th
  • the reaction educts described are as Ge ⁇ mixed with varying compositions again along the reaction stream 33 by the element 16 which is designed here in the form of a metal mesh 19, through the through ⁇ holes 18 of the metal mesh 19 in the Sorptionsraum 8 directed.
  • reaction products 25 meet as Be ⁇ part of the gas stream 33 to the droplets of sorption ⁇ means 10 and are sorbed by them.
  • the educts which are not sorbed by the sorbent are again rum sucked along the arrows 33 shown by the suction device 29 and again, as described, passed over the stirring device 30 in the sorption 4.
  • an analogous reactor 2 as shown in Figure 1 this differs from the reactor in Figure 1 but in that instead of a textile element 16, a membrane 17 ensures the separation between the reaction chamber 4 and sorption 8.
  • this membrane has a high selectivity and a high permeability for the reaction products 25. In this way, products are withdrawn from equilibrium without removing the educts from the reaction chamber.
  • Membrane diffuses.
  • the products 25 in the sorption space 8 are separated from the hydrogen by being dissolved in the sorption liquid 10. This has a lower solubility in the sorbent 10 in this case.
  • the partial pressure of hydrogen is increased in Sorptionsraum 8, so that an equilibrium whereby overall the diffusion of hydrogen from the reaction space in the Sorptionsraum to a standstill Zvi ⁇ rule adjusts the hydrogen content in the reaction space 4 and in Sorpti ⁇ onsraum 8, reached.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Reaktor zur Durchführung von gleichgewichtslimitierten Reaktionen, umfassend einen Reaktionsraum (4), zur Aufnahme eines Katalysators (6) und ferner umfassend einen Sorptionsraum, geeignet zur Aufnahme eines Sorptionsmittels (10), sowie eine Eduktzuführvorrichtung (12) und eine Sorptionsmittelzuführvorrichtung (14), dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktionsraum (4) und der Sorptionsraum durch ein gasdurchlässiges, Flüssigkeitstropfen des Sorptionsmittels (10) zurückweisendes Element (16) getrennt ist.

Description

Beschreibung
Reaktor zur Durchführung von gleichgewichtslimitierten Reaktionen
Die Erfindung betrifft einen Reaktor zur Durchführung von gleichgewichtslimitierten Reaktionen nach Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Reaktors nach Patentanspruch 15.
Sehr viele chemische Reaktionen, die eine technische Bedeu¬ tung aufweisen, sind gleichgewichtslimitiert. Dies bedeutet, dass die Reaktion zwischen den Reaktionsedukten zu den Reaktionsprodukten bei Einstellung eines chemischen Gleichgewich- tes nicht vollständig abläuft, also nicht vollständig auf der Produktseite liegt. Im chemischen Gleichgewicht liegen daher stets Produkte und Edukte nebeneinander vor. Bei herkömmlichen chemischen Synthesen sind dies z.B. die Reaktionen zur Erzeugung von Methanol aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid bzw. Kohlendioxid oder die Erzeugung von Ammoniak aus Wasserstoff und Stickstoff, das sogenannte Haber-Bosch-Verfahren. Diese Reaktionen finden industriell heute in heterogen katalysierten Festbett- oder Slurry-Reaktoren statt. Die Edukte werden, wie beschrieben, bei einem einfachen Durchgang durch den Re- aktor nur teilweise umgesetzt. Danach wird das Edukt-Produkt- Gemisch abgezogen und die Reaktionsprodukte werden üblicherweise abgetrennt, wobei die nicht umgesetzten Edukte zu einem Reaktionseintrittspunkt rezirkuliert werden. Die
Rezirkulation von teils großen Mengen von Gasen im industri- eilen Maßstab führt zu einem hohen apparativen Aufwand. Ferner stellen sich noch weitere technische Herausforderungen, die in ihrer Gesamtheit für das Verfahren ausgesprochen kostenintensiv wirken. Hierbei ist zum einen der Druckverlust im Reaktor zu nennen, der bei einer erheblichen Rezirkulation ausgeglichen werden muss. Ferner reichern sich bei einer
Rezirkulation Inert- und Fremdgase im Kreislauf an, was einen negativen Einfluss auf die Reaktionsführung hat und beispielsweise zu einem größeren Reaktorvolumen führt. Ferner kommt es bei der Rezirkulation stets zu einem Verlust an Eduktmaterial , was sich wiederum negativ auf den Umsetzungs¬ wirkungsgrad auswirkt. Des Weiteren führt die zurückgeführte Gasmenge zu einem hohen Gasvolumenstrom durch den Reaktor, was die Baugröße und damit wiederum die Kosten des Reaktors erhöht .
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Reaktor zur Durchführung von gleichgewichtslimitierten Reaktionen bereit zustellen, der gegenüber dem Stand der Technik eine kleiner Bauform aufweist und kostengünstiger betreibbar ist. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das dieselben Vorteile wie der Reaktor erbringt
Die Lösung der Aufgabe besteht in einem Reaktor zur Durchfüh rung von gleichgewichtslimitierten Reaktionen gemäß Patentan spruch 1 sowie in einem Verfahren zum Betreiben einer gleich gewichtslimitierten Reaktion nach Patentanspruch 15.
Der Reaktor zur Durchführung von gleichgewichtslimitierten Reaktionen nach Anspruch 1 umfasst einen Reaktionsraum zur Aufnahme eines Katalysators und ferner einen Sorptionsraum, der geeignet zur Aufnahme eines Sorptionsmittels ist. Im Wei teren umfasst der Reaktor eine Eduktzuführvorrichtung und ei ne Sorptionsmittelzuführvorrichtung . Der Reaktor zeichnet sich dadurch aus, dass der Reaktionsraum und der Sorptionsraum durch ein gasdurchlässiges, Flüssigkeitstropfen oder Partikel des Sorptionsmittels zurückweisendes Element ge¬ trennt ist. In der Regel finden flüssige Sorptionsmittel An¬ wendung, wobei grundsätzlich auch Feststoffe als Sorptions¬ mittel dienen können, die feingranular in Partikelform vorliegen .
Die Trennung von Reaktionsraum und Sorptionsraum durch ein entsprechendes Element bewirkt, dass gasförmige Edukte und Produkte ungehindert zwischen dem Reaktionsraum und dem Sorp tionsraum hin und her strömen können, wobei die Flüssigkeits tropfen des Sorptionsmittels im Sorptionsraum verbleiben und nicht in den Reaktionsraum gelangen können. Eine Trennung dieser Flüssigkeitstropfen vom Reaktionsraum ist deshalb zweckmäßig, da bei Kontakt des Katalysatormaterials mit dem flüssigen Sorptionsmittel die Wirkungsweise des Reaktormate- rials beeinträchtigt wird.
Besonders zweckmäßig ist es dabei, dass Durchgangsöffnungen des Elementes einen Durchmesser von weniger als 100 ym, bevorzugt weniger als 10 ym, besonders bevorzugt weniger als 0,5 ym aufweisen. Je nach Viskosität des Sorptionsmittels, das häufig in Form einer wässrigen Lösung, eines Öles oder ionischen Flüssigkeiten vorliegt, und je nach Benetzung der Elementoberfläche durch das Sorptionsmittel kann bzw. muss die Weite bzw. der Durchmesser der Durchgangsöffnung entspre- chend angepasst werden.
Es hat sich als zweckmäßig herausgestellt, dass das Element in Form einer Textilie, insbesondere mit Fasern, die auf Glas, metallischen Materialen, keramischen Materialien oder Kohlenstoff beruhen, ausgestaltet ist. Dabei ist insbesondere die Anwendung eines Metallnetzes, die Anwendung einer Metall¬ gaze oder eines Streckmetalls zweckmäßig.
In einer anderen Ausgestaltungsform ist das Element in Form einer Membran ausgestaltet, die sich durch selektive Durch- lässigkeit der Edukte und Produkte auszeichnet und dabei flüssigkeitsabweisend ist.
In einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung weist der Reaktor einen oberen Bereich und einen unteren Bereich auf, wobei im oberen Bereich eine Sorptionsmittelzuführvorrichtung vorgesehen ist und im unteren Bereich eine Sorptionsmittelab- flussvorrichtung vorgesehen ist. Somit kann mit Produkten be- ladenes Sorptionsmittel aus dem Reaktor ausgeführt werden und durch die Zuführvorrichtung wieder unbeladenes Sorptionsmit- tel zurückgeführt werden.
Es hat sich ebenfalls als zweckmäßig herausgestellt, dass die Wirkung des Elementes, Flüssigkeitstropfen abzuweisen, varia- bei ist und dabei vom oberen Bereich zum unteren Bereich des Reaktors abnimmt (?) . Im oberen Bereich ist nach einer Ausge¬ staltung die Sorptionsmittelzuführvorrichtung vorgesehen und es wird in diesem Bereich flüssiges Sorptionsmittel einge¬ bracht und versprüht. Dabei ist es zweckmäßig, dass in diesem Bereich eine höhere abweisende Wirkung gegenüber Flüssig¬ keitstropfen durch das Element besteht. Somit kann beispiels¬ weise bei Verwendung eines textilen Elementes vom oberen Bereich zum unteren Bereich der Durchmesser der Durchgangsöffnungen, d.h. die Maschenweite, erhöht werden. Dies kann auch bedeuten, dass im Umkehrschluss im oberen Bereich die Durchlässigkeit für Flüssigkeitstropfen durch das Element vollkommen unterbunden wird bzw. dieser Bereich vollkommen abgedichtet ist.
Ferner ist es zweckmäßig, wenn im unteren Bereich des Reaktors eine Sorptionsmittelsammelzone angeordnet ist, in der beladenes Sorptionsmittel angereichert wird. Von da aus ist es wiederum zweckmäßig, das beladene Sorptionsmittel dem Re¬ aktor zu entnehmen und einer Produktabscheidevorrichtung zuzuführen, die außerhalb des Reaktionsraumes und außerhalb des Sorptionsraumes angeordnet ist. Diese Produktabscheide¬ vorrichtung ist Teil des Reaktors, befindet sich jedoch au¬ ßerhalb des Reaktions- und Sorptionsraumes, die zusammen ei¬ nen Reaktorkern bilden. Die Produktabscheidevorrichtung ist dazu geeignet, das Sorptionsmittel von dem Produkt zu trennen und das Produkt aus dem Reaktionsprozess auszuleiten.
Das so vom Produkt getrennte Sorptionsmittel kann bevorzugt durch eine Sorptionsmittelfördervorrichtung von der Produkt¬ abscheidevorrichtung zur Sorptionsmittelzuführvorrichtung des Reaktors geführt werden. Dies wiederum bedeutet, dass das Sorptionsmittel, das aus dem Reaktor entnommen ist, rezirku¬ liert wird und als neues Sorptionsmittel dem Reaktor wieder zugeführt wird.
Ferner ist es zweckmäßig, dass im oberen Bereich des Reaktors eine Ansaugvorrichtung zur Umwälzung einer Gasphase vom Sorp- tionsraum in den Reaktionsraum vorgesehen ist. Hierdurch wir ein besserer Austausch der gasförmigen Edukte und Produkte durch die beiden Räume, den Reaktionsraum und den Sorptionsraum, ermöglicht und die Zufuhr von Edukten an die Katalysa¬ toroberfläche verstärkt. Ferner werden die Produkte vom Kata lysator in höherem Maße abgeführt und zum Sorptionsmittel im Sorptionsraum geführt.
Es hat sich ebenfalls als vorteilhaft herausgestellt, wenn diese Ansaugvorrichtung in eine Rührvorrichtung zumindest teilweise integriert ist und eine Rührwelle einen Strömungs¬ kanal der Ansaugvorrichtung bildet. Dies hat zum Vorteil, dass der Rührer bzw. die Rührwelle und die Rührblätter als Teil der Ansaugvorrichtung zum Umwälzen der Gasphase genutzt werden und weniger Bauteile im Reaktionsraum eingebracht wer den müssen.
Ein weiterer Bestandteil der Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben einer gleichgewichtslimitierten Reaktion nach Patentanspruch 15, wobei in einem Sorptionsraum eines Reaktors gasförmige Reaktionsedukte und ein flüssiges Sorptionsmittel eingebracht werden. Ferner ist ein Reaktionsraum vorgesehen, in dem ein Katalysator angeordnet ist. Der Reaktionsraum und der Sorptionsraum werden durch ein Element abgetrennt, durch das die gasförmigen Reaktionsprodukte vom Reaktionsraum zum Sorptionsraum strömen. Andererseits wird durch das Element der Reaktionsraum vom Sorptionsraum derart getrennt, dass da gleichzeitige Eindringen des flüssigen Sorptionsmittels in den Reaktionsraum verhindert wird.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird es ermöglicht, die Reaktionsprodukte von der Katalysatoroberfläche abzuziehen und dem Sorptionsmittel zuzufügen, durch das die Produkte ab geführt werden. Gleichzeitig wird verhindert, dass durch das Element Sorptionsmittel in den Reaktionsraum gelangt und so¬ mit die Wirkungsweise des Katalysators negativ beeinträch¬ tigt . Weitere Ausgestaltungsformen der Erfindung und weitere Merkmale werden anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigen: Figur 1 einen Reaktor mit einem Sorptionsraum und einem
Reaktionsraum, die durch ein entsprechendes Element getrennt sind,
Figur 2 einen Reaktor gemäß Figur 1 mit einer zusätzlichen
Umwälzung der Gasphase im Reaktionsraum und Sorptionsraum,
Figur 3 einen Reaktor gemäß Figur 1, wobei das trennende
Element zwischen Sorptionsraum und Reaktionsraum durch eine Membran ausgestaltet ist.
In Figur 1 ist ein Reaktor 2 dargestellt, der zur Umsetzung von gleichgewichtslimitierten Reaktionen dient. Die Gleichgewichtslage bei dieser Beispielsreaktion liegt bei üblichen Reaktionsbedingungen, wie z.B. 250 °C und 75 bar zu 75 % auf der Seite der Edukte Kohlendioxid und Wasserstoff. Die Umset¬ zung zu Methanol (Reaktionsprodukt 25) erfolgt bei diesen Reaktionsbedingungen in Gleichgewichtslage nur zu 25 %. In dem beschriebenen Reaktor 2 werden anhand einer Eduktzu- führvorrichtung 12 Edukte, insbesondere gasförmige Edukte, beispielsweise die bereits genannten Kohlendioxid und Wasser¬ stoff dem Reaktor zugeführt. In diesem Fall erfolgt die Zu¬ führung in den Sorptionsraum 8, eine Zuführung in den Reakti- onsraum 4, wie es beispielsweise in Figur 3 dargestellt ist, ist ebenfalls für alle dargestellten Figuren und Ausführungs¬ beispiele zweckmäßig. Der Sorptionsraum 8 ist durch ein Ele¬ ment 16, 18 von einem Reaktionsraum 4 getrennt. Das Element 16 ist in der Form ausgestaltet, dass es gegenüber Tropfen eines Sorptionsmittels 10 unzulässig ist. Dabei handelt es sich bei dem Material des Elementes 16 beispielsweise um eine Textilie, insbesondere einer Textilie mit einem Metallgewebe, wie Maschendraht, Gaze oder um ein Streckenmetall. Andere Fa- sergewebe, wie beispielsweise Aramidfaser oder andere hoch¬ temperaturbeständige Fasern wären als Grundbestandteil des Elementes 16 ebenfalls zweckmäßig. Das Element 16 weist
Durchgangsöffnungen bzw. offene Poren oder Maschen auf, die für sich genommen gasdurchlässig sind, jedoch die Flüssig¬ keitstropfen des Sorptionsmittels 10 abhalten. Eine typische Maschenweite bzw. Durchgangsöffnungsweite liegt dabei je nach Beschaffenheit des Sorptionsmittels 10 bei weniger als 100 ym. Bevorzugt liegt die Durchgangsöffnungsweite bei weniger als 10 ym bzw. bei weniger als 5 ym. Unter Beschaffenheit des Sorptionsmittels 10 ist insbesondere dessen Benetzungswinkel gegenüber dem Material des Elements und dessen Viskosität zu verstehen . In dem Reaktionsraum 4 ist ein Katalysator 6 angeordnet, zudem befindet sich im Reaktionsraum 4 gegebenenfalls noch eine Rührvorrichtung 30. Der Katalysator kann beispielsweise in Körben aufgehängt sein oder als gasdurchlässige Schüttung vorliegen. Das Katalysatormaterial ist so gewählt, dass es die Reaktion, in diesem Fall die Reaktion zwischen Kohlendioxid und Wasserstoff beschleunigt, wobei es eine besonders große Oberfläche aufweist. Der Gleichgewichtszustand an sich lässt sich durch das Katalysatormaterial nicht beeinflussen. Es ist jedoch zweckmäßig, dass durch eine bestimmte Strömung, auf die noch im Weiteren eingegangen wird, oder durch Rührbewegungen oder durch eine Kombination dieser Maßnahme gasförmige Reaktionsprodukte 25 von der Katalysatoroberfläche weg bewegt werden und durch das Element 16 vom Reaktionsraum 4 in den Sorptionsraum 8 gelangen. Dort werden die Produkte von Tröpfchen des Sorptionsmittels 10 aufgenommen. Die so belade- nen Tröpfchen des Sorptionsmittels 10 sinken im Sorptionsraum 8 ab und werden in einem unteren Bereich 21 des Reaktors 2 in einer Sorptionsmittelsammelzone 24 aufgefangen. Das so aufge¬ fangene Sorptionsmittel 10 wird der Sorptionsmittelsammelzone 24 entnommen und einer Produktabscheidevorrichtung 26 zugeführt. Die Produktabscheidevorrichtung 26 ist in Form eines Phasenabscheiders 27 ausgestaltet, in dem das Reaktionspro¬ dukt 25 vom Sorptionsmittel 10 getrennt und abgeführt wird. Das vom Reaktionsprodukt 25 entladene Sorptionsmittel 10 wird durch eine Sorptionsmittelfördervorrichtung 28 vom Phasenabscheider 27 ausgeleitet und in einen oberen Bereich 20 des Reaktors 2 zu einer Sorptionsmittelzuführvorrichtung 14 ge- fördert. Die Sorptionsmittelzuführvorrichtung 14 dient dazu, das Sorptionsmittel 10 in den Reaktor 2, genauer in den Sorptionsraum 8 einzubringen. Dies erfolgt beispielsweise durch eine Sprühvernebelung . Auf diese Art und Weise werden mög¬ lichst kleine Sorptionsmitteltröpfchen erzeugt, die besonders gut durch vorteilhaftes Volumenoberflächenverhältnis die
Reaktionsprodukte 25 aufnehmen können. Sorptionsmittel können in Form einer wässrigen Lösung, eines Öles oder ionischen Flüssigkeiten auftreten. In Figur 2 ist eine analoge Darstellung eines Reaktors 2 aus Figur 1 gegeben, hier wird jedoch noch die Gasführung der Reaktionsprodukte 25 und Edukte genauer beschrieben. Die Pfeile 33, die den gesamtheitlichen Gasstrom im Reaktor 2 darstellen, stehen für die Bewegung der Edukte und der Reak- tionsprodukte 25. Hierbei ist eine Ansaugvorrichtung 29 vor¬ gesehen, die Teil einer Rührvorrichtung 30 ist. Die Rührvorrichtung 30 wiederum weist eine hohle Rührwelle 31 auf, die als Strömungskanal 32 für den Gasstrom 33 dient. Edukte wer¬ den dabei in gasförmiger Form von der Ansaugvorrichtung 29 angesaugt, in den Strömungskanal 32 eingesaugt und an Rühr¬ blättern 34 der Rührvorrichtung 30 wieder im Reaktionsraum abgegeben. An dieser Stelle sind die Edukte nahe am Katalysa¬ tor 6 und können an dessen Oberfläche gemäß der beschriebenen Reaktion zu Reaktionsprodukten 25 reagieren. Reaktionsproduk- te 25 und die beschriebenen Reaktionsedukte werden als Ge¬ misch mit wechselnder Zusammensetzungen wieder entlang des Reaktionsstromes 33 durch das Element 16, das hier auch in Form eines Metallnetzes 19 ausgestaltet ist, durch die Durch¬ gangsöffnungen 18 dieses Metallnetzes 19 in den Sorptionsraum 8 geleitet. Dort treffen die Reaktionsprodukte 25 als Be¬ standteil des Gasstroms 33 auf die Tröpfchen des Sorptions¬ mittels 10 und werden von diesen sorbiert. Die Edukte, die nicht von dem Sorptionsmittel sorbiert werden, werden wiede- rum entlang der dargestellten Pfeile 33 von der Ansaugvorrichtung 29 angesaugt und wieder, wie beschrieben, über die Rührvorrichtung 30 in den Sorptionsraum 4 geleitet. In Figur 3 ist ein analoger Reaktor 2 wie in Figur 1 dargestellt, dieser unterscheidet sich von dem Reaktor in Figur 1 jedoch darin, dass anstatt eines textilen Elementes 16 eine Membran 17 die Trennung zwischen Reaktionsraum 4 und Sorptionsraum 8 gewährleistet. Diese Membran weist in einer vor- teilhaften Ausgestaltung eine hohe Selektivität und eine hohe Permeabilität für die Reaktionsprodukte 25 auf. Auf diese Weise werden Produkte aus dem Gleichgewicht abgezogen, ohne die Edukte aus der Reaktionskammer zu entfernen. Je nach Selektivität und Permeabilität können selbstverständlich auch Edukte und Reaktionsprodukte gemeinsam durch die Membran dif¬ fundieren, in diesem Fall ist es zweckmäßig, analog der Figur 2, eine Ansaugvorrichtung 29 zu installieren, die einen
Gasstrom 33 analog wie in Figur 2, gewährleistet. Ist eines der Edukte Wasserstoff, so besteht die Gefahr, dass der Was- serstoff schneller als die Reaktionsprodukte 25 durch die
Membran diffundiert. In diesem Fall werden die Produkte 25 im Sorptionsraum 8 durch Einlösen in die Sorptionsflüssigkeit 10 vom Wasserstoff getrennt. Dieser weist in diesem Fall eine niedrigere Löslichkeit in dem Sorptionsmittel 10 auf. Auf diese Art und Weise ist der Partialdruck des Wasserstoffs im Sorptionsraum 8 erhöht, so dass sich ein Gleichgewicht zwi¬ schen dem Wasserstoffgehalt im Reaktionsraum 4 und im Sorpti¬ onsraum 8 einstellt, wodurch die Diffusion des Wasserstoffes vom Reaktionsraum in den Sorptionsraum zum Stillstand ge- langt.

Claims

Patentansprüche
1. Reaktor zur Durchführung von gleichgewichtslimitierten Reaktionen, umfassend einen Reaktionsraum (4), zur Auf- nähme eines Katalysators (6) und ferner umfassend einen
Sorptionsraum, geeignet zur Aufnahme eines Sorptionsmit¬ tels (10), sowie eine Eduktzuführvorrichtung (12) und eine Sorptionsmittelzuführvorrichtung (14), dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktionsraum (4) und der Sorptions- räum durch ein gasdurchlässiges, Flüssigkeitstropfen oder
Partikel des Sorptionsmittels (10) zurückweisendes Ele¬ ment (16) getrennt ist.
2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
Element (16) Durchgangsöffnungen (18) aufweist, die einen
Durchmesser von weniger als 100 ym, bevorzugt weniger als 10 ym, besonders bevorzugt weniger als 5 ym aufweisen.
3. Reaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (16) in Form einer Textilie ausgestaltet ist .
4. Reaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Textilie metallische Fasern umfasst.
5. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (16) in Form eines Me¬ tallnetzes (19), Metallgaze oder eines Streckmetalls aus¬ gestaltet ist.
6. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (16) eine Membran umfasst.
7. Reaktor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass in einem oberen Bereich (20) des Reak¬ tors (4) die Sorptionsmittelzuführvorrichtung (14) vorgesehen ist und dass in einem unteren Bereich eine Sorpti- onsmittelabflussvorrichtung (22) vorgesehen ist.
8. Reaktor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Flüssigkeitstropfen abweisende Wirkung des Elements (16) vom oberen Bereich (20) zum unteren Bereich (21) ab- nimmt.
9. Reaktor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass im unteren Bereich (21) des Reaktors (2) eine Sorptionsmittel-Sammelzone (24 ) angeordnet ist.
10. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Produktabscheidevorrichtung
(26) vorgesehen ist, die außerhalb des Reaktionsraumes (4) und außerhalb des Sorptionsraums (8) vorgesehen ist.
11. Reaktor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Produktabscheidevorrichtung (26) in Form eines Phasenabscheiders (27) zur Trennung von Reaktionsprodukten und Sorptionsmittel (10) ausgestaltet ist.
12. Reaktor nach Anspruch 7 und 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Produktabscheidevorrichtung (26) und der Sorptionsmittelzuführvorrichtung (14) eine Sorptionsmittelfördervorrichtung (28) vorgesehen ist.
13. Reaktor nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass im oberen Bereich eine Ansaugvorrichtung (29) zur Umwälzung einer Gasphase vom Sorptionsraum (8) in den Reaktionsraum (4) vorgesehen ist.
14. Reaktor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugvorrichtung (29) in eine Rührvorrichtung (30) zumindest teilweise integriert ist und eine Rührwelle (31) einen Strömungskanal (32) der Ansaugvorrichtung (29)bildet.
Verfahren zum Betreiben einer gleichgewichtslimitierten Reaktion, wobei in einen Sorptionsraum (8) eines Reaktors (2) gasförmige Reaktionsedukte (5) und ein flüssiges Sorptionsmittel (10) eingebracht werden, wobei ferner ein Reaktionsraum (4) vorgesehen ist, in dem ein Katalysator
(6) angeordnet ist und die gasförmigen Reaktionsprodukte (5) durch ein Element (16), durch das der Reaktionsraum
(4) vom Sorptionsraum ( 8 ) abgetrennt wird, hindurch strömen, wobei gleichzeitig das Eindringen des flüssigen Sorptionsmittels (10) in den Reaktionsraum (8) durch das Element (16) verhindert wird.
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