EP3638620A1 - Soot avoidance and/or soot reduction process and assembly - Google Patents

Soot avoidance and/or soot reduction process and assembly

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EP3638620A1
EP3638620A1 EP18730971.1A EP18730971A EP3638620A1 EP 3638620 A1 EP3638620 A1 EP 3638620A1 EP 18730971 A EP18730971 A EP 18730971A EP 3638620 A1 EP3638620 A1 EP 3638620A1
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EP
European Patent Office
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gas
soot
electrolysis
hydrogen
synthesis gas
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Pending
Application number
EP18730971.1A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Dietmar Rüger
Carl Berninghausen
Christian Klahn
Sebastian Becker
Robert Blumentritt
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SunFire GmbH
Original Assignee
SunFire GmbH
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Publication date
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry

Definitions

  • the invention relates to a Rußvermeidungs- and / or Rußverminderungs vide for
  • Soot avoidance and / or soot reduction arrangement Soot avoidance and / or soot reduction arrangement.
  • soot solid carbon
  • the formed soot settles on the heat exchanger surface and there leads to a deterioration of the heat transfer and to a blockage of the flow channels.
  • Dirty heat exchanger surfaces reduce the proportion of heat that can be recovered and used from gas cooling. Clogged flow channels increase the
  • the heat exchanger's construction material (carbide formation) can do that to one
  • heat exchanger includes here also pipelines in which the CO-containing gas cools due to insufficient thermal insulation, which also can form soot.
  • heat exchangers in the sense of this disclosure can also be recuperators and the like.
  • the technical field is the cooling of hot, CO-containing gases after their
  • the invention is concerned with how the formation of soot during gas cooling can be suppressed or prevented and how yet formed soot can be removed again from the heat exchanger surface.
  • FIG. 9 shows the state point of a synthesis gas, in order to illustrate the thermodynamic soot formation conditions.
  • the composition of a (synthesis) gas whose individual gases consist only of the components C, O 2 and H 2 , in the C-0 2 -H 2 -Standsdiagramm as a point (point 1) with the coordinates C, 0 2 and H 2 are shown.
  • Gas mixture has reached the limit of absorption capacity of carbon can be represented as an isotherm (soot limit at the corresponding temperature).
  • soot is temperature and pressure dependent as shown in Figures 10 and 11.
  • Fig. 10 shows the synthesis gas composition of an RWGS process as a function of equilibrium temperature at a pressure of 1 bar for a H 2 -CO molar ratio of 2
  • Fig. 11 shows the synthesis gas composition of an RWGS process as a function of equilibrium temperature at a pressure of 10 bar also for a H 2 -CO molar ratio of 2.
  • soot formation during the electrolysis of carbon dioxide in a solid oxide electro-lysing cell can lead to deposits on the electrolysis cells and clogging of the membranes, ultimately stopping the operation of the electrolysis.
  • the synthesis gas 1 in Fig. 9 should have been generated at 950 ° C and 1 bar.
  • the soot limit of 950 ° C lies to the left of point 1. This means that the gas is outside the soot area under these conditions.
  • Reactor outlet temperature is controlled procedurally.
  • the soot limit in the C-0 2 -H 2 diagram applicable for each cooling (inter-) temperature shifts to the right. At about 570 ° C point 1 enters the soot area, assuming the thermodynamic equilibrium state, and remains in this area during further cooling.
  • Fig. 12 shows the course of the carbon activities of reactions R1, R2 and R3 starting from gas 1 (analogous to point 1 at 950 ° C). It is purely thermodynamic to assume soot formation in carbon activities of the single reactions of ac £ 1, with the driving force increasing to higher values a c . At a c ⁇ 1, the reverse reaction is thermodynamically favored.
  • reaction R3 A qualitative statement on the basis of the carbon activities, from which temperature carbon black is formed during the gas cooling, is only possible under the assumption that eg reaction R3 is kinetically strongly inhibited.
  • a first soot formation is ideally carried out only from about 680 ° C by reaction R1, wherein resulting carbon black can be consumed by reaction R2 until it forms thermodynamically soot at temperatures less than 630 ° C.
  • This approach differs from the C-02 H 2 diagram (soot formation ⁇ 570 ° C), in which, as in a chemical reactor, all reactants are in thermodynamic equilibrium at all temperatures, but also has the disadvantage that the complex reaction system and the mutual influence of the reactions is disregarded.
  • Heat exchanger accumulates on the heat exchanger surface and in the flow channels and leads to problems there. Below 350-400 ° C is known to hardly form carbon black at the usual residence times.
  • Natural gas as e.g. is also offered by Uhde and Linde
  • the cooling of the synthesis gas is generally carried out by quenching with WasserAdampf or cooled and recirculated synthesis gas.
  • the problem of soot formation during the Cooling of the synthesis gas is just not described in the prior art of the production of CO-containing gases by gasification and reforming.
  • the applicant's EP 20 49 232 B1 describes a method with the aim of recycling the combustion products carbon dioxide and water, as they occur in the exhaust gases from combustion processes or in the environment, into renewable synthetic fuels and fuels by electrical energy , which was not generated with the help of fossil fuels, but renewable.
  • the technical problem is solved by separating the chemically bound in the combustion process of carbon and hydrogen oxygen from the products of combustion carbon dioxide and water with the introduction of electrical energy, which was primarily using renewable energy sources, but not with the help of fossil fuels produced by according to the invention by electrolysis of water, or preferably steam,
  • the recuperative preheating of the carbon dioxide-hydrogen mixture and its further heating takes place by supplying electrical energy in the presence of catalysts.
  • the water used in the gas and product cooling is to be used together with external water for the direct cooling of the synthesis crude gas and the synthesis processes to vaporize it and to split the steam into electrolysis into hydrogen and oxygen.
  • Condition point 2 only at a temperature ⁇ 300 ° C in the soot area. Due to the very slow kinetics of the soot formation reactions (R1, R2 and R3) at this temperature level, no soot would be likely to form.
  • the water vapor participates in the gas conversion reactions in the RWGS process and alters the gas composition, which also leads to a change in the H 2 -CO molar ratio.
  • the amount of H 2 feed gas must be reduced.
  • the resulting gas composition shows point 3, which reaches the soot area at about 300 ° C.
  • the price of water vapor mixing during gas production is a higher C0 2 content in the product gas.
  • the document WO 2011 133 264 A1 discloses a method / arrangement for the electrochemical reduction of carbon dioxide to the product carbon monoxide at the cathode and supply of a reducing agent to rinse the anode.
  • a reducing agent eg hydrocarbons
  • On the anode side is achieved by the oxidation of the reducing agent (eg hydrocarbons) an efficiency-increasing reduction of the oxygen partial pressure and the heating of the apparatus.
  • the feed streams are heated recuperatively against the product streams.
  • the invention further comprises the additional supply of steam to produce a synthesis gas.
  • the publication WO 2013 131 778 A2 discloses a method / arrangement for producing high-purity carbon monoxide (> 90% by volume) by electrolysis of carbon dioxide, consisting of SOEC stack ( ⁇ 80% conversion) and a special gas separation unit.
  • Other features here are the recirculation of (C0 2 / CO), the C0 2 purging of anode and / or stack housing, cleaning Feed-C0 2 and the pressure increase upstream of the gas separation unit.
  • carbon deposits on the tube wall of the nickel-based material can form behind the stack during the cooling of the CO 2 / CO mixture, which can lead to damage of the material by metal dusting.
  • Document WO 2014 154 253 A1 goes deeper into the recuperative preheating of the feed gases compared to the above-mentioned method / arrangement and proposes further measures for avoiding the formation of carbon deposits and metal dusting in the system, namely quenching with inert gas (C0 2 or N 2 ) to 400-600 ° C to avoid metaldusting, then recuperation for efficiency and further H 2 S admixture in feed and / or downstream, to avoid soot formation in the system (50 ppb ... 2 ppm).
  • inert gas C0 2 or N 2
  • Fig. 14 which illustrates the state points of synthesis gases from co-electrolysis at different H 2 O / C0 2 conversions
  • point 1 shows the feed gas mixture C0 2 and water vapor
  • point 2 the product gas compositions for 80% conversion.
  • State point 3 reached. This point reaches the soot area at a temperature of 550 ° C during gas cooling.
  • a reduction in sales also results in an increase in the C0 2 content in the product gas and thus gas deterioration.
  • oxygen-containing gas in a multi-stage cascade comprising at least one of catalytic autothermal reforming and / or catalytic partial oxidation, wherein each stage of the cascade is supplied with oxygen-containing gas and hydrocarbon feed gas respectively converted to hydrogen-containing process gas and in series all subsequent Cascade goes through.
  • it is a two-stage series circuit comprising in the first stage an allothermal steam methane reformer, and in the second stage a catalytic autothermal reformer, wherein the second stage, the hydrogen-containing process gas of the first stage is fed and additionally hydrocarbon feed gas, steam and oxygen-containing gas is fed, wherein the catalytic autothermal reformer is fed at most 1, 5 times the amount of O 2 , which corresponds to the amount of H 2 , which is formed in the allothermal steam methane reformer, and the hydrocarbon-containing feed gas and the oxygen-containing gas separated be fed from each other via devices that protrude at different levels with different orientation in the last catalytic autothermal reforming stage, wherein the
  • oxygen-containing gas is introduced via at least one separate feed secantially to the center of the circular reactor above the catalyst bed, and the
  • hydrocarbon-containing feed gas is preferably fed axially at the top of the reactor.
  • Water vapor is a necessary reaction partner of methane for the formation of CO and H 2 in this process.
  • additional hydrogen can be generated from the CO formed:
  • the heat required for the reformation reaction can be supplied externally (allothermic) or by partial oxidation of CH 4 and / or H 2 and / or CO with an oxygen-containing oxidant in the process itself (autothermic).
  • introduced water vapor streams 3b, 3c, 3d are correct to the respectively before the other reforming stages 1 b, 1 c and 1 d necessary amount of steam to continue the running in these stages reforming reactions.
  • No additional amount of water vapor is introduced at the end of all process stages in order to suppress or avoid soot formation during gas cooling.
  • the amounts of hydrogen 6a, 6b and 6c introduced into the process stages 1b, 1c and 1c are the amount of hydrogen produced in the preceding process stages and not an additional amount of hydrogen introduced before or at the end of the overall process, which is the formation of soot upon cooling to suppress or prevent the generated gas.
  • WO 2010/020358 A2 is the soot in the production of synthesis gas from hydrocarbon-containing gases by multi-stage allothermic or autothermal steam reforming, in which the supplied water vapor necessary reaction gas and the subsequent process stages supplied hydrogen is produced product and no additional Water vapor or hydrogen for soot prevention and soot suppression is supplied. Since it continues to be the gas generation and not the gas cooling process, the disclosure according to the document
  • WO 2010/020358 A2 with respect to the present invention does not oppose.
  • an electrolysis method with an electrolytic cell using at least one recirculating flushing medium is known.
  • this document relates to an electrolysis device.
  • water vapor and / or carbon dioxide are decomposed electrolytically into hydrogen, carbon monoxide and oxygen.
  • the product gas H 2 / CO is removed from the cathode compartment by means of purge gas (50) and separated into product gas H 2 / CO, purge gas (50) or purge gas-product gas mixture (50 + H 2 / CO) in the gas separation device located behind the electrolysis ,
  • Product gases H 2 / CO are recycled, added to the reactant gas stream before the electrolysis and again as a cathode purge gas for the removal of the electrolysis products H 2 / CO the
  • the purge gas (50) is inert to the
  • the rinsing of the cathode side can also be done by the unreacted portion of the supplied reactant gas (C0 2 / H 2 0), which can also be recycled after gas separation.
  • the document WO 2015/185039 A1 is thus concerned with the provision and the effective use of cathode and anode scavenging gas by the use of a gas separation device downstream of the electrolysis and recycling and reintroduction of the separated purge gas stream as purge gas in the electrolysis.
  • the purge gas does not necessarily have to be H 2 or H 2 O on the cathode side. It must be only inert to CO and H 2 on the cathode side.
  • the document WO 2015/185039 A1 does not therefore relate to soot avoidance or
  • the publication DE 42 35 125 A1 proposes a process for the production of synthesis gas and an apparatus for carrying out this process.
  • synthesis gas fossil materials, such as. As coal or natural gas, as starting materials. This contributes to a further shortage of raw material reserves as well as to an increase in C0 2 emissions.
  • the process of the invention is
  • the carbon dioxide is in particular from the atmosphere or from non-fossil emissions such. B.
  • the publication WO 2014/097142 A1 describes a process for the parallel production of hydrogen, carbon monoxide and a carbon-containing product which is characterized in that one or more hydrocarbons are thermally decomposed and at least part of the resulting pyrolysis gas from the reaction zone of the
  • Carbon dioxide is converted to a carbon monoxide and hydrogen-containing gas mixture, a synthesis gas.
  • the hydrogen is not additionally mixed in the generated synthesis gas in order to avoid the formation of soot in the gas cooling, but serves to set the desired H 2 : CO molar ratio in the finished synthesis gas.
  • the addition of hydrogen-containing gas mixture from the pyrolysis directly into the gas stream after the RWGS process reduces the generatable in the RWGS-level amount of CO, since heat and H 2 is missing for the chemical conversion of C0 2, corresponding to
  • the formed soot settles on the heat exchanger surface and there leads to a deterioration of the heat transfer and to a blockage of the flow channels.
  • Especially the danger of blockage of the flow channels of the gas cooling sections is in large-scale systems such as gasification and reformer systems also because of there usually
  • Quenching is usually of little relevance, but increases as the system size declines (decentralized RWGS or C0 2 / Co electrolyzers).
  • Dirty heat exchanger surfaces reduce the proportion of heat that can be recovered and used from gas cooling.
  • the coating of the catalytically effective heat transfer surface e.g. with Ni / Sn, Cu, suppresses the catalyzed soot formation and is thus able to extend the operating time between two cleaning cycles.
  • the layer protects the construction material from metal dusting.
  • a protective layer can not completely prevent soot formation.
  • Synthesis gas stream achieved with water Possibly formed soot is usually discharged without problems with the excess quench water from the quencher and can be separated by filters from the water.
  • Inert gas quenching such as C0 2 or N 2 , degrades gas quality and would require expensive gas purification processes.
  • Heat exchanger given so that the flow rate increases and the adhering soot can be blown out. Due to the increased flow velocity, the pressure loss via the heat exchanger increases in part considerably. Especially in co-electrolysis with electrolysis cells based on SOC lead strong Pressure fluctuations to impermissibly high differential pressures across the electrolysis cells, which leads to the breakage and thus the destruction of the cells.
  • Knockers for Rußabbgraphy during operation of the system are problematic in that the heat exchangers are used at high gas temperatures 850 ... 950 ° C and a mechanical vibration stress in this temperature range leads to problems in the strength of the materials.
  • soot avoidance and / or Rußverminderungs vide for avoiding and / or reducing soot within a synthesis gas and / or CO-containing gas generating device from the feed gases carbon dioxide, water vapor, hydrogen and / or a hydrocarbon-containing residual gas and electric energy in RWGS processes, electrolysis for the electrochemical decomposition of carbon dioxide and / or water vapor, reforming processes and / or synthesis gas production processes with at least one gas generating unit, an electrolysis stack and / or a heater-reactor combination for carrying out a RWGS reaction, and at least one cooling line / recuperator for CO-containing Gas and / or synthesis gas,
  • an additional gas, liquid and / or gas mixture is added before being fed into the gas production in the feed gas stream and / or after gas production in the CO-containing gas / synthesis gas, wherein the additional gas, liquid and / or gas mixture is selected from:
  • Gas stream is mixed, wherein the hydrogen-rich gas when produced via the separate electrolysis process prior to interference recuperative against
  • soot avoidance and / or soot reduction method for preventing and / or reducing soot within a synthesis gas and / or CO containing gas producing apparatus from the feed gases is carbon dioxide, water vapor, hydrogen and / or a hydrocarbonaceous residual gas and electric power in RWGS processes , Electrolysis for electrochemical decomposition of carbon dioxide and / or water vapor, reforming processes and / or synthesis gas production processes with at least one gas generating unit, an electrolysis stack and / or a heater-reactor combination for performing a RWGS reaction, and at least one CO cooling / Rekuperator -containing gas and / or synthesis gas,
  • soot avoidance and / or soot reduction method for preventing and / or reducing soot within a synthesis gas and / or CO-containing gas producing apparatus from the feed gases is carbon dioxide, water vapor, hydrogen and / or a hydrocarbonaceous residual gas and electric power in RWGS processes , Electrolysis for electrochemical decomposition of carbon dioxide and / or water vapor, reforming processes and / or synthesis gas production processes with at least one gas generating unit, an electrolysis stack and / or a heater-reactor combination for performing a RWGS reaction, and at least one CO cooling / Rekuperator -containing gas and / or synthesis gas,
  • soot-avoidance and / or soot-reduction method is for
  • Cooling section / recuperator for CO-containing gas and / or synthesis gas Cooling section / recuperator for CO-containing gas and / or synthesis gas
  • hydrogen-rich gas for cooling the CO-rich gas stream, this hydrogen-rich gas being externally supplied or produced by separate C0 2 and H 2 0 electrolysis, and the hydrogen rich gas is mixed into the CO-rich gas stream, wherein the hydrogen-rich gas is recuperatively cooled against heated water vapor and / or C0 2 stream when prepared via the separate electrolysis process prior to mixing.
  • soot avoidance and / or Rußverminderungs vide for avoiding and / or reducing soot within a synthesis gas and / or CO-containing gas generating device from the feed gases carbon dioxide, water vapor, hydrogen and / or a hydrocarbon-containing residual gas and electric energy in RWGS- Processes, electrolysis for the electrochemical decomposition of carbon dioxide and / or water vapor, reforming processes and / or synthesis gas production processes with at least one gas generating unit, an electrolysis stack and / or a heater-reactor combination for performing a RWGS reaction, and at least one cooling line / recuperator for CO-containing gas and / or synthesis gas,
  • the soot-avoidance and / or soot-reducing arrangement in particular in conjunction with a soot-evisceration and / or soot-reduction method disclosed herein, on or within a synthesis gas and / or CO-containing gas generating device from the feed gases carbon dioxide, water vapor, hydrogen and / or a hydrocarbon-containing residual gas and electric energy in RWGS processes, electrolyses for the electrochemical decomposition of carbon dioxide and / or water vapor, reforming processes and / or synthesis gas production processes with at least one gas generation unit, an electrolysis stack and / or a heater-reactor combination for carrying out an RWGS reaction , and at least one cooling line / recuperator for CO-containing gas and / or synthesis gas,
  • Gas mixture supply is provided, whereby by this supply water vapor,
  • Hydrogen-rich gas from an external feed device hydrogen-rich gas from a separate C0 2 - and H 2 0 electrolysis and / or water are supplied.
  • Soot reduction and / or soot reduction by increasing the water vapor content in the generated gas :
  • Electric energy consisting of at least one gas generating unit, e.g. a co-electrolysis stack or a heater-reactor combination for carrying out the RWGS reaction, and a recuperative syngas cooling, it is proposed to suppress the soot formation during the gas cooling or possibly avoid, is proposed by admixing water vapor into the synthesis gas after gas production the
  • the Wasserzampfmischung can be done in two ways.
  • the first possibility is that the colder steam (about 150 ° C) is added directly to the approximately 600 ° C hot gas. That would be like a quench with gas. In this case, the product gas loses exergy, and in a recuperative preheating of the feed gases would their
  • the water vapor admixture to the product gas 1 produced may also be at 950 ° C, i. without prior intermediate cooling, immediately before the subsequent gas cooling.
  • any still occurring homogeneous gas reactions can be considered in the adjustment of the product gas composition, for example by varying the amounts of feed gas.
  • the water vapor has in the admixture after the actual gas generation only the task to reduce the formation of soot and suppress at best.
  • the energy content of the steam is not used. It is usually removed to the atmosphere in the final cooling of the gas. Soot reduction and / or soot reduction by H 2 excess
  • Membrane separation plant removed so that the synthesis gas has the desired H 2 -CO molar ratio.
  • the separated hydrogen is recycled by means of a compressor and mixed again with the feed gas stream or the synthesis gas stream.
  • the admixture of hydrogen to the feed gases of a RWGS process or a co-electrolysis shifts the gas toward the hydrogen corner and thus out of the soot area.
  • FIG. 15 the representation of the state points of a co-electrolysis process with H 2 - excess is shown.
  • the state diagram Fig. 15 shows the admixture of a H 2 -rich recycle gas (point 2) to a H 2 0-C0 2 feed gas stream (point 1) before co-electrolysis.
  • the electrolytic decomposition of the mixed gas (point 3) gives the gas after co-electrolysis (point 4).
  • the approximately 850 ° C hot gas at point 4 after co-electrolysis is cooled. Although it enters the soot area at a temperature ⁇ 300 ° C, it will not form soot during cooling due to the low kinetics of soot formation reactions at temperatures below 300 ° C.
  • a disadvantage of quenching with water is that the heat for the product gas cooling is not available, but must be dissipated as condensation heat at low temperatures.
  • Fig. 16 shows the representation of the state points of a co-electrolysis process with separate electrolyses and water quenching of the CO-rich synthesis gas. It shows the electrolytic decomposition of C0 2 (point 1) and H 2 0 (point 4) and the subsequent quenching with water.
  • Synthesis gas (item 6) mixed.
  • Fig. 17 is the representation of the state points of a co-electrolysis process with separate electrolysis and quenching of the CO-rich synthesis gas with cooled
  • Hydrogen shown It shows the quenching of the hot CO-containing gas with recuperatively cooled hydrogen.
  • the CO-containing gas formed (point 2) is quenched with cooled H 2 -rich gas (point 5).
  • the H 2 -rich gas (point 5) from the H 2 0-SOEC is previously cooled recuperative in a heat exchanger.
  • the resulting gas mixture (item 6) is cooled, and after the separation of the condensate, the finished synthesis gas is obtained (item 7).
  • Fig. 1 is a schematic representation of a procedural circuit of the RWGS
  • Figure 2 shows a possible procedural circuit of the co-electrolysis process.
  • Fig. 3 shows a RWGS process for the production of synthesis gas, in which to avoid
  • Soot formation after intercooling water vapor is mixed into the hot, to be cooled synthesis gas
  • Fig. 4 shows an RWGS process in which the steam is mixed before mixing into the
  • FIG. 5 shows a co-electrolysis process with steam mixing before gas cooling with preheating of the steam by process heat;
  • Figure 6 shows a co-electrolysis process with hydrogen surplus mode to avoid soot formation during gas cooling.
  • FIG. 7 shows an electrolysis process for the production of synthesis gas from water vapor and carbon dioxide with the aid of two separate electrolyses for water vapor and carbon dioxide in a first variant
  • Fig. 8 shows an electrolysis process for the production of synthesis gas from water vapor
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a procedural circuit of the RWGS process.
  • feed gases for the RWGS process are carbon dioxide C0 2 , hydrogen H 2 , possibly residual gases from a Fischer Tropsch synthesis SPG, which unreacted
  • Synthesis gas components contains carbon monoxide and hydrogen and carbon dioxide and low hydrocarbons, and water vapor H 2 Og used.
  • the feed gas mixture 1 is called in the recuperator 2 against the approximately 900 to 950 ° C.
  • Preheated synthesis gas stream 6 and then fed as stream 3 to the electric power operated heater 4.
  • the gas mixture 3 is further heated and thereby fed so much heat that in the subsequent catalytic reactor 5, the endothermic reverse water gas shift reaction (RWGS reaction)
  • the about 900 to 950 ° C hot synthesis gas 6 is recuperatively cooled in the heat exchanger 2 against the heated feed gas 1 and then in operated with cooling water end cooler 7. During the cooling of the synthesis gas, water of reaction can condense out. The condensate 8 is discharged from the process.
  • the synthesis gas stream 6 is cooled less, which must be compensated by the final cooler 7.
  • the deposited in the heat exchanger 2 soot also clogs the gas channels in the heat exchanger.
  • the thus increasing flow pressure loss is measured by the differential pressure measurement 9 and must be compensated by a higher pressure of the supplied feed gas streams C0 2 , H 2 , SPG and H 2 Og. If this is not possible, the total quantity of feed gas must be reduced, which ultimately leads to a reduction in the output of the RWGS plant.
  • Fig. 2 shows a possible procedural circuit of the co-electrolysis process of the prior art.
  • the feed gases carbon dioxide C0 2 and water vapor H 2 Og are mixed and recuperatively cooled as gas mixture 100 in the heat exchanger 101 against the hot
  • Synthesis gas 107 preheated as far as possible.
  • the electrolytic decomposition is not complete and the synthesis gas 107 leaving the stack 105 is largely in chemical equilibrium, so that in the
  • the synthesis gas 107 which has a temperature of approximately 850 ° C., is first recuperatively cooled in the heat exchanger 101 against the feed gas mixture 100 to be heated and then in the final cooler 108 operated with cooling water. The resulting in the cooling by condensation of the residual steam in the synthesis gas condensate 109 is discharged from the process.
  • the cooled syngas SYG is supplied for subsequent use.
  • the electrolytically separated in the electrolysis stack 105 oxygen is on the anode side of the stack of purge air air preheated in the recuperator 201 against the cooled oxygen-air mixture 110 and then reheated in the electric heater 203 to about 850 ° C, removed and after cooling discharged in the recuperator 201 as exhaust gas EXG to the atmosphere.
  • the gas During the cooling of the synthesis gas 107 in the heat exchanger 101, the gas enters the soot area and soot is produced.
  • Electrolysis stacks 105 which can lead to breakage of individual cells and thus to performance losses and total failure of the co-electrolysis system.
  • Fig. 3 shows a RWGS process for the production of synthesis gas, in which, to avoid soot formation after an intermediate cooling water vapor H 2 0g.2 is mixed in the hot, to be cooled synthesis gas (Wasserdampfzumischung before the
  • Synthesis gas cooling without steam preheating (RWGS)
  • the steam comes from an external source and is in this variant before interference in the hot
  • the approximately 900 to 950 ° C hot synthesis gas 6 is first cooled in the recuperator 2.2 to a temperature of about 600 to 650 ° C.
  • the temperature of the intermediate cooling may only be so low that the state point of the cooled
  • Synthesis gas in the state diagram (Fig. 13) is still outside the Ruß meanses at the appropriate cooling temperature. So that no soot is still formed in the heat exchanger 2.2.
  • water vapor H 2 0g.2 is mixed in from an external source. Due to the water vapor mixing, the state point of the
  • Synthesis gas in the state diagram (Fig. 13) in the direction of water shifted in the direction of water shifted.
  • the synthesis gas-water vapor mixture 11 reaches the soot area, preferably at lower temperatures, where the kinetics no longer allow soot formation.
  • the resulting amount of condensate 8 is higher than in the prior art due to the Wasserdampfzumischung.
  • the water vapor mixture in the synthesis gas to be cooled is also without
  • Electric heater 4 thus needs more electric power to be used to the same
  • Fig. 4 therefore shows an RWGS process in which the steam is preheated by process heat before mixing into the intercooled synthesis gas and thus the exergy loss due to the steam mixture is lower (steam admixing before synthesis gas cooling with steam preheating (RWGS)).
  • the approximately 900 to 950 ° C hot synthesis gas stream 6 is first recooled as in the process Fig. 3 recuperative against the heated feed gas mixture in the heat exchanger 2.2 to about 600 to 650 ° C.
  • water vapor H 2 0g.2 is mixed from external sources, which was previously preheated in the recuperator 2.3 against the partial stream 12.2 of the synthesis gas - steam mixture 11.
  • the other partial stream 12.1 of the synthesis gas-steam mixture 11 is used for the first preheating stage of the feed gas mixture 1 in the heat exchanger 2.1.
  • recuperative cooled synthesis gas streams 13.1 and 13.2 are in the
  • Cooling chillers 7.1 and 7.2 cooled against cooling water to the desired final temperature.
  • the condensate streams 8.1 and 8.2 are removed from the process.
  • the water vapor mixture in the synthesis gas to be cooled can also be carried out without intermediate cooling of the synthesis gas before the steam mixture.
  • the steam mixture in the synthesis gas to be cooled to prevent soot formation during cooling is also in a co-electrolysis process for the production of
  • Fig. 5 shows a co-electrolysis process with steam mixing before the gas cooling with preheating of the steam by process heat (Wasserdampfzumischung before the
  • the approximately 850 ° C hot synthesis gas 107 is first cooled in the heat exchanger 101.2 to about 650 to 700 ° C. At this temperature, the gas mixture is not yet in the Ruß.
  • steam H 2 Og.2 is mixed from an external source, which was preheated in the heat exchanger 101.3 against a partial stream 114.2 of the steam-synthesis gas mixture 113.
  • the state point of the gas mixture 113 shifts in the direction of water and, during the further cooling in the heat exchangers 101. 1 and 101. 3, only reaches the soot area at a lower temperature. At this temperature, due to the kinetics of the soot formation reactions R1 and R2 and the short residence time of the gas mixture in the heat exchanger no soot is expected.
  • the second partial stream 114.1 of the steam-synthesis gas mixture 113 is used for the recuperative preheating of the feed gas mixture 100 in the heat exchanger 101.1.
  • the recuperatively cooled synthesis gas streams 115.1 and 115.2 are in the
  • control valve 117 In the control valve 117, the cooled synthesis gas streams 116.1 and 116.2 are combined again into the total flow SYG.
  • the water vapor mixture in the synthesis gas to be cooled is also without
  • Fig. 6 shows a co-electrolysis process with hydrogen excess mode for
  • the separated hydrogen 118 is typically depressurized by the gas separation device 119 and the synthesis gas is supplied to a synthesis which is operated under pressure
  • the total gas stream 116 is increased in pressure prior to gas separation with the compressor 120.
  • the compressor 120 may also be in the separated hydrogen stream 118.
  • Synthesis gas flow SYG measured H 2 - and CO concentrations is used, the control valve 123, which leads a bypass flow 124 to the gas separation device 119.
  • Fig. 7 is an electrolysis process for the production of synthesis gas from water vapor and carbon dioxide by means of two separate electrolyses for water vapor and
  • Carbon dioxide shown (separate H 2 0 and C0 2 electrolysis and quenching of CO rich gas with water).
  • the CO-containing product stream from the C0 2 electrolysis is quenched with water and thus rapidly cooled, which suppresses or prevents soot formation during cooling.
  • Carbon dioxide C0 2 is preheated in the heat exchanger 101.3 against the partial flow 126.2 of the hot oxygen-air mixture 110 and then heated in the electric heater 103.2 to an inlet temperature of about 850 ° C in the stack 105.2.
  • the hot carbon dioxide 104.2 is decomposed by means of electric energy 106.2 into carbon monoxide and oxygen.
  • the decomposition of the C0 2 is not complete, so that in the exiting gas 107.2 after the stack 105.2 in addition to CO still C0 2 is included.
  • the about 850 ° C hot CO-C0 2 mixture 107.2 is cooled in the quencher 127 by injecting water 128 shock. The rapid cooling prevents soot formation. If, however, little soot is formed, it is washed out of the gas by the atomized water and ends up in the quench 127 of the quench, from where it is separated as
  • Mud water 129 withdrawn and fed to a further treatment.
  • the quench water also accumulating in the sump passes through an overflow in the subsequent cooler 130.
  • a partial flow of the cooled water 131 is recirculated by means of the pump 132 and fed as quench water 128 to the quencher 127 again.
  • a portion of the water is discharged as wastewater ABW.
  • the additional water H 2 Of serves to compensate for water losses in Quenchingernikank.
  • the steam H 2 Og is preheated in the heat exchanger 101.1 against the hot, to be cooled H 2 - H 2 0 mixture 107.1 and then preheated by means of the electric heater 103.1 to inlet temperature of about 850 ° C in the stack 105.1.
  • the electrolytic decomposition of the hot water vapor 104.1 into hydrogen and oxygen takes place with the aid of electric energy 106.1.
  • the decomposition of the water vapor is not complete, so that in the exiting gas 107.1 after the stack 105.1 next to hydrogen nor water vapor is included.
  • the cooled in the heat exchanger 101.1 H 2 -H 2 0 mixture 133.1 is mixed with the cooled in quencher 127 CO-C0 2 mixture 133.2, which is saturated by quenching with water vapor, and fed as a gas mixture 134 operated with cooling water end cooler 108 , After final cooling, the finished synthesis gas SYG reaches the subsequent synthesis. The resulting in the cooling condensate 109 is discharged from the process.
  • the in the stacks 105.1 and 105.2 electrolytically split off from C0 2 and H 2 0 oxygen is scavenged air, in the heat exchanger 201 against the second partial flow 126.1 of about 850 ° C hot air-0 2 mixture 110, resulting from the Streams 110.1 and 110.2 composed of the stacks 105.1 and 105.2, preheated.
  • the purge air is divided into stacks 105.1 and 105.2 and heated in the electric heaters 203.1 and 203.2 to an inlet temperature of about 850 ° C.
  • exhaust gas air-0 2 mixture
  • control valve 123 temperature regulated 135.1, 135.2
  • Fig. 8 is an electrolysis process for the production of synthesis gas from water vapor and carbon dioxide by means of two separate electrolyses for water vapor and
  • Carbon dioxide (separate H 2 O and CQ 2 electrolysis and quenching of the CO containing gas with cold hydrogen).
  • the carbon monoxide-containing product stream from the C0 2 - electrolysis is quenched with cooled H 2 -rich gas from the H 2 0 electrolysis and thus cooled rapidly, which suppresses or prevents soot formation during cooling.
  • Carbon dioxide C0 2 is preheated in the heat exchanger 101.3 against the partial flow 126.2 of the hot exhaust gas 110 and then heated in the electric heater 103.2 to an inlet temperature of about 850 ° C in the stack 105.2.
  • the hot carbon dioxide 104.2 is decomposed by means of electric energy 106.2 into carbon monoxide and oxygen.
  • the decomposition of the C0 2 is not complete, so that in the exiting gas 107.2 after the stack 105.2 in addition to CO still C0 2 is included.
  • the about 850 ° C hot CO-C0 2 mixture 107.2 is cooled in the gas quencher 136 by mixing cold H 2 -rich gas 137 shock. The rapid cooling prevents soot formation.
  • the steam H 2 Og is preheated in the heat exchanger 101.1 against the hot, to be cooled H 2 - H 2 0 mixture 107.1 and then preheated by means of the electric heater 103.1 to inlet temperature of about 850 ° C in the stack 105.1.
  • the electrolytic decomposition of the hot water vapor 104.1 into hydrogen and oxygen takes place with the aid of electric energy 106.1.
  • the decomposition of the water vapor is not complete, so that in the exiting gas 107.1 after the stack 105.1 next to hydrogen nor water vapor is included.
  • Condensate 109 is removed from the process.
  • the gas 139 is cooled in the second cooling cooler 108 operated with cooling water and finished
  • Synthesis gas SYG supplied to the subsequent synthesis process Synthesis gas SYG supplied to the subsequent synthesis process.
  • the split off in the stacks 105.1 and 105.2 electrolytically from C0 2 and H 2 0 oxygen is scavenged air, in the heat exchanger against the second partial flow 126.1 of about 850 ° C hot air-0 2 mixture 110 resulting from the streams 110.1 and 110.2 composed of the stacks 105.1 and 105.2, preheated.
  • the purge air is divided into stacks 105.1 and 105.2 and heated in the electric heaters 203.1 and 203.2 to an inlet temperature of about 850 ° C.
  • exhaust gas air-0 2 mixture
  • control valve 123 temperature regulated 135.1, 135.2
  • H 2 is hydrogen
  • gas separation co-electrolysis e.g., membrane

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Abstract

The invention relates to a soot avoidance and/or soot reduction process for avoidance and/or reduction of soot inside a synthesis gas and/or CO-containing gas production apparatus from the feed gases carbon dioxide, steam, hydrogen and/or a hydrocarbon-containing residual gas and electrical energy in RWGS processes, electrolyses for electrochemical decomposition of carbon dioxide and/or steam, reforming operations and/or synthesis gas production processes having at least one gas production unit, an electrolysis stack and/or a heater-reactor combination for performing an RWGS reaction and at least one cooling sector/recuperator for CO-containing gas and/or synthesis gas and to a soot avoidance and/or soot reduction assembly.

Description

Rußvermeidungs- und/oder Rußverminderungsverfahren sowie -anordnung  Soot avoidance and / or soot reduction method and arrangement
Die Erfindung betrifft ein Rußvermeidungs- und/oder Rußverminderungsverfahren zur The invention relates to a Rußvermeidungs- and / or Rußverminderungsverfahren for
Vermeidung und/oder Verminderung von Ruß innerhalb einer Synthesegas- und/oder CO- haltiges Gas-Erzeugungsvorrichtung aus den Feedgasen Kohlenstoffdioxid, Wasserdampf, Wasserstoff und/oder einem kohlenwasserstoffhaltigen Restgas und Elektroenergie in RWGS- Prozessen, Elektrolysen zur elektrochemischen Zerlegung von Kohlenstoffdioxid und/oder Wasserdampf, Reformierungsvorgängen und/oder Synthesegaserzeugungsprozessen mit wenigstens einer Gaserzeugungseinheit, einem Elektrolyse-Stack und/oder einer Heizer- Reaktor-Kombination zur Durchführung einer RWGS-Reaktion, und wenigstens einer Prevention and / or reduction of soot within a synthesis gas and / or CO-containing gas generating device from the feed gases carbon dioxide, water vapor, hydrogen and / or a hydrocarbon-containing residual gas and electric energy in RWGS processes, electrolysis for the electrochemical decomposition of carbon dioxide and / or Water vapor, reforming processes and / or synthesis gas production processes with at least one gas generating unit, an electrolysis stack and / or a heater-reactor combination for performing a RWGS reaction, and at least one
Abkühlstrecke / Rekuperator für CO-haltiges Gas und/oder Synthesegas, sowie eine Cooling section / recuperator for CO-containing gas and / or synthesis gas, as well as a
Rußvermeidungs- und/oder Rußverminderungsanordnung. Soot avoidance and / or soot reduction arrangement.
An dieser Stelle wird angemerkt, dass eine in Merkmalsaufzählungen aufgeführte„und/oder" - Verknüpfung auch für die unmittelbar dazugehörigen„ , " - Verknüpfungen gilt, bspw. die Merkmalsaufzählung "a, b, c und/oder d" soll als„a und/oder b und/oder c und/oder d" in dieser Offenbarung gedeutet werden.  It should be noted at this point that a "and / or" link listed in feature lists also applies to the directly associated "," links, for example the feature list "a, b, c and / or d" should be referred to as "a and / or b and / or c and / or d "in this disclosure.
Werden heiße, CO-haltige Gase in Wärmeübertragern abgekühlt, kann im Temperaturbereich von etwa 300 ... 800 °C, wenn die thermodynamischen und kinetischen Bedingungen gegeben sind, fester Kohlenstoff, sogenannter Ruß entstehen.  If hot, CO-containing gases are cooled in heat exchangers, solid carbon, so-called soot, can form in the temperature range of about 300 ... 800 ° C, given the thermodynamic and kinetic conditions.
Folgende chemischen Reaktionen sind hauptsächlich für die Rußbildung verantwortlich:  The following chemical reactions are mainly responsible for soot formation:
2 CO C02 + C ΔΗΚ= -172,5 kJ/mol R1 2 CO C0 2 + C ΔΗ Κ = -172.5 kJ / mol R1
H20 + C -132,0 kJ/mol R2 H 2 O + C -132.0 kJ / mol of R2
<~» H2 + C +74,9 kJ/mol R3 <~ »H 2 + C +74.9 kJ / mol R3
Der gebildete Ruß setzt sich an der Wärmeübertrageroberfläche ab und führt dort zu einer Verschlechterung des Wärmedurchgangs und zu einer Verstopfung der Strömungskanäle. Verschmutzte Wärmeübertrageroberflächen verringern den Anteil der aus der Gasabkühlung gewinn- und nutzbaren Wärme. Verstopfte Strömungskanäle erhöhen den  The formed soot settles on the heat exchanger surface and there leads to a deterioration of the heat transfer and to a blockage of the flow channels. Dirty heat exchanger surfaces reduce the proportion of heat that can be recovered and used from gas cooling. Clogged flow channels increase the
Strömungsdruckverlust und verringern die Gasdurchlässigkeit des Apparates, was durch höhere Verdichtung des Gases ausgeglichen werden muss. Beides führt somit zur Flow loss and reduce the gas permeability of the apparatus, which must be compensated by higher compression of the gas. Both thus leads to
Wirkungsgradverschlechterung und zu einer Verschlechterung der Wirtschaftlichkeit des Gesamtprozesses. Geht der Kohlenstoff eine chemische Verbindung mit dem Deterioration in efficiency and deterioration of the efficiency of the overall process. Does the carbon make a chemical connection with the
Konstruktionswerkstoff des Wärmeübertragers ein (Carbidbildung), kann das zu einer  The heat exchanger's construction material (carbide formation) can do that to one
Zerstörung des Wärmeübertragers führen (metal dusting). Der Begriff Wärmeübertrager schließt hier auch Rohrleitungen ein, in denen das CO-haltige Gas aufgrund unzureichender thermischer Isolierung abkühlt, wobei sich ebenfalls Ruß bilden kann. Allgemein können Wärmeüberträger im Sinne dieser Offenbarung auch Rekuperatoren und dgl. sein. Destruction of the heat exchanger (metal dusting). The term heat exchanger includes here also pipelines in which the CO-containing gas cools due to insufficient thermal insulation, which also can form soot. In general, heat exchangers in the sense of this disclosure can also be recuperators and the like.
Das technische Gebiet ist die Abkühlung von heißen, CO-haltigen Gasen nach deren The technical field is the cooling of hot, CO-containing gases after their
Erzeugung in Vergasungsanlagen, C02-Elektrolysen und Co-Elektrolysen, RWGS-Prozessen (reverse Watergas-Shift-Prozesse) und/oder Reformern, die mit Hilfe von bevorzugt regenerativ erzeugter Elektroenergie betrieben werden sowie die Synthesegaserzeugung. Die Erfindung befasst sich damit, wie die Rußbildung bei der Gasabkühlung unterdrückt bzw. verhindert werden kann und wie sich doch gebildeter Ruß von der Wärmeübertrageroberfläche wieder beseitigen lässt. Production in gasification plants, C0 2 electrolyses and co-electrolyses, RWGS processes (reverse water gas shift processes) and / or reformers, which are operated with the aid of preferably regeneratively generated electric energy and synthesis gas production. The invention is concerned with how the formation of soot during gas cooling can be suppressed or prevented and how yet formed soot can be removed again from the heat exchanger surface.
Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Anordnungen und Verfahren bezüglich der diesseitigen Offenbarung bekannt.  From the prior art, different arrangements and methods with respect to this disclosure are known.
Zur Bewertung der Rußbildungsgefahr wird zur Veranschaulichung der thermodynamischen Rußbildungsbedingungen auf die anliegende Abb. 9 verwiesen, die den Zustandspunkt eines Synthesegases zeigt. Die Zusammensetzung eines (Synthese )-Gases, deren Einzelgase nur aus den Komponenten C, 02 und H2 bestehen, kann im C-02-H2-Zustandsdiagramm als Punkt (Punkt 1 ) mit den Koordinaten C, 02 und H2 dargestellt werden. To assess the risk of soot formation, reference is made to the appended FIG. 9, which shows the state point of a synthesis gas, in order to illustrate the thermodynamic soot formation conditions. The composition of a (synthesis) gas whose individual gases consist only of the components C, O 2 and H 2 , in the C-0 2 -H 2 -Standsdiagramm as a point (point 1) with the coordinates C, 0 2 and H 2 are shown.
Die Summe aller Zustandspunkte bei der ein Gasgemisch bei einer konstanten Temperatur und bei einem konstanten Druck (hier 1 bar) gerade beginnt Ruß zu bilden bzw. bei der ein  The sum of all the state points at which a gas mixture at a constant temperature and at a constant pressure (in this case 1 bar) just begins to form soot or at the
Gasgemisch die Grenze der Aufnahmefähigkeit von Kohlenstoff erreicht hat, kann als Isotherme (Rußgrenze bei der entsprechenden Temperatur) dargestellt werden.  Gas mixture has reached the limit of absorption capacity of carbon, can be represented as an isotherm (soot limit at the corresponding temperature).
Im Zustandsgebiet links von der Rußgrenze (zur C-Ecke hin) existieren immer 2 Phasen gleichzeitig, das Gasgemisch und der feste Ruß. D.h. der Zustandspunkt wird durch die Zusammensetzung des Gasgemisches und den Anteil des festen Kohlenstoffs gebildet.  In the state area to the left of the soot boundary (toward the C corner) there are always 2 phases at once, the gas mixture and the solid soot. That the state point is formed by the composition of the gas mixture and the proportion of solid carbon.
Die Rußbildung ist temperatur- und druckabhängig wie die Abbildungen 10 und 11 zeigen. Die Abb. 10 zeigt die Synthesegaszusammensetzung eines RWGS-Prozesses als Funktion der Gleichgewichtstemperatur bei einem Druck von 1 bar für ein H2-CO-Molverhältnis von 2 und Abb. 11 zeigt die Synthesegaszusammensetzung eines RWGS-Prozesses als Funktion der Gleichgewichtstemperatur bei einem Druck von 10 bar ebenfalls für ein H2-CO-Molverhältnis von 2. The formation of soot is temperature and pressure dependent as shown in Figures 10 and 11. Fig. 10 shows the synthesis gas composition of an RWGS process as a function of equilibrium temperature at a pressure of 1 bar for a H 2 -CO molar ratio of 2 and Fig. 11 shows the synthesis gas composition of an RWGS process as a function of equilibrium temperature at a pressure of 10 bar also for a H 2 -CO molar ratio of 2.
Die maximale Temperatur, bei der noch Ruß gebildet wird, steigt bei höheren Drücken an und auch die gebildete Rußmenge bei einer bestimmten Temperatur ist bei höheren Drücken größer. Bei der Erzeugung von CO-haltigen Gasen will man wissen, ob ein Gas im Rußgebiet liegt oder nicht. So kann Rußbildung während der Elektrolyse von Kohlenstoffdioxid in einer SOEC (Solid Oxide Electrolysis Cell) zu Ablagerungen auf den Elektrolysezellen und zur Verstopfung der Membranen führen, was den Betrieb der Elektrolyse letztendlich zum Erliegen bringt. The maximum temperature at which soot is still formed increases at higher pressures and also the amount of soot formed at a given temperature is greater at higher pressures. In the generation of CO-containing gases, one wants to know whether a gas is in the carbon black or not. For example, soot formation during the electrolysis of carbon dioxide in a solid oxide electro-lysing cell (SOEC) can lead to deposits on the electrolysis cells and clogging of the membranes, ultimately stopping the operation of the electrolysis.
Das Synthesegas 1 in Abb. 9 soll bei 950 °C und 1 bar erzeugt worden sein. Die Rußgrenze von 950 °C liegt links vom Punkt 1. Damit befindet sich das Gas bei diesen Bedingungen außerhalb des Rußgebietes. The synthesis gas 1 in Fig. 9 should have been generated at 950 ° C and 1 bar. The soot limit of 950 ° C lies to the left of point 1. This means that the gas is outside the soot area under these conditions.
Bei einer angenommen isobaren Abkühlung des Gases in einem Wärmeübertrager kann sich je nach Geschwindigkeit der Abkühlung und der Kinetik der möglichen homogenen und  In an assumed isobaric cooling of the gas in a heat exchanger may, depending on the rate of cooling and the kinetics of the possible homogeneous and
heterogenen chemischen Reaktionen die Gaszusammensetzung noch leicht ändern. Eine Gleichgewichtszusammensetzung wird in der Regel nicht mehr erreicht, da die heterogeneous chemical reactions still slightly change the gas composition. An equilibrium composition is usually not achieved, as the
Abkühlgeschwindigkeiten zu hoch und damit die Verweilzeiten zu kurz sein werden. Dies ist auch nicht gewollt, da die Gaszusammensetzung u.a. über die Anpassung der Cooling rates are too high and thus the residence times will be too short. This is also not wanted, since the gas composition u.a. about the adaptation of
Reaktoraustrittstemperatur verfahrenstechnisch geregelt wird. Reactor outlet temperature is controlled procedurally.
Die Lage des Zustandspunktes im C-02-H2-Diagramm bleibt aber unverändert, da keine der drei Komponenten hinzukommen bzw. aus dem System entnommen werden. The position of the state point in the C-0 2 -H 2 diagram remains unchanged, however, since none of the three components are added to or removed from the system.
Die für jede Abkühl-(zwischen)-temperatur zutreffende Rußgrenze im C-02-H2-Diagramm verschiebt sich nach rechts. Bei ca. 570 °C gelangt der Punkt 1 in das Rußgebiet, wenn man den thermodynamischen Gleichgewichtszustand voraussetzt, und bleibt während der weiteren Abkühlung in diesem Gebiet. The soot limit in the C-0 2 -H 2 diagram applicable for each cooling (inter-) temperature shifts to the right. At about 570 ° C point 1 enters the soot area, assuming the thermodynamic equilibrium state, and remains in this area during further cooling.
Abb. 12 zeigt die Verläufe der Kohlenstoffaktivitäten der Reaktionen R1 , R2 und R3 ausgehend vom Gas 1 (analog Punkt 1 bei 950 °C). Rein thermodynamisch ist bei Kohlenstoffaktivitäten der Einzelreaktionen von ac £ 1 von einer Rußbildung auszugehen, wobei die Triebkraft zu höheren Werten ac steigt. Bei ac < 1 ist die Rückreaktion thermodynamisch begünstigt. Fig. 12 shows the course of the carbon activities of reactions R1, R2 and R3 starting from gas 1 (analogous to point 1 at 950 ° C). It is purely thermodynamic to assume soot formation in carbon activities of the single reactions of ac £ 1, with the driving force increasing to higher values a c . At a c <1, the reverse reaction is thermodynamically favored.
Bei konstant angenommener Gaszusammensetzung steigt bei der Gasabkühlung damit die Gefahr der Rußbildung durch die exotherme Boudouard- (R1 ) sowie heterogene Wassergas- Reaktion (R2). Im gesamten Temperaturbereich kann Ruß thermodynamisch durch Reaktion R3 abgebaut werden. With gas composition assumed to be constant, the risk of soot formation increases during the gas cooling by the exothermic Boudouard (R1) and heterogeneous water gas reaction (R2). Throughout the temperature range, carbon black can be thermodynamically decomposed by reaction R3.
Eine qualitative Aussage auf Basis der Kohlenstoffaktivitäten, ab welcher Temperatur Ruß bei der Gasabkühlung entsteht, ist nur unter der Annahme möglich, dass z.B. Reaktion R3 kinetisch stark gehemmt abläuft. Eine erste Rußbildung erfolgt dann idealerweise erst ab etwa 680 °C durch Reaktion R1 , wobei entstehender Ruß durch Reaktion R2 verbraucht werden kann, solange bis diese bei Temperaturen kleiner als 630 °C auch thermodynamisch Ruß bildet. Diese Herangehensweise unterscheidet sich von der Betrachtung über das C-02-H2-Diagramm (Rußbildung < 570 °C), in der sich wie in einem chemischen Reaktor alle Reaktionspartner bei allen Temperaturen im thermodynamischen Gleichgewicht befinden, hat allerdings auch den Nachteil, dass das komplexe Reaktionssystem und die gegenseitige Beeinflussung der Reaktionen unberücksichtigt bleibt. A qualitative statement on the basis of the carbon activities, from which temperature carbon black is formed during the gas cooling, is only possible under the assumption that eg reaction R3 is kinetically strongly inhibited. A first soot formation is ideally carried out only from about 680 ° C by reaction R1, wherein resulting carbon black can be consumed by reaction R2 until it forms thermodynamically soot at temperatures less than 630 ° C. This approach differs from the C-02 H 2 diagram (soot formation <570 ° C), in which, as in a chemical reactor, all reactants are in thermodynamic equilibrium at all temperatures, but also has the disadvantage that the complex reaction system and the mutual influence of the reactions is disregarded.
Ob und wieviel Ruß in der Gesamtbilanz aller teilnehmenden homogenen und heterogenen Reaktionen R1 , R2 und R3 entsteht, hängt davon ab, ob die Kinetik der Einzelreaktionen bei den Bedingungen (Druck, Temperatur, Verweilzeit im Wärmeübertrager, katalytische Wirkung des Konstruktionswerkstoffes, etc.) noch ausreichend hoch ist.  Whether and how much soot in the overall balance of all participating homogeneous and heterogeneous reactions R1, R2 and R3 arises depends on the kinetics of the individual reactions under the conditions (pressure, temperature, residence time in the heat exchanger, catalytic effect of the construction material, etc.) is sufficiently high.
Eine Einschätzung der Wirksamkeit der Maßnahmen ist unter Beachtung beider Extremfälle möglich. An assessment of the effectiveness of the measures is possible under consideration of both extreme cases.
In der Praxis wird bei üblichen Abkühlgeschwindigkeiten und ausreichend hohen Temperaturen (>500 °C) erfahrungsgemäß noch Ruß gebildet, der sich im Laufe der Betriebszeit im  In practice, at usual cooling rates and sufficiently high temperatures (> 500 ° C), according to experience still soot is formed, which in the course of the operating time in
Wärmeübertrager an der Wärmeübertrageroberfläche und in den Strömungskanälen anreichert und dort zu Problemen führt. Unterhalb von 350-400 °C wird bei den üblichen Verweilzeiten bekanntermaßen kaum noch Ruß gebildet. Heat exchanger accumulates on the heat exchanger surface and in the flow channels and leads to problems there. Below 350-400 ° C is known to hardly form carbon black at the usual residence times.
Zur Vergasung bzw. Reformierung wird der Stand der Technik nachfolgend ausgeführt.  For gasification or reforming, the prior art is carried out below.
Bei der Vergasung von Kohle mit Luft oder Sauerstoff wie es z.B. von Shell, Siemens, Texaco u.a. praktiziert wird, wird dem Vergasungsmittel Wasserdampf zugemischt, um die Kohle vollständig und ohne Bildung von Ruß in ein Gas umzuwandeln. Die Wasserdampfzumischung bewirkt, dass die Gaszusammensetzung in Richtung H20 im Zustandsdiagramm verschoben wird und damit für die in Frage kommenden Temperaturen außerhalb des Rußgebietes liegt.In the gasification of coal with air or oxygen, as practiced by Shell, Siemens, Texaco et al., Water vapor is added to the gasification agent to convert the coal completely and without formation of soot in a gas. The Wasserdampfzumischung causes the gas composition is shifted in the direction of H 2 0 in the state diagram and thus is out of the Rußgebietes for the temperatures in question.
Bei der Erzeugung von Synthesegas durch Reformierung von Kohlenwasserstoffen, z.B. In the production of synthesis gas by reforming hydrocarbons, e.g.
Erdgas, wie sie z.B. von Uhde und Linde angeboten wird, wird ebenfalls durch Natural gas, as e.g. is also offered by Uhde and Linde
Wasserdampfüberschuss die Rußbildung im Reformer unterdrückt. Excess steam suppresses soot formation in the reformer.
In„Diesel-Dampfreformierung in Mikrostrukturreaktoren", J. Thormann, Wissenschaftliche Berichte FZKA 7471 , wird empfohlen, ein möglichst hohes Dampf-zu-Kohlenstoffverhältnis zu wählen, um Rußbildung bei der Reformierung zu vermeiden. Allerdings geht eine hohe  In "Diesel Steam Reforming in Microstructured Reactors", J. Thormann, Scientific Reports FZKA 7471, it is recommended to choose the highest possible steam to carbon ratio to avoid soot formation during reforming
Dampfmenge zu Lasten des Wirkungsgrades. Steam quantity at the expense of efficiency.
In der Patentschrift EP 1717 198 A2 wird ebenfalls als Stand der Technik dargelegt, dass ein hoher Dampfüberschuss die Rußbildung während der Synthesegaserzeugung minimiert. The patent EP 1717 198 A2 also states that a high vapor excess minimizes soot formation during synthesis gas production.
Die Abkühlung des Synthesegases erfolgt i.A. durch Quenchen mit WasserAdampf oder abgekühltem und rezirkuliertem Synthesegas. Die Problematik einer Rußbildung während der Abkühlung des Synthesegases wird im Stand der Technik der Erzeugung CO-haltiger Gase durch Vergasung und Reformierung aber eben gerade nicht beschrieben. The cooling of the synthesis gas is generally carried out by quenching with WasserAdampf or cooled and recirculated synthesis gas. The problem of soot formation during the Cooling of the synthesis gas is just not described in the prior art of the production of CO-containing gases by gasification and reforming.
Hinsichtlich des RWGS-Prozesses beschreibt die Druckschrift EP 20 49 232 B1der Anmelderin ein Verfahren mit dem Ziel der Wiederaufbereitung der Verbrennungsprodukte Kohlendioxid und Wasser, wie sie in den Abgasen aus Verbrennungsprozessen oder in der Umgebung vorkommen, in erneuerbare synthetische Brenn- und Kraftstoffe durch elektrische Energie, die nicht mit Hilfe fossiler Brennstoffe erzeugt wurde, sondern regenerativ. Hierbei wird die technische Aufgabe durch Abtrennung des im Verbrennungsprozess an Kohlenstoff und Wasserstoff chemisch gebundenen Sauerstoff aus den Verbrennungsprodukten Kohlendioxid und Wasser unter Einkopplung von elektrischer Energie, die vorrangig mit Hilfe regenerativer Energieträger, aber nicht mit Hilfe von fossilen Brennstoffen, hergestellt wurde, gelöst, indem erfindungsgemäß durch Elektrolyse von Wasser, oder vorzugsweise Wasserdampf,  With regard to the RWGS process, the applicant's EP 20 49 232 B1 describes a method with the aim of recycling the combustion products carbon dioxide and water, as they occur in the exhaust gases from combustion processes or in the environment, into renewable synthetic fuels and fuels by electrical energy , which was not generated with the help of fossil fuels, but renewable. Here, the technical problem is solved by separating the chemically bound in the combustion process of carbon and hydrogen oxygen from the products of combustion carbon dioxide and water with the introduction of electrical energy, which was primarily using renewable energy sources, but not with the help of fossil fuels produced by according to the invention by electrolysis of water, or preferably steam,
hergestellter Wasserstoff mit Kohlendioxid zu einem Kohlendioxid-Wasserstoff-Gemisch bis zu einem Molverhältnis von 1 zu 3,5 vermischt, dieses in einem Hochtemperaturrekuperator vorgewärmt und danach in einer elektrisch beheizten Vorrichtung oder einem elektrischen Plasmagenerator auf 800 bis 5000 °C erhitzt wird, das sich bildende Syntheserohgas rekuperativ zur Vorwärmung des Kohlendioxid-Wasserstoff-Gemisches genutzt, danach unter Abscheidung des Reaktionswassers direkt gekühlt und das dann vorliegende Kohlenmonoxid- Kohlendioxid-Wasserstoff-Gemisch einer Fischer-Tropsch- oder Methanolsynthese zugefahren und dort in die Produkte Kohlenwasserstoffe bzw. Methanol umgewandelt wird, die unter Abscheidung von Wasser gekühlt und erforderlichenfalls kondensiert werden. Zudem ist es auch erfindungsgemäß, dass die rekuperative Vorwärmung des Kohlendioxid-Wasserstoff- Gemisches und seine weitere Erhitzung durch Zuführung von elektrischer Energie im Beisein von Katalysatoren erfolgt. Weiterhin erfindungsgemäß ist, das bei der Gas- und Produktkühlung anfallende Wasser gemeinsam mit externem Wasser einzusetzen für die direkte Kühlung des Syntheserohgases und der Syntheseprozesse, dieses dabei zu verdampfen und den Dampf in der Elektrolyse in Wasserstoff und Sauerstoff aufzuspalten. produced hydrogen mixed with carbon dioxide to a carbon dioxide-hydrogen mixture to a molar ratio of 1 to 3.5, this is preheated in a Hochtemperaturrekuperator and then heated in an electrically heated device or an electric plasma generator to 800 to 5000 ° C, which forming synthesis gas used recuperator for preheating the carbon dioxide-hydrogen mixture, then directly cooled with deposition of the reaction water and then fed the present carbon monoxide carbon dioxide-hydrogen mixture of a Fischer-Tropsch or methanol synthesis and there converted into the products hydrocarbons or methanol which are cooled with the separation of water and condensed if necessary. In addition, it is also according to the invention that the recuperative preheating of the carbon dioxide-hydrogen mixture and its further heating takes place by supplying electrical energy in the presence of catalysts. Furthermore, according to the invention, the water used in the gas and product cooling is to be used together with external water for the direct cooling of the synthesis crude gas and the synthesis processes to vaporize it and to split the steam into electrolysis into hydrogen and oxygen.
Nachfolgend wird zunächst auf die anliegende Abb. 1 und die dazugehörige  In the following, we first refer to the attached Fig. 1 and the accompanying
Figurenbeschreibung weiter unten verwiesen, die eine schematische Darstellung einer verfahrenstechnische Schaltung des RWGS-Prozesses zeigt und erläutert. Figure description referenced below, which shows and explains a schematic representation of a procedural circuit of the RWGS process.
Die Anwendung der Wasserdampfzumischung bei der Gaserzeugung des Standes der Technik z.B. in einem RWGS-Prozesses zeigt folgende Beschreibung unter Zuhilfenahme der Abb. 13, nämlich Zumischung von Wasserdampf bei der Erzeugung von Synthesegas in einem RWGS- Prozess.  The application of steam admixture in the gasification of the prior art e.g. in an RWGS process, the following description will be given with the aid of Fig. 13, namely admixing of steam with the production of synthesis gas in an RWGS process.
Mischt man dem Gas in Abb. 13, Punkt 1 , das in einem RWGS-Prozess aus Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid an einem geeigneten Katalysator, z.B. Nickelkatalysator bei 950 °C und 1 bar erzeugt worden ist und ein H2-CO-Molverhältnis von 2 hat, bei der Gaserzeugung Wasserdampf zu, z.B. in dem man den Feedgasen Wasserdampf zumischt, verschiebt sich die If one mixes the gas in Fig. 13, point 1, in an RWGS process of hydrogen and carbon dioxide on a suitable catalyst, for example nickel catalyst at 950 ° C and 1 bar has been generated and has a H 2 -CO molar ratio of 2, in the gas generation of steam to, for example, in which one adds the feed gases to water vapor, shifts the
Gaszusammensetzung in Richtung zum H20-Punkt. Die Wasserdampfmenge bestimmt die Lage des Punktes 2 im Zustandsdiagramm. In einem gewählten Beispiel liegt der Gas composition towards the H 2 0 point. The amount of steam determines the location of point 2 in the state diagram. In a chosen example is the
Zustandspunkt 2 erst bei einer Temperatur <300 °C im Rußgebiet. Aufgrund der sehr langsamen Kinetik der Rußbildungsreaktionen (R1 , R2 und R3) bei diesem Temperaturniveau würde sich mit hoher Wahrscheinlichkeit kein Ruß bilden. Condition point 2 only at a temperature <300 ° C in the soot area. Due to the very slow kinetics of the soot formation reactions (R1, R2 and R3) at this temperature level, no soot would be likely to form.
Der Wasserdampf nimmt an den Gasumwandlungsreaktionen im RWGS-Prozess teil und verändert die Gaszusammensetzung, was auch zu einer Veränderung des H2-CO- Molverhältnisses führt. Um wieder ein H2-CO-Molverhältnis von 2 zu erhalten, muss gleichzeitig die H2-Feedgasmenge verringert werden. Die sich ergebene Gaszusammensetzung zeigt Punkt 3, der bei ca. 300 °C in das Rußgebiet gelangt. The water vapor participates in the gas conversion reactions in the RWGS process and alters the gas composition, which also leads to a change in the H 2 -CO molar ratio. At the same time, to obtain a H 2 -CO molar ratio of 2, the amount of H 2 feed gas must be reduced. The resulting gas composition shows point 3, which reaches the soot area at about 300 ° C.
Auf Basis der Kohlenstoffaktivitäten und unter Vernachlässigung von Reaktion R3 kann Ruß theoretisch ab Unterschreitung folgender Temperaturen entstehen:  On the basis of carbon activities and neglecting reaction R3, carbon black can theoretically be produced as soon as the temperatures below are reached:
Rußbildung bei T < [°C] Punkt 1 Punkt 3  Soot formation at T <[° C] point 1 point 3
Reaktion R1 680 620  Reaction R1 680 620
Reaktion R2 630 560  Reaction R2 630 560
Der rußmindernde Effekt der Wasserdampfzumischung bleibt erhalten, ist jedoch geringer als bei der Grenzbetrachtung im thermodynamischen Gleichgewichtszustand mittels C-02-H2- Diagramm. The soot-reducing effect of the Wasserdampfzumischung is maintained, but is lower than in the boundary view in the thermodynamic equilibrium state by means of C-0 2 -H 2 - diagram.
Der Preis der Wasserdampfzumischung während der Gaserzeugung ist ein höherer C02-Gehalt im Produktgas. The price of water vapor mixing during gas production is a higher C0 2 content in the product gas.
Hinsichtlich des Standes der Technik zur Co-Elektrolyse wird auf die Druckschrift WO 2008 016 728 A2 verwiesen, die ein Verfahren / eine Anordnung zum Erzeugen eines Synthesegases offenbart, wobei durch nukleare thermische Energie erzeugter Wasserdampf, Kohlendioxid, Wasserstoff und Stickstoff direkt einer Festoxid-Elektrolysezelle (SOEC) zugeführt und unter Aufwendung nuklearer elektrischer Energie elektrochemisch zu Synthesegas mit einem  With regard to the prior art for co-electrolysis, reference is made to document WO 2008 016 728 A2, which discloses a method / arrangement for generating a synthesis gas, wherein steam, carbon dioxide, hydrogen and nitrogen produced by nuclear thermal energy directly form a solid oxide electrolysis cell (SOEC) fed and with the application of nuclear electrical energy electrochemically to synthesis gas with a
Molverhältnis H2/CO von etwa 2/1 aufgearbeitet werden. Molar ratio H 2 / CO of about 2/1 be worked up.
Weiter ist aus der Druckschrift WO 2011 133 264 A1 ein Verfahren / eine Anordnung zur elektrochemischen Reduktion von Kohlendioxid zum Produkt Kohlenmonoxid an der Kathode und Zufuhr eines Reduktionsmittels zu Spülung der Anode bekannt. Anodenseitig wird durch die Oxidation des Reduktionsmittels (z.B. Kohlenwasserstoffe) eine wirkungsgradsteigernde Verminderung des Sauerstoffpartialdrucks sowie die Beheizung der Apparatur erreicht. Die Feedströme werden rekuperativ gegen die Produktströme aufgeheizt. Die Erfindung umfasst weiterhin die zusätzliche Zufuhr von Wasserdampf zur Erzeugung eines Synthesegases. Ferner offenbart die Druckschrift WO 2013 131 778 A2 ein Verfahren / eine Anordnung zur Erzeugung von hochreinem Kohlenmonoxid (> 90 Vol.-%) durch Elektrolyse von Kohlendioxid, bestehend aus SOEC-Stack (< 80 % Umsatz) und einer speziellen Gasabtrenneinheit. Weitere Merkmale hierbei sind die Rezirkulation von (C02/CO), die C02-Spülung von Anode und/oder Stackeinhausung, die Reinigung Feed-C02 sowie die Druckerhöhung vor der Gasabtrenneinheit. Weiterhin wird erkannt, dass sich hinter dem Stack während der Abkühlung des C02/CO- Gemischs Kohlenstoffablagerungen an der Rohrwand des Nickel-Basis-Werkstoffs (Boudouard- Reaktion) bilden können, die zu einer Schädigung des Werkstoffs durch Metal Dusting führen können. Zur Verhinderung der C-Bildung und etal dusting wird vorgeschlagen, den Werkstoff mit Cu bzw. Ni/Sn zu beschichten oder Cu-Einschubrohre zu verwenden. Furthermore, the document WO 2011 133 264 A1 discloses a method / arrangement for the electrochemical reduction of carbon dioxide to the product carbon monoxide at the cathode and supply of a reducing agent to rinse the anode. On the anode side is achieved by the oxidation of the reducing agent (eg hydrocarbons) an efficiency-increasing reduction of the oxygen partial pressure and the heating of the apparatus. The feed streams are heated recuperatively against the product streams. The invention further comprises the additional supply of steam to produce a synthesis gas. Furthermore, the publication WO 2013 131 778 A2 discloses a method / arrangement for producing high-purity carbon monoxide (> 90% by volume) by electrolysis of carbon dioxide, consisting of SOEC stack (<80% conversion) and a special gas separation unit. Other features here are the recirculation of (C0 2 / CO), the C0 2 purging of anode and / or stack housing, cleaning Feed-C0 2 and the pressure increase upstream of the gas separation unit. Furthermore, it is recognized that carbon deposits on the tube wall of the nickel-based material (Boudouard reaction) can form behind the stack during the cooling of the CO 2 / CO mixture, which can lead to damage of the material by metal dusting. To prevent C formation and dusting, it is proposed to coat the material with Cu or Ni / Sn or to use Cu insertion tubes.
Die Druckschrift WO 2014 154 253 A1 geht im Vergleich zu o.g. Verfahren / Anordnung tiefer auf die rekuperative Vorwärmung der Feedgase ein und schlägt weitere Maßnahmen zur Vermeidung der Bildung von Kohlenstoffablagerungen sowie Metal Dusting im System vor, nämlich das Quenchen mit Inertgas (C02 oder N2) auf 400 - 600 °C, um Metaldusting zu vermeiden, danach Rekuperation aus Effizienzgründen sowie weiter eine H2S-Zumischung in Feed und/oder downstream, um Rußbildung im System zu vermeiden (50 ppb ... 2 ppm). Document WO 2014 154 253 A1 goes deeper into the recuperative preheating of the feed gases compared to the above-mentioned method / arrangement and proposes further measures for avoiding the formation of carbon deposits and metal dusting in the system, namely quenching with inert gas (C0 2 or N 2 ) to 400-600 ° C to avoid metaldusting, then recuperation for efficiency and further H 2 S admixture in feed and / or downstream, to avoid soot formation in the system (50 ppb ... 2 ppm).
Hinsichtlich des Co-Elektrolyseprozess zur Erzeugung von Synthesegas entsprechend dem Stand der Technik wird auf die Abb. 2 weiter unten verwiesen, die eine mögliche  With regard to the co-electrolysis process for the production of synthesis gas according to the prior art, reference is made to the Fig. 2 below, which is a possible
verfahrenstechnische Schaltung des Co-Elektrolyse-Prozesses zeigt. procedural circuit of the co-electrolysis process shows.
In Abb. 14, die die Zustandspunkte von Synthesegasen aus einer Co-Elektrolyse bei unterschiedlichen H20/C02-Umsätzen darstellt, zeigt der Punkt 1 die Feedgasmischung C02 und Wasserdampf sowie der Punkt 2 die Produktgaszusammensetzungen für 80 % Umsatz.In Fig. 14, which illustrates the state points of synthesis gases from co-electrolysis at different H 2 O / C0 2 conversions, point 1 shows the feed gas mixture C0 2 and water vapor and point 2 the product gas compositions for 80% conversion.
Bei der Abkühlung des Feedgases in Punkt 2 gelangt dieses bei ca. 650 °C in das Rußgebiet. Es würde sich bei der weiteren Abkühlung Ruß im Wärmeübertrager bilden. Upon cooling of the feed gas in point 2, this passes at about 650 ° C in the Rußgebiet. It would form in the further cooling soot in the heat exchanger.
Durch eine Verringerung des C02- bzw. H20-Umsatzes von 80 % auf 60 % wird der By reducing the C0 2 - or H 2 0 conversion from 80% to 60% of the
Zustandspunkt 3 erreicht. Dieser Punkt gelangt bei der Gasabkühlung bei einer Temperatur von 550 °C in das Rußgebiet.  State point 3 reached. This point reaches the soot area at a temperature of 550 ° C during gas cooling.
Eine weitere Verringerung des C02- und H20-Umsatz auf 50 % zeigt der Zustandspunkt 4. Bei diesem Punkt würde bei der Gasabkühlung die Rußbildung thermodynamisch bedingt bei ca. 400 °C beginnen aber aus kinetischen Gründen wahrscheinlich nicht mehr auftreten. A further reduction of the C0 2 - and H 2 0 conversion to 50% shows the state point 4. At this point, the soot formation would thermodynamically start at about 400 ° C in the gas cooling, but probably no longer occur for kinetic reasons.
Eine Umsatzverringerung hat ebenfalls eine Erhöhung des C02-Gehaltes im Produktgas und damit eine Gasverschlechterung zur Folge. A reduction in sales also results in an increase in the C0 2 content in the product gas and thus gas deterioration.
Die alleinige Elektrolyse von Kohlenstoffdioxid, d.h. ohne Wasserdampf, kann genauso behandelt werden wie die Co-Elektrolyse von Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf. Auf Basis der Kohlenstoffaktivitäten und unter Vernachlässigung von Reaktion R3 kann Ruß theoretisch ab Unterschreitung folgender Temperaturen entstehen: The sole electrolysis of carbon dioxide, ie without water vapor, can be treated in exactly the same way as the co-electrolysis of carbon dioxide and water vapor. On the basis of carbon activities and neglecting reaction R3, carbon black can theoretically be produced as soon as the temperatures below are reached:
Rußbildung bei T < [°C] Punkt 2 Punkt 3 Punkt 4 Umsatz 80 % 60 % 50 % Reaktion R1 700 650 625 Reaktion R2 680 610 590 Soot formation at T <[° C] point 2 point 3 point 4 conversion 80% 60% 50% reaction R1 700 650 625 reaction R2 680 610 590
Der rußmindernde Effekt der Umsatzminderung bleibt erhalten, ist jedoch geringer als bei der Grenzbetrachtung im thermodynamischen Gleichgewichtszustand mittels C-02-H2-Diagramm.The soot-reducing effect of the reduction in turnover is retained, but is lower than in the limit state consideration in the thermodynamic equilibrium state by means of C-0 2 -H 2 diagram.
Weiter sind im Stand der Technik zur Rußbeseitigung das Rußblasen mit Wasserdampf und die mechanische Rußentfernung durch Klopfer, Kugelregenanlagen, Bürsten, etc. bekannt. Further, in the prior art for eliminating soot, soot blowing with steam and mechanical soot removal by knockers, ball-sweepers, brushes, etc. are known.
Nachfolgend wird weiter detailliert zu dem weiteren bekannten druckschriftlichen Stand der The following will be further detailed to the other known printed-writing state of
Technik ausführlich ausgeführt: Technology detailed:
Aus der Druckschrift WO 2010/020358 A2 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur rußfreien Herstellung von Synthesegas aus kohlenwasserstoffhaltigem Einsatzgas und  From the publication WO 2010/020358 A2 is a method and apparatus for the soot-free production of synthesis gas from hydrocarbon-containing feed gas and
sauerstoffhaltigem Gas in einer mehrstufigen Kaskade bekannt, welche mindestens eine der Stufen katalytisches autothermes Reformieren und/oder katalytische partielle Oxidation aufweist, wobei jeder Stufe der Kaskade sauerstoffhaltiges Gas und kohlenwasserstoffhaltiges Einsatzgas zugeführt wird, das jeweils zu wasserstoffhaltigem Prozessgas umgesetzt wird und in Reihe die gesamte nachfolgende Kaskade durchläuft. Alternativ handelt es sich um eine zweistufige Reihenschaltung enthaltend in der ersten Stufe einen allothermen Steam-Methan- Reformer, sowie in der zweiten Stufe einen katalytischen Autothermen Reformer, wobei der zweiten Stufe das wasserstoffhaltige Prozessgas der ersten Stufe zugeleitet wird und zusätzlich kohlenwasserstoffhaltiges Einsatzgas, Dampf und sauerstoffhaltiges Gas zugeführt wird, wobei dem katalytischen Autothermen Reformer maximal die 1 ,5 fache Menge an 02 zugeleitet wird, die der Menge an H2 entspricht, die im allothermen Steam-Methan-Reformer entsteht, und das kohlenwasserstoffhaltige Einsatzgas und das sauerstoffhaltige Gas getrennt voneinander über Vorrichtungen, die auf unterschiedlichen Ebenen mit unterschiedlicher Ausrichtung in die letzte katalytische Autotherme Reformierungsstufe ragen, zugeleitet werden, wobei das oxygen-containing gas in a multi-stage cascade, comprising at least one of catalytic autothermal reforming and / or catalytic partial oxidation, wherein each stage of the cascade is supplied with oxygen-containing gas and hydrocarbon feed gas respectively converted to hydrogen-containing process gas and in series all subsequent Cascade goes through. Alternatively, it is a two-stage series circuit comprising in the first stage an allothermal steam methane reformer, and in the second stage a catalytic autothermal reformer, wherein the second stage, the hydrogen-containing process gas of the first stage is fed and additionally hydrocarbon feed gas, steam and oxygen-containing gas is fed, wherein the catalytic autothermal reformer is fed at most 1, 5 times the amount of O 2 , which corresponds to the amount of H 2 , which is formed in the allothermal steam methane reformer, and the hydrocarbon-containing feed gas and the oxygen-containing gas separated be fed from each other via devices that protrude at different levels with different orientation in the last catalytic autothermal reforming stage, wherein the
sauerstoffhaltige Gas über mindestens eine separate Zuführung sekantial zum Mittelpunkt des kreisförmigen Reaktors über dem Katalysatorbett eingebracht wird, und das oxygen-containing gas is introduced via at least one separate feed secantially to the center of the circular reactor above the catalyst bed, and the
kohlenwasserstoffhaltige Einsatzgas bevorzugt axial am Kopf des Reaktors zugeleitet wird.hydrocarbon-containing feed gas is preferably fed axially at the top of the reactor.
In dieser Druckschrift WO 2010/020358 A2 wird also ein mehrstufiges Verfahren zur rußfreien Wasserdampfreformierung von kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzgasen mittels katalytischer allothermer und katalytischer autohermer Reformierung offenbart. Dabei ist das Ziel, This publication WO 2010/020358 A2 thus discloses a multi-stage process for soot-free steam reforming of hydrocarbon-containing starting gases by means of catalytic all-thermal and catalytic auto-thermal reforming. The goal is
Rußbildung am Katalysator zu verhindern. Die Reformierung von Kohlenwasserstoffen (hier am Beispiel von CH4) mit Wasserdampf ist ein endothermer Prozess und läuft nach folgender Reaktion ab: To prevent soot formation on the catalyst. The reforming of hydrocarbons (here am Example of CH 4 ) with water vapor is an endothermic process and proceeds according to the following reaction:
CH4 + H20» CO + 3 H2 AHR= +206,2 kJ/mol CH 4 + H 2 0 »CO + 3 H 2 AH R = +206.2 kJ / mol
Wasserdampf ist bei diesem Prozess notwendiger Reaktionspartner des Methans zur Bildung von CO und H2. Durch Erhöhung der Wasserdampfmenge kann durch Nutzung der homogenen Wasserdampfreaktion aus dem gebildeten CO zusätzlich Wasserstoff erzeugt werden: Water vapor is a necessary reaction partner of methane for the formation of CO and H 2 in this process. By increasing the amount of water vapor, by using the homogeneous water vapor reaction, additional hydrogen can be generated from the CO formed:
CO + H20 C02 + H2 ΔΗΚ= -41 ,2 kJ/mol CO + H 2 0 C0 2 + H 2 ΔΗ Κ = -41, 2 kJ / mol
Auch hier ist Wasserdampf Hauptreaktionspartner. Die für die Reaformierungsreaktion benötigte Wärme kann von außen zugeführt (allotherm) oder durch partielle Oxidation von CH4 und/oder H2 und/oder CO mit einem sauerstoffhaltigen Oxidationsmittel im Prozess selbst (autotherm) erzeugt werden. Again, water vapor is the main reaction partner. The heat required for the reformation reaction can be supplied externally (allothermic) or by partial oxidation of CH 4 and / or H 2 and / or CO with an oxygen-containing oxidant in the process itself (autothermic).
CH4 + 0,5 02 CO + 2 H2 AHR= -36 kJ/mol CH 4 + 0.5 O 2 CO + 2H 2 AH R = -36 kJ / mol
H2 + 0,5 02 » H20 ΔΗΚ= -242 kJ/mol H 2 + 0.5 0 2 »H 2 0 ΔΗ Κ = -242 kJ / mol
CO + 0,5 02 C02 AHR= -283 kJ/mol CO + 0.5 0 2 C0 2 AH R = -283 kJ / mol
Bei Wasserdampf- bzw. 02-Mangel besteht die Gefahr, dass sich auf dem Katalysator Ruß bildet, der den Katalysator vergiftet und damit die katalytische Wirkung herabsetzt. In the case of water vapor or 0 2 deficiency, there is the danger that carbon black forms on the catalyst, which causes poisoning of the catalyst and thus reduces the catalytic effect.
In der Druckschrift WO 2010/020358 A2 wird die Abkühlung des in der Reformierung erzeugten Gases und damit die Rußvermeidung bzw. Rußverminderung bei der Abkühlung nicht betrachtet. Bei den in der Druckschrift WO 2010/020358 A2 nach der Gaserzeugung  In the publication WO 2010/020358 A2, the cooling of the gas generated in the reforming and thus the soot reduction or soot reduction during cooling is not considered. In the publication WO 2010/020358 A2 after the gas production
eingebrachten Wasserdampfströmen 3b, 3c, 3d handelt es sich richtigerweise um die jeweils vor den weiteren Reformierungstufen 1 b, 1 c und 1d notwendige Wasserdampfmenge zur Fortsetzung der in diesen Stufen ablaufenden Reformierungsreaktionen. Es wird keine zusätzliche Wasserdampfmenge am Ende aller Prozessstufen eingebracht, um die Rußbildung bei der Gasabkühlung zu unterdrücken bzw. zu vermeiden. Bei den in die Prozessstufen 1 b, 1c und 1 d eingebrachte Wasserstoffmenge 6a, 6b und 6c handelt es sich um die in den vorangegangenen Prozessstufen erzeugte Wasserstoffmenge und nicht um eine zusätzlich vor oder am Ende des Gesamtprozesses eingebrachte Wasserstoffmenge, die die Rußbildung bei der Abkühlung des erzeugten Gases unterdücken bzw. verhindern soll. introduced water vapor streams 3b, 3c, 3d are correct to the respectively before the other reforming stages 1 b, 1 c and 1 d necessary amount of steam to continue the running in these stages reforming reactions. No additional amount of water vapor is introduced at the end of all process stages in order to suppress or avoid soot formation during gas cooling. The amounts of hydrogen 6a, 6b and 6c introduced into the process stages 1b, 1c and 1c are the amount of hydrogen produced in the preceding process stages and not an additional amount of hydrogen introduced before or at the end of the overall process, which is the formation of soot upon cooling to suppress or prevent the generated gas.
Bei der Druckschrift WO 2010/020358 A2 handelt es sich um die Rußvermeidung bei der Erzeugung von Synthesegas aus kohlenwasserstoffhaltigen Gasen durch mehrstufige allotherme bzw. autotherme Wasserdampfreformierung, bei der der zugeführte Wasserdampf notwendiges Reaktionsgas und der den nachfolgenden Prozessstufen zugeführte Wasserstoff erzeugtes Produkt ist und kein zusätzlicher Wasserdampf bzw. Wasserstoff zur Rußvermeidung bzw. Rußunterdrückung zugeführt wird. Da es sich weiterhin um den Gaserzeugungs- und nicht um den Gasabkühlprozess handelt, steht die Offenbarung gemäß der Druckschrift  In WO 2010/020358 A2 is the soot in the production of synthesis gas from hydrocarbon-containing gases by multi-stage allothermic or autothermal steam reforming, in which the supplied water vapor necessary reaction gas and the subsequent process stages supplied hydrogen is produced product and no additional Water vapor or hydrogen for soot prevention and soot suppression is supplied. Since it continues to be the gas generation and not the gas cooling process, the disclosure according to the document
WO 2010/020358 A2 in Bezug auf die diesseitige Erfindung nicht entgegen. Aus der Druckschrift WO 2015/185039 A1 ist ein Elektrolyseverfahren mit einer Elektrolysezelle unter Verwendung wenigstens eines rezirkulierenden Spülmediums bekannt. Ferner betrifft diese Druckschrift eine Elektrolyseanordnung. Es wird in einer SOEC-Elektrolyse Wasserdampf und/oder Kohlenstoffdioxid elektrolytisch in Wasserstoff, Kohlenstoffmonoxid und Sauerstoff zerlegt. Das Produktgas H2/CO wird mittels Spülgas (50) aus dem Kathodenraum abgeführt und in der hinter der Elektrolyse befindlichen Gastrennvorrichtung in Produktgas H2/CO, Spülgas (50) oder Spülgas-Produktgas-Gemisch (50+H2/CO) getrennt. Das abgetrennte Spülgas (50) oder das abgetrennte Spülgas-Produktgas-Gemisch (50+H2/CO) oder ein Teil des WO 2010/020358 A2 with respect to the present invention does not oppose. From the document WO 2015/185039 A1, an electrolysis method with an electrolytic cell using at least one recirculating flushing medium is known. Furthermore, this document relates to an electrolysis device. In a SOEC electrolysis, water vapor and / or carbon dioxide are decomposed electrolytically into hydrogen, carbon monoxide and oxygen. The product gas H 2 / CO is removed from the cathode compartment by means of purge gas (50) and separated into product gas H 2 / CO, purge gas (50) or purge gas-product gas mixture (50 + H 2 / CO) in the gas separation device located behind the electrolysis , The separated purge gas (50) or the separated purge gas product gas mixture (50 + H 2 / CO) or a part of the
Produktgases H2/CO werden recycelt, dem Reaktantengasstrom vor der Elektrolyse zugemischt und wieder als Kathodenspülgas zum Abtransport der Elektrolyseprodukte H2/CO der Product gases H 2 / CO are recycled, added to the reactant gas stream before the electrolysis and again as a cathode purge gas for the removal of the electrolysis products H 2 / CO the
Kathodenseite der Elektrolyse eingesetzt. Das Spülgas (50) ist inert gegenüber dem Cathode side of the electrolysis used. The purge gas (50) is inert to the
Produktgas H2/CO. Eine Gasabkühlung hinter der Elektrolyse ist nicht Gegenstand der Product gas H 2 / CO. A gas cooling behind the electrolysis is not the subject of
Erfindung in D2, kann aber genutzt werden. Das Spülen der Kathodenseite kann auch durch den nicht umgesetzten Anteil des zugeführten Reaktantengases erfolgen (C02/H20), das ebenfalls nach erfolgter Gastrennung recycelt werden kann. Invention in D2, but can be used. The rinsing of the cathode side can also be done by the unreacted portion of the supplied reactant gas (C0 2 / H 2 0), which can also be recycled after gas separation.
Bei der Druckschrift WO 2015/185039 A1 geht es also um die Bereitstellung und die effektive Nutzung von Kathoden- und Anodenspülgas durch die Anwendung einer Gastrennvorrichtung hinter der Elektrolyse und Recyceln und Wiedereinsetzen des abgetrennten Spülgasstromes als Spülgas in der Elektrolyse. Dabei muss das Spülgas auf der Kathodenseite nicht zwingend H2 oder H20 sein. Es muss auf der Kathodenseite nur inert gegenüber CO und H2 sein. Die Druckschrift WO 2015/185039 A1 betrifft also gerade kein Rußvermeidungs- bzw. The document WO 2015/185039 A1 is thus concerned with the provision and the effective use of cathode and anode scavenging gas by the use of a gas separation device downstream of the electrolysis and recycling and reintroduction of the separated purge gas stream as purge gas in the electrolysis. The purge gas does not necessarily have to be H 2 or H 2 O on the cathode side. It must be only inert to CO and H 2 on the cathode side. The document WO 2015/185039 A1 does not therefore relate to soot avoidance or
Rußverminderungsverfahren. Rußverminderungsverfahren.
In der Druckschrift DE 42 35 125 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung von Synthesegas sowie eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens vorgeschlagen. Bei bekannten Verfahren zur Herstellung von Synthesegas dienen fossile Materialien, wie z. B. Kohle oder Erdgas, als Ausgangsstoffe. Dies trägt zu einer weiteren Verknappung der Rohstoffvorräte als auch zu einer Erhöhung des C02-Ausstoßes bei. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird The publication DE 42 35 125 A1 proposes a process for the production of synthesis gas and an apparatus for carrying out this process. In known processes for the production of synthesis gas fossil materials, such as. As coal or natural gas, as starting materials. This contributes to a further shortage of raw material reserves as well as to an increase in C0 2 emissions. The process of the invention is
Synthesegas durch eine direkte Reduktion von Kohlendioxid zu Kohlenmonoxid ohne Synthesis gas by a direct reduction of carbon dioxide to carbon monoxide without
Verwendung fossiler Energieträger als Ausgangsmaterialien hergestellt. Das Kohlendioxid wird insbesondere aus der Atmosphäre oder aus nicht-fossilen Emissionen, wie z. B. Use of fossil fuels produced as starting materials. The carbon dioxide is in particular from the atmosphere or from non-fossil emissions such. B.
Zementfabrikations-Emissionen gewonnen. Die aus diesem Synthesegas hergestellten flüssigen Brennstoffe, wie z. B. Methanol, sind somit wiedergewinnbare Energieträger eines geschlossenen Kohlendioxid-Brennstoff-Kreislaufs.  Cement production emissions won. The liquid fuels produced from this synthesis gas, such as. As methanol, are thus recoverable energy sources of a closed carbon dioxide-fuel cycle.
Bei dieser Druckschrift DE 42 35 125 A1 wird der Wasserstoff nicht zusätzlich zur Vermeidung der Rußbildung bei der Gasabkühlung in das erzeugte Synthesegas eingemischt, vielmehr wird in diesem mehrstufigen Verfahren der in der Elektrodialyse anfallende H2 in das H2-CO-haltige Synthesegas aus der Elektrolyse zum fertigen Synthesegas vermischt, also betrifft diese Druckschrift gerade kein Rußvermeidungs- bzw. Rußverminderungsverfahren. In this document DE 42 35 125 A1, the hydrogen is not mixed in addition to avoid the soot formation in the gas cooling in the synthesis gas produced, but in this multi-step process, the resulting in electrodialysis H 2 in the H 2 -CO-containing Synthesis gas from the electrolysis mixed into the finished synthesis gas, so this document does not concern Rußvermeidungs- or Rußverminderungsverfahren.
Die Druckschrift WO 2014/097142 A1 beschreibt ein Verfahren zur parallelen Herstellung von Wasserstoff, Kohlenstoffmonoxid und einem kohlenstoffhaltigen Produkt, das dadurch gekennzeichnet ist, dass ein oder mehrere Kohlenwasserstoffe thermisch zersetzt werden und zumindest ein Teil des entstehenden Pyrolysegases aus der Reaktionszone des  The publication WO 2014/097142 A1 describes a process for the parallel production of hydrogen, carbon monoxide and a carbon-containing product which is characterized in that one or more hydrocarbons are thermally decomposed and at least part of the resulting pyrolysis gas from the reaction zone of the
Zersetzungsreaktors bei einer Temperatur von 800 bis 1400 °C abgezogen und mit Stripped off at a temperature of 800 to 1400 ° C and decomposed with
Kohlenstoffdioxid zu einer kohlenstoffmonoxid- und Wasserstoff- haltigen Gasmischung, einem Synthesegas, umgesetzt wird. Carbon dioxide is converted to a carbon monoxide and hydrogen-containing gas mixture, a synthesis gas.
In der Druckschrift WO 2014/097142 A1 wird der Wasserstoff nicht zusätzlich zur Vermeidung der Rußbildung bei der Gasabkühlung in das erzeugte Synthesegas eingemischt, sondern dient zur Einstellung des gewünschten H2:CO-Molverhältnis im fertigen Synthesegas. Die Zugabe von wasserstoffhaltigem Gasgemisch aus der Pyrolyse direkt in den Gasstrom nach dem RWGS-Prozess verringert die in der RWGS-Stufe erzeugbare Menge CO, da Wärme und H2 für die chemische Umwandlung von C02 fehlt, entsprechend In the publication WO 2014/097142 A1, the hydrogen is not additionally mixed in the generated synthesis gas in order to avoid the formation of soot in the gas cooling, but serves to set the desired H 2 : CO molar ratio in the finished synthesis gas. The addition of hydrogen-containing gas mixture from the pyrolysis directly into the gas stream after the RWGS process reduces the generatable in the RWGS-level amount of CO, since heat and H 2 is missing for the chemical conversion of C0 2, corresponding to
C02 + H2 CO + H20 AHR= +41 ,2 kJ/mol, C0 2 + H 2 CO + H 2 0 AH R = +41, 2 kJ / mol,
wobei zudem das Merkmal der Elektroenergie fehlt, wobei auch diese Druckschrift daher das diesseitige Rußvermeidungs- bzw. Rußverminderungsverfahren nicht vorwegnimmt. which also lacks the characteristic of the electric power, and this document therefore does not anticipate the present Rußvermeidungs- or Rußverminderungsverfahren or Rußverminderungsverfahren.
Den Stand der Technik zusammenfassend ist also bekannt:  Summarizing the state of the art, it is thus known:
- die Erzeugung CO-haltiger Gase durch RWGS, Co- und COz-SOEC - The generation of CO-containing gases by RWGS, Co and CO z -SOEC
die rekuperative Vorwärmung der Feedgase.bzw. Abkühlung der aus dem Reaktor austretenden heißen Gase  the recuperative preheating the Feedgase.bzw. Cooling of the hot gases leaving the reactor
die Rezirkulation, auch nach Gasabtrennung  the recirculation, even after gas separation
Maßnahmen zur Vermeidung der Rußbildung/Metal Dusting im System, auch  Measures to prevent soot formation / metal dusting in the system, too
Abkühlstrecke, bei C02-Elektrolyse Cooling section, with C0 2 electrolysis
o a. Beschichtung des Werkstoffs (Ni/Sn, Cu)  o a. Coating of the material (Ni / Sn, Cu)
o b. Quenchen mit Inertgas (C02, N2) führt zu hohen Abkühlgeschwindigkeiten o c. H2S-Zumischung zur Vermeidung von C-Bildung und Metal Dusting im if. Quenching with inert gas (C0 2, N 2) leads to high cooling rates o c. H 2 S admixture to avoid C formation and metal dusting in the
System ist bekannt.  System is known.
- Wasserdampfüberschuss mit H20-Zugabe vor Reaktor verschlechtert Gasqualität (mehr C02). - Water vapor excess with H 2 0 addition before reactor deteriorates gas quality (more C0 2 ).
Nachfolgend wird zu den Nachteilen und den Problemen des Standes der Technik  The following will discuss the disadvantages and problems of the prior art
ausgeführt. Bei der Abkühlung von CO-haltigen Gasen, insbesondere von Synthesegasen nach der Erzeugung in RWGS-Prozessen, Co-Elektrolysen, Elektrolysen zur elektrochemischen executed. In the cooling of CO-containing gases, in particular of synthesis gases after generation in RWGS processes, co-electrolysis, electrochemical electrochemical
Zerlegung von Kohlenstoffdioxid, Reformierungsanlagen u.a., bildet sich Ruß. Decomposition of carbon dioxide, reforming plants, etc., forms soot.
Der gebildete Ruß setzt sich an der Wärmeübertrageroberfläche ab und führt dort zu einer Verschlechterung des Wärmedurchgangs und zu einer Verstopfung der Strömungskanäle. Besonders die Gefahr der Verstopfung der Strömungskanäle der Gasabkühlstrecken ist bei Großanlagen wie Vergasungs- und Reformeranlagen auch aufgrund des dort meist  The formed soot settles on the heat exchanger surface and there leads to a deterioration of the heat transfer and to a blockage of the flow channels. Especially the danger of blockage of the flow channels of the gas cooling sections is in large-scale systems such as gasification and reformer systems also because of there usually
angewendeten Quenchens meist nicht von großer Relevanz, nimmt aber mit kleiner werdender Anlagengröße (dezentrale RWGS- bzw. C02-/Co-Elektrolyseure) zu. Quenching is usually of little relevance, but increases as the system size declines (decentralized RWGS or C0 2 / Co electrolyzers).
Verschmutzte Wärmeübertrageroberflächen verringern den Anteil der aus der Gasabkühlung gewinn- und nutzbaren Wärme. Dirty heat exchanger surfaces reduce the proportion of heat that can be recovered and used from gas cooling.
Verstopfte Strömungskanäle erhöhen den Strömungsdruckverlust und verringern die  Clogged flow channels increase the flow pressure loss and reduce the
Gasdurchlässigkeit des Apparates, was durch höhere Verdichtung des Gases ausgeglichen werden muss. Gas permeability of the apparatus, which must be compensated by higher compression of the gas.
Geht der Kohlenstoff eine chemische Verbindung mit dem Konstruktionswerkstoff des If the carbon makes a chemical connection with the construction material of the
Wärmeübertragers ein (Carbidbildung), kann das zu einer Zerstörung des Wärmeübertragers führen (metal dusting).  Heat exchanger on (carbide formation), this can lead to destruction of the heat exchanger (metal dusting).
Anlagenstillstände zu Reinigungszwecken und zusätzlichen Revisionen verringern die  Plant shutdowns for cleaning purposes and additional revisions reduce the
Verfügbarkeit der Anlage. Availability of the plant.
Folgen sind eine Wirkungsgradverschlechterung, geringere Verfügbarkeit und damit auch eine Verschlechterung der Wirtschaftlichkeit des Gesamtprozesses. The consequences are a deterioration in efficiency, lower availability and thus a deterioration in the efficiency of the overall process.
Eine Erhöhung des Wasserdampfanteils im Feedgasstrom führt zur Verringerung und eventuell auch Vermeidung der Rußbildung während der Gaserzeugung und während der Gasabkühlung. Der Nachteil der Erhöhung des Wasserdampfanteils ist, dass aufgrund des chemischen  An increase of the water vapor content in the feed gas stream leads to the reduction and possibly also the avoidance of soot formation during the gas production and during the gas cooling. The disadvantage of increasing the water vapor content is that due to the chemical
Gleichgewichts während der Gaserzeugung auch mehr Kohlenstoffdioxid gebildet wird. Equilibrium during gas generation also more carbon dioxide is formed.
Hohe Konzentrationen von Kohlenstoffdioxid im Synthesegas sind oft nicht erwünscht, da Kohlenstoffdioxid in der Regel nicht an den Synthesereaktionen beteiligt ist und den  High concentrations of carbon dioxide in the synthesis gas are often undesirable because carbon dioxide is usually not involved in the synthesis reactions and the
Partialdruck der Synthesegaskomponenten verringert. Wird das Synthesegas nach der Partial pressure of the synthesis gas components reduced. Is the synthesis gas after the
Gaserzeugung auf höhere Drücke verdichtet, ist zusätzliche Verdichterleistung erforderlich. Deshalb sind aufwendige und teure Gasreinigungsverfahren, z.B. chemische Wäschen (MEA, MDEA, etc.), physikalische Wäschen (Druckwasserwäsche, Rectisolwäsche, etc.), Gas production compressed to higher pressures, additional compressor power is required. Therefore, expensive and expensive gas purification processes, e.g. chemical washes (MEA, MDEA, etc.), physical washes (pressurized water wash, Rectisol wash, etc.),
Druckwechselverfahren, Membrantrennverfahren etc. erforderlich, um das unerwünschte C02 nach der Gaserzeugung aus dem Synthesegas zu entfernen. Die gleiche Wirkung hat die Verringerung des H20/C02-Umsatzes in der Co-Elektrolyse. Auch hier steigt mit der Verringerung des Umsatzes aufgrund des chemischen Gleichgewichts bei der Gaserzeugung im Elektrolysestack der C02-Gehalt im Synthesegas. Pressure swing, membrane separation, etc. required to remove the unwanted C0 2 from the syngas after gas generation. The same effect has the reduction of H 2 0 / C0 2 -satz in the co-electrolysis. Here, too, with the reduction of the conversion due to the chemical equilibrium in the gas production in the electrolysis stack, the C0 2 content in the synthesis gas increases.
Die Beschichtung der katalytisch wirksamen Wärmeübertrageroberfläche z.B. mit Ni/Sn, Cu, unterdrückt die katalysierte Rußbildung und ist somit geeignet, die Betriebszeit zwischen zwei Reinigungszyklen zu verlängern. Außerdem schützt die Schicht den Konstruktionswerkstoff vor metal dusting. Eine Schutzschicht kann aber, wie die Erfahrungen zeigen, die Rußbildung nicht vollständig verhindern.  The coating of the catalytically effective heat transfer surface e.g. with Ni / Sn, Cu, suppresses the catalyzed soot formation and is thus able to extend the operating time between two cleaning cycles. In addition, the layer protects the construction material from metal dusting. However, as experience has shown, a protective layer can not completely prevent soot formation.
Eine Zumischung von H2S ist aufwendig und teuer, da das Gas anschließend wieder gereinigt werden muss, um die nachfolgende katalytische Synthese nicht zu vergiften. An admixture of H 2 S is complicated and expensive, since the gas must then be cleaned again in order not to poison the subsequent catalytic synthesis.
Kleine kompakte Wärmeübertrager, z.B. Plattenwärmeübertrager der Firma Heatric,  Small compact heat exchangers, e.g. Plate heat exchangers from the company Heatric,
ermöglichen hohe Abkühlgeschwindigkeiten, was dafür sorgt, dass die Gastemperatur schnell einen Temperaturbereich erreicht, in dem die Kinetik für die Rußbildung zu langsam ist. allow high cooling rates, which ensures that the gas temperature quickly reaches a temperature range in which the kinetics for soot formation is too slow.
Zumindest kann damit die Rußbildungsrate verringert werden. At least, so that the soot formation rate can be reduced.
Der Nachteil von diesen Wärmeübertragern ist aber, dass insbesondere bei Anlagen mit kleiner Leistung, die Querschnitte der Strömungskanäle in den Wärmeübertragern relativ klein sind und damit die Gefahr der Verstopfung der Kanäle mit Ruß steigt. The disadvantage of these heat exchangers, however, is that especially in systems with low power, the cross sections of the flow channels in the heat exchangers are relatively small and thus increases the risk of clogging of the channels with soot.
Hohe Abkühlgeschwindigkeiten werden auch durch u.a. Quenchen des heißen  High cooling rates are also indicated by u.a. Quenching of the hot
Synthesegasstromes mit Wasser erreicht. Eventuell doch gebildeter Ruß wird in der Regel problemlos mit dem Überschussquenchwasser aus dem Quencher ausgetragen und kann durch Filter vom Wasser getrennt werden. Synthesis gas stream achieved with water. Possibly formed soot is usually discharged without problems with the excess quench water from the quencher and can be separated by filters from the water.
Der Nachteil der Gasquenchung ist, dass die fühlbare Wärme des heißen Synthesegases in überwiegend fühlbare Wärme des Quenchwassers bei einem niedrigen Temperaturniveau überführt wird. Damit steht diese Wärme nicht mehr zur Vorwärmung der Feedgase zur Verfügung und muss durch zusätzliche Energiezufuhr zum Prozess abgedeckt werden. Der Wirkungsgrad des Prozesses verschlechtert sich und die Kosten für die Energiebereitstellung steigen an.  The disadvantage of gas quenching is that the sensible heat of the hot synthesis gas is converted into predominantly sensible heat of the quench water at a low temperature level. Thus, this heat is no longer available for preheating the feed gases and must be covered by additional energy supply to the process. The efficiency of the process is deteriorating and the cost of providing energy is increasing.
Ein Quenchen mit Inertgas, wie C02 oder N2, verschlechtert die Gasqualität und würde o.g. teure Gasreinigungsverfahren notwendig machen. Inert gas quenching, such as C0 2 or N 2 , degrades gas quality and would require expensive gas purification processes.
Beim Rußblasen wird kurzzeitig oder länger anhaltend eine erhöhte Gasmenge durch denDuring sootblowing, an increased amount of gas is released for a short time or longer
Wärmeübertrager gegeben, damit die Strömungsgeschwindigkeit ansteigt und der anhaftende Ruß ausgeblasen werden kann. Durch die erhöhte Strömungsgeschwindigkeit steigt der Druckverlust über den Wärmeübertrager zum Teil erheblich an. Insbesondere bei Co- Elektrolyseverfahren mit Elektrolysezellen auf Basis von SOC führen starke Druckschwankungen zu unzulässig hohen Differenzdrücken über die Elektrolysezellen, was zum Bruch und damit zur Zerstörung der Zellen führt. Heat exchanger given so that the flow rate increases and the adhering soot can be blown out. Due to the increased flow velocity, the pressure loss via the heat exchanger increases in part considerably. Especially in co-electrolysis with electrolysis cells based on SOC lead strong Pressure fluctuations to impermissibly high differential pressures across the electrolysis cells, which leads to the breakage and thus the destruction of the cells.
Bei einigen mechanischen Rußabreinigungsmöglichkeiten, wie der Einsatz von Bürsten, Kratzern, etc., ist eine Außerbetriebnahme der Synthesegaserzeugungsanlage notwendig, was die Verfügbarkeit der Anlage und die Betriebszeit verkürzt.  With some mechanical soot cleaning options, such as the use of brushes, scratches, etc., it is necessary to shut down the syngas plant, which shortens plant availability and uptime.
Klopfer zur Rußabbreinigung während des Betriebes der Anlage sind insofern problematisch, da die Wärmeübertrager bei hohen Gastemperaturen 850 ... 950 °C eingesetzt werden und eine mechanische Schwingungsbeanspruchung in diesem Temperaturbereich zu Problemen bei der Festigkeit der Werkstoffe führt.  Knockers for Rußabbreinigung during operation of the system are problematic in that the heat exchangers are used at high gas temperatures 850 ... 950 ° C and a mechanical vibration stress in this temperature range leads to problems in the strength of the materials.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die zuvor genannten Probleme und Nachteile des Standes der Technik auszuschließen und ein Rußvermeidungsund/oder -verminderungsverfahren anzugeben, die einen Betrieb, frei von Ruß kostengünstig und hoch effizient ermöglichen. It is an object of the present invention to eliminate the above-mentioned problems and disadvantages of the prior art and to provide a soot avoidance and / or reduction method which enables low carbon and high efficiency operation free from soot.
Gelöst werden diese Aufgaben mit einem Rußvermeidungs- und/oder - erminderungsverfahren gemäß Hauptanspruch und entsprechend dazugehörigen Anordnungen.  These objects are achieved with a Rußvermeidungs- and / or - erminderungsverfahren according to the main claim and corresponding thereto arrangements.
Rußvermeidung/ Rußverminderung:  Soot prevention / soot reduction:
Das Rußvermeidungs- und/oder Rußverminderungsverfahren zur Vermeidung und/oder Verminderung von Ruß innerhalb einer Synthesegas- und/oder CO-haltiges Gas- Erzeugungsvorrichtung aus den Feedgasen Kohlenstoffdioxid, Wasserdampf, Wasserstoff und/oder einem kohlenwasserstoffhaltigen Restgas und Elektroenergie in RWGS-Prozessen, Elektrolysen zur elektrochemischen Zerlegung von Kohlenstoffdioxid und/oder Wasserdampf, Reformierungsvorgängen und/oder Synthesegaserzeugungsprozessen mit wenigstens einer Gaserzeugungseinheit, einem Elektrolyse-Stack und/oder einer Heizer-Reaktor-Kombination zur Durchführung einer RWGS-Reaktion, und wenigstens einer Abkühlstrecke / Rekuperator für CO-haltiges Gas und/oder Synthesegas,  The soot avoidance and / or Rußverminderungsverfahren for avoiding and / or reducing soot within a synthesis gas and / or CO-containing gas generating device from the feed gases carbon dioxide, water vapor, hydrogen and / or a hydrocarbon-containing residual gas and electric energy in RWGS processes, electrolysis for the electrochemical decomposition of carbon dioxide and / or water vapor, reforming processes and / or synthesis gas production processes with at least one gas generating unit, an electrolysis stack and / or a heater-reactor combination for carrying out a RWGS reaction, and at least one cooling line / recuperator for CO-containing Gas and / or synthesis gas,
ist dadurch gekennzeichnet, dass vor der Zuführung in die Gaserzeugung in den Feedgasstrom und/oder nach der Gaserzeugung in das CO-haltige Gas / Synthesegas ein zusätzliches Gas, Flüssigkeit und/oder Gasgemisch zugemischt wird, wobei das zusätzliche Gas, Flüssigkeit und/oder Gasgemisch ausgewählt ist aus: is characterized in that an additional gas, liquid and / or gas mixture is added before being fed into the gas production in the feed gas stream and / or after gas production in the CO-containing gas / synthesis gas, wherein the additional gas, liquid and / or gas mixture is selected from:
a) Wasserdampf zur Erhöhung des Wasserdampfanteils im erzeugten Gas, a) water vapor for increasing the water vapor content in the generated gas,
wobei dieses nach der Synthesegaserzeugung eingebracht wird;  this being introduced after synthesis gas production;
b) Wasserstoff zur Erhöhung des Wasserstoffanteils im erzeugten Gas, wobei b) hydrogen to increase the hydrogen content in the gas produced, wherein
dieser in den Feedgasstrom oder nach der Synthesegaserzeugung eingebracht  this introduced into the feed gas stream or after the synthesis gas production
wird;  becomes;
c) Wasserstoff-reiches Gas zur Kühlung des CO-reichen Gasstroms, wobei dieses Wasserstoff-reiche Gas extern bereitgestellt oder durch getrennte C02- und H20- Elektrolyse hergestellt wird, und das Wasserstoff-reiche Gas in den CO-reichen c) hydrogen-rich gas for cooling the CO-rich gas stream, this Hydrogen-rich gas is externally supplied or produced by separate C0 2 - and H 2 0 electrolysis, and the hydrogen-rich gas in the CO-rich
Gasstrom eingemischt wird, wobei das Wasserstoff-reiche Gas bei Herstellung über den getrennten Elektrolyseprozess vor der Einmischung rekuperativ gegen  Gas stream is mixed, wherein the hydrogen-rich gas when produced via the separate electrolysis process prior to interference recuperative against
aufzuheizenden Wasserdampf- und/oder C02-Strom abgekühlt wird; is cooled to be heated water vapor and / or C0 2 stream;
und/oder and or
d) Wasser zur Abkühlung des CO-haltigen Gasstroms vor einer d) water to cool the CO-containing gas stream before a
Wasserstoffeinmischung.  Hydrogen interference.
Ferner ist das Rußvermeidungs- und/oder Rußverminderungsverfahren zur Vermeidung und/oder Verminderung von Ruß innerhalb einer Synthesegas- und/oder CO-haltiges Gas- Erzeugungsvorrichtung aus den Feedgasen Kohlenstoffdioxid, Wasserdampf, Wasserstoff und/oder einem kohlenwasserstoffhaltigen Restgas und Elektroenergie in RWGS-Prozessen, Elektrolysen zur elektrochemischen Zerlegung von Kohlenstoffdioxid und/oder Wasserdampf, Reformierungsvorgängen und/oder Synthesegaserzeugungsprozessen mit wenigstens einer Gaserzeugungseinheit, einem Elektrolyse-Stack und/oder einer Heizer-Reaktor-Kombination zur Durchführung einer RWGS-Reaktion, und wenigstens einer Abkühlstrecke / Rekuperator für CO-haltiges Gas und/oder Synthesegas,  Further, the soot avoidance and / or soot reduction method for preventing and / or reducing soot within a synthesis gas and / or CO containing gas producing apparatus from the feed gases is carbon dioxide, water vapor, hydrogen and / or a hydrocarbonaceous residual gas and electric power in RWGS processes , Electrolysis for electrochemical decomposition of carbon dioxide and / or water vapor, reforming processes and / or synthesis gas production processes with at least one gas generating unit, an electrolysis stack and / or a heater-reactor combination for performing a RWGS reaction, and at least one CO cooling / Rekuperator -containing gas and / or synthesis gas,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
nach der Gaserzeugung in das CO-haltige Gas / Synthesegas Wasserdampf zur Erhöhung des Wasserdampfanteils im erzeugten Gas eingebracht wird. after gas generation in the CO-containing gas / synthesis gas water vapor is introduced to increase the water vapor content in the gas produced.
Weiter ist das Rußvermeidungs- und/oder Rußverminderungsverfahren zur Vermeidung und/oder Verminderung von Ruß innerhalb einer Synthesegas- und/oder CO-haltiges Gas- Erzeugungsvorrichtung aus den Feedgasen Kohlenstoffdioxid, Wasserdampf, Wasserstoff und/oder einem kohlenwasserstoffhaltigen Restgas und Elektroenergie in RWGS-Prozessen, Elektrolysen zur elektrochemischen Zerlegung von Kohlenstoffdioxid und/oder Wasserdampf, Reformierungsvorgängen und/oder Synthesegaserzeugungsprozessen mit wenigstens einer Gaserzeugungseinheit, einem Elektrolyse-Stack und/oder einer Heizer-Reaktor-Kombination zur Durchführung einer RWGS-Reaktion, und wenigstens einer Abkühlstrecke / Rekuperator für CO-haltiges Gas und/oder Synthesegas,  Further, the soot avoidance and / or soot reduction method for preventing and / or reducing soot within a synthesis gas and / or CO-containing gas producing apparatus from the feed gases is carbon dioxide, water vapor, hydrogen and / or a hydrocarbonaceous residual gas and electric power in RWGS processes , Electrolysis for electrochemical decomposition of carbon dioxide and / or water vapor, reforming processes and / or synthesis gas production processes with at least one gas generating unit, an electrolysis stack and / or a heater-reactor combination for performing a RWGS reaction, and at least one CO cooling / Rekuperator -containing gas and / or synthesis gas,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
vor der Zuführung in die Gaserzeugung in den Feedgasstrom und/oder nach der Gaserzeugung in das CO-haltige Gas / Synthesegas Wasserstoff zur Erhöhung des Wasserstoffanteils im erzeugten Gas eingebracht wird. Before feeding into the gas production in the feed gas stream and / or after the gas production in the CO-containing gas / synthesis gas hydrogen is introduced to increase the hydrogen content in the gas produced.
Darüber hinaus ist das Rußvermeidungs- und/oder Rußverminderungsverfahren zur  In addition, the soot-avoidance and / or soot-reduction method is for
Vermeidung und/oder Verminderung von Ruß innerhalb einer Synthesegas- und/oder CO- haltiges Gas-Erzeugungsvorrichtung aus den Feedgasen Kohlenstoffdioxid, Wasserdampf, Wasserstoff und/oder einem kohlenwasserstoffhaltigen Restgas und Elektroenergie in RWGS- Prozessen, Elektrolysen zur elektrochemischen Zerlegung von Kohlenstoffdioxid und/oder Wasserdampf, Reformierungsvorgängen und/oder Synthesegaserzeugungsprozessen mit wenigstens einer Gaserzeugungseinheit, einem Elektrolyse-Stack und/oder einer Heizer- Reaktor-Kombination zur Durchführung einer RWGS-Reaktion, und wenigstens einer Prevention and / or reduction of soot within a synthesis gas and / or CO-containing gas generating device from the feed gases carbon dioxide, water vapor, Hydrogen and / or a hydrocarbon-containing residual gas and electric energy in RWGS processes, electrolysis for the electrochemical decomposition of carbon dioxide and / or water vapor, reforming processes and / or synthesis gas production processes with at least one gas generating unit, an electrolysis stack and / or a heater-reactor combination for implementation an RWGS reaction, and at least one
Abkühlstrecke / Rekuperator für CO-haltiges Gas und/oder Synthesegas, Cooling section / recuperator for CO-containing gas and / or synthesis gas,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
nach der Gaserzeugung in das CO-haltige Gas / Synthesegas Wasserstoff-reiches Gas zur Kühlung des CO-reichen Gasstroms, wobei dieses Wasserstoff-reiche Gas extern bereitgestellt oder durch getrennte C02-und H20-Elektrolyse hergestellt wird, und das Wasserstoff-reiche Gas in den CO-reichen Gasstrom eingemischt wird, wobei das Wasserstoff-reiche Gas bei Herstellung über den getrennten Elektrolyseprozess vor der Einmischung rekuperativ gegen aufzuheizenden Wasserdampf- und/oder C02-Strom abgekühlt wird. after gas generation in the CO-containing gas / synthesis gas, hydrogen-rich gas for cooling the CO-rich gas stream, this hydrogen-rich gas being externally supplied or produced by separate C0 2 and H 2 0 electrolysis, and the hydrogen rich gas is mixed into the CO-rich gas stream, wherein the hydrogen-rich gas is recuperatively cooled against heated water vapor and / or C0 2 stream when prepared via the separate electrolysis process prior to mixing.
Im Weiteren ist das Rußvermeidungs- und/oder Rußverminderungsverfahren zur Vermeidung und/oder Verminderung von Ruß innerhalb einer Synthesegas- und/oder CO-haltiges Gas- Erzeugungsvorrichtung aus den Feedgasen Kohlenstoffdioxid, Wasserdampf, Wasserstoff und/oder einem kohlenwasserstoffhaltigen Restgas und Elektroenergie in RWGS-Prozessen, Elektrolysen zur elektrochemischen Zerlegung von Kohlenstoffdioxid und/oder Wasserdampf, Reformierungsvorgängen und/oder Synthesegaserzeugungsprozessen mit wenigstens einer Gaserzeugungseinheit, einem Elektrolyse-Stack und/oder einer Heizer-Reaktor-Kombination zur Durchführung einer RWGS-Reaktion, und wenigstens einer Abkühlstrecke / Rekuperator für CO-haltiges Gas und/oder Synthesegas,  In addition, the soot avoidance and / or Rußverminderungsverfahren for avoiding and / or reducing soot within a synthesis gas and / or CO-containing gas generating device from the feed gases carbon dioxide, water vapor, hydrogen and / or a hydrocarbon-containing residual gas and electric energy in RWGS- Processes, electrolysis for the electrochemical decomposition of carbon dioxide and / or water vapor, reforming processes and / or synthesis gas production processes with at least one gas generating unit, an electrolysis stack and / or a heater-reactor combination for performing a RWGS reaction, and at least one cooling line / recuperator for CO-containing gas and / or synthesis gas,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
nach der Gaserzeugung in das CO-haltige Gas zusätzliches Wasser zur Abkühlung des CO- haltigen Gasstroms vor einer Wasserstoffeinmischung zugemischt wird. after gas generation in the CO-containing gas additional water for cooling the CO-containing gas stream is mixed before a hydrogen mixture.
Anordnungsgemäß ist das Rußvermeidungs- und/oder Rußverminderungsanordnung, insbesondere in Verbindung mit einem diesseits offenbarten Rußvermeidungs- und/oder Rußverminderungsverfahren, an oder innerhalb einer Synthesegas- und/oder CO-haltiges Gas- Erzeugungsvorrichtung aus den Feedgasen Kohlenstoffdioxid, Wasserdampf, Wasserstoff und/oder einem kohlenwasserstoffhaltigen Restgas und Elektroenergie in RWGS-Prozessen, Elektrolysen zur elektrochemischen Zerlegung von Kohlenstoffdioxid und/oder Wasserdampf, Reformierungsvorgängen und/oder Synthesegaserzeugungsprozessen mit wenigstens einer Gaserzeugungseinheit, einem Elektrolyse-Stack und/oder einer Heizer-Reaktor-Kombination zur Durchführung einer RWGS-Reaktion, und wenigstens einer Abkühlstrecke / Rekuperator für CO-haltiges Gas und/oder Synthesegas,  According to the arrangement, the soot-avoidance and / or soot-reducing arrangement, in particular in conjunction with a soot-evisceration and / or soot-reduction method disclosed herein, on or within a synthesis gas and / or CO-containing gas generating device from the feed gases carbon dioxide, water vapor, hydrogen and / or a hydrocarbon-containing residual gas and electric energy in RWGS processes, electrolyses for the electrochemical decomposition of carbon dioxide and / or water vapor, reforming processes and / or synthesis gas production processes with at least one gas generation unit, an electrolysis stack and / or a heater-reactor combination for carrying out an RWGS reaction , and at least one cooling line / recuperator for CO-containing gas and / or synthesis gas,
dadurch gekennzeichnet, dass vor der Zuführung in die Gaserzeugung in den Feedgasstrom und/oder nach der Gaserzeugung in das CO-haltige Gas / Synthesegas eine zusätzliches Gas-, Flüssigkeits- und/oder characterized in that before feeding into the gas production in the feed gas stream and / or after the gas production in the CO-containing gas / synthesis gas an additional gas, liquid and / or
Gasgemischzuführung vorgesehen ist, wobei durch diese Zuführung Wasserdampf, Gas mixture supply is provided, whereby by this supply water vapor,
Wasserstoff, Wasserstoff-reiches Gas aus einer exteren Zufuhrvorrichtung, Wasserstoff-reiches Gas aus einer getrennte C02- und H20-Elektrolyse und/oder Wasser zuführbar sind. Hydrogen-rich gas from an external feed device, hydrogen-rich gas from a separate C0 2 - and H 2 0 electrolysis and / or water are supplied.
Rußvermeidung und/oder Rußverminderung durch Erhöhung des Wasserdampfanteils im erzeugten Gas:  Soot reduction and / or soot reduction by increasing the water vapor content in the generated gas:
Um bei einer Anlage zur Erzeugung von Synthesegas aus Kohlenstoffdioxid, Wasserdampf und/ oder Wasserstoff sowie einem kohlenwasserstoffhaltigen Syntheserestgas und  To at a plant for the production of synthesis gas from carbon dioxide, water vapor and / or hydrogen and a hydrocarbon synthesis syngas and
Elektroenergie, die aus mindestens einer Gaserzeugungseinheit, wie z.B. einem Co- Elektrolyse-Stack oder einer Heizer-Reaktor-Kombination zur Durchführung der RWGS- Reaktion, und einer rekuperativen Synthesegasabkühlung, besteht, die Rußbildung während der Gasabkühlung zu unterdrücken bzw. möglichst zu vermeiden, wird vorgeschlagen, durch Zumischung von Wasserdampf in das Synthesegas nach der Gaserzeugung den Electric energy consisting of at least one gas generating unit, e.g. a co-electrolysis stack or a heater-reactor combination for carrying out the RWGS reaction, and a recuperative syngas cooling, it is proposed to suppress the soot formation during the gas cooling or possibly avoid, is proposed by admixing water vapor into the synthesis gas after gas production the
Wasserdampfanteil im erzeugten Synthesegas zu erhöhen. To increase water vapor content in the synthesis gas produced.
Wenn man das Produktgas (Abb. 13, Punkt 1 ), das bei 950 °C erzeugt wird, zunächst auf ca. 600 °C abkühlt, danach den Wasserdampf zumischt und anschließend sofort weiter abkühlt, kann eine Gasumwandlung infolge des Wasserdampfes aufgrund der geringeren Kinetik und des fehlenden Katalysators weitestgehend vermieden werden. Es würde sich wiederum der Zustandspunkt 2 ergeben, allerdings im Vergleich zum Punkt 1 nur mit einem höheren  If the product gas (Fig. 13, point 1), which is produced at 950 ° C, initially cooled to about 600 ° C, then mixes the water vapor and then immediately further cooled, a gas conversion due to the water vapor due to the lower kinetics and the missing catalyst are largely avoided. It would turn out the state point 2, but compared to the point 1 only with a higher
Wassergehalt und (nahezu) unverändertem H2-CO-Molverhältnis. Water content and (almost) unchanged H 2 -CO molar ratio.
Die Wasserdampfzumischung kann auf zwei Wegen erfolgen.  The Wasserzampfmischung can be done in two ways.
Die erste Möglichkeit ist, dass der kältere Dampf (ca. 150 °C) direkt dem ca. 600 °C heißen Gas zugemischt wird. Das käme einem Quenchen mit Gas gleich. Dabei verliert das Produktgas an Exergie, und bei einer rekuperativen Vorwärmung der Feedgase würde sich deren  The first possibility is that the colder steam (about 150 ° C) is added directly to the approximately 600 ° C hot gas. That would be like a quench with gas. In this case, the product gas loses exergy, and in a recuperative preheating of the feed gases would their
Vorwärmtemperatur verringern, was durch einen höheren Elektroenergiebedarf im RWGS- Prozess ausgeglichen werden müsste.  Reduce preheating temperature, which would have to be compensated by a higher electrical energy demand in the RWGS process.
Bei der zweiten Möglichkeit der Wasserdampfzumischung wird der kältere Wasserdampf zunächst gegen einen Teilstrom des weiter abzukühlenden Gas-Wasserdampf-Gemisches rekuperativ vorgewärmt. Dabei ist der Exergieverlust geringer, und es muss weniger  In the second possibility of Wasserzampfzumischung the colder water vapor is first preheated recuperatively against a partial stream of the gas-water vapor mixture to be further cooled. The exergy loss is lower, and it must be less
Elektroenergie zur Nachheizung der Feedgase aufgebracht werden. Electric energy for reheating the feed gases are applied.
Die Wasserdampfzumischung zum erzeugten Produktgas 1 kann auch bei 950 °C, d.h. ohne vorherige Zwischenkühlung, unmittelbar vor der nachfolgenden Gasabkühlung erfolgen.  The water vapor admixture to the product gas 1 produced may also be at 950 ° C, i. without prior intermediate cooling, immediately before the subsequent gas cooling.
Eventuell noch auftretende homogene Gasreaktionen kann man bei der Einstellung der Produktgaszusammensetzung z.B. durch Variation der Feedgasmengen berücksichtigen. Der Wasserdampf hat bei der Zumischung nach der eigentlichen Gaserzeugung nur die Aufgabe die Rußbildung zu vermindern und im besten Fall zu unterdrücken. Der Energieinhalt des Dampfes wird dabei nicht genutzt. Er wird in der Schlusskühlung des Gases in der Regel an die Atmosphäre abgeführt. Rußvermeidungs und/oder Rußverminderung durch H2-Überschuß Any still occurring homogeneous gas reactions can be considered in the adjustment of the product gas composition, for example by varying the amounts of feed gas. The water vapor has in the admixture after the actual gas generation only the task to reduce the formation of soot and suppress at best. The energy content of the steam is not used. It is usually removed to the atmosphere in the final cooling of the gas. Soot reduction and / or soot reduction by H 2 excess
Um die Rußbildung während der Gasabkühlung zu unterdrücken bzw. ganz zu vermeiden, wird weiterhin vorgeschlagen, mit einem zusätzlichen Wasserstoff ström, der entweder zum Feedgas oder zum Synthesegas nach der Gaserzeugung hinzugemischt wird, den Wasserstoffgehalt im erzeugten Synthesegas zu erhöhen. Der zusätzliche Wasserstoffstrom wird nach der  In order to suppress the formation of soot during the gas cooling or to avoid altogether, it is further proposed, with an additional hydrogen flow, which is mixed either to the feed gas or the synthesis gas after gas generation, to increase the hydrogen content in the synthesis gas produced. The additional hydrogen flow is after the
Gasabkühlung wieder aus dem Synthesegas durch eine geeignete Vorrichtung, z.B. eineGas cooling again from the synthesis gas by a suitable device, e.g. a
Membrantrennanlage entfernt, so dass das Synthesegas das gewünschte H2-CO-Molverhältnis hat. Der abgetrennte Wasserstoff wird mittels Verdichter recycelt und dem Feedgasstrom oder dem Synthesegasstrom erneut zugemischt. Membrane separation plant removed so that the synthesis gas has the desired H 2 -CO molar ratio. The separated hydrogen is recycled by means of a compressor and mixed again with the feed gas stream or the synthesis gas stream.
Die Zumischung von Wasserstoff zu den Feedgasen eines RWGS-Prozesses oder einer Co- Elektrolyse verschiebt das Gas in Richtung Wasserstoffecke und damit aus dem Rußgebiet heraus.  The admixture of hydrogen to the feed gases of a RWGS process or a co-electrolysis shifts the gas toward the hydrogen corner and thus out of the soot area.
Die Wirksamkeit dieser Maßnahme hängt von den Kinetiken vor allem der Reaktionen R2 und R3 ab.  The effectiveness of this measure depends on the kinetics, especially of the reactions R2 and R3.
In der Abb. 15 ist die Darstellung der Zustandspunkte eines Co-Elektrolyseprozesses mit H2- Überschuss gezeigt. Das Zustandsdiagramm Abb. 15 zeigt die Zumischung eines H2-reichen Recyclegases (Punkt 2) zu einem H20-C02-Feedgasstrom (Punkt 1 ) vor einer Co-Elektrolyse. Die elektrolytische Zerlegung des Mischgases (Punkt 3) ergibt das Gas nach der Co-Elektrolyse (Punkt 4). In Fig. 15, the representation of the state points of a co-electrolysis process with H 2 - excess is shown. The state diagram Fig. 15 shows the admixture of a H 2 -rich recycle gas (point 2) to a H 2 0-C0 2 feed gas stream (point 1) before co-electrolysis. The electrolytic decomposition of the mixed gas (point 3) gives the gas after co-electrolysis (point 4).
Nach der Abtrennung von Wasser durch Kondensation und des hinreichen Recyclegases (Punkt 2) z.B. mittels einer geeigneten Membran oder einer anderen Gastrennvorrichtung aus dem Gas Punkt 4 erhält man das Synthesegas (Punkt 5) mit dem gewünschten H2-CO- Molverhältnis von 2. After the separation of water by condensation and the sufficient recycle gas (point 2), for example by means of a suitable membrane or other gas separation device from the gas point 4, the synthesis gas (point 5) with the desired H 2 -CO molar ratio of 2.
Das ca. 850 °C heiße Gas im Punkt 4 nach der Co-Elektrolyse wird abgekühlt. Obwohl es bei einer Temperatur <300 °C in das Rußgebiet gelangt, wird es während der Abkühlung auf Grund der geringen Kinetik der Rußbildungsreaktionen bei Temperaturen unter 300 °C kein Ruß bilden.  The approximately 850 ° C hot gas at point 4 after co-electrolysis is cooled. Although it enters the soot area at a temperature <300 ° C, it will not form soot during cooling due to the low kinetics of soot formation reactions at temperatures below 300 ° C.
Auch das ca. 30 °C kalte Gas im Punkt 5 nach der Wasser- und H2-Gas-Abtrennung wird bei dieser Temperatur kein Ruß mehr bilden. Der H207C02-Umsatz des Gases Punkt 3 in der Co-Elektrolyse zum Gas in Punkt 4 beträgt nur 60 %, da höhere Umsätze die Rußbildungsgefahr wieder ansteigen lässt. Even the approximately 30 ° C cold gas at point 5 after the water and H 2 gas separation will no longer form carbon black at this temperature. The H 2 07C0 2 conversion of the gas point 3 in the co-electrolysis to the gas in point 4 is only 60%, since higher conversions increase the risk of soot formation again.
Trotzdem hat dieses wasserfreie Gas einen geringeren C02-Gehalt (0,0973 kmol/kmo ) als das Gas bei gleichem Umsatz aber ohne Wasserstoffzumischung (siehe Abb. 14, C02 = 0,1772 kmol/kmo ). Nevertheless, this anhydrous gas has a lower C0 2 content (0.0973 kmol / kmo) than the gas at the same conversion but without hydrogen admixture (see Fig. 14, C0 2 = 0.1772 kmol / kmo).
Der Grund dafür ist, dass der Wasserstoffüberschuss das chemische Gleichgewicht der Reaktion  The reason for this is that the excess of hydrogen is the chemical balance of the reaction
C02 + H2 -» CO + H20 R4 in Richtung der Reaktionsprodukte verschiebt, und damit den C02-Gehalt im Gas reduziert. Rußvermeidungs und/oder Rußverminderung durch Quenchen (getrennte C02- und H20- Elektrolyse, Quenchen des CO-reichen Stromes) C0 2 + H 2 - »CO + H 2 0 R4 shifts in the direction of the reaction products, thus reducing the C0 2 content in the gas. Soot avoidance and / or soot reduction by quenching (separate C0 2 and H 2 0 electrolysis, quenching of the CO-rich stream)
Um bei einer Anlage zur Erzeugung von Synthesegas aus Kohlenstoffdioxid, Wasser sowie einem kohlenwasserstoffhaltigen Syntheserestgas und Elektroenergie, die aus einem Co- Elektrolyse-Stack und einer rekuperativen Synthesegasabkühlung besteht, die Rußbildung während der Gasabkühlung zu unterdrücken bzw. möglichst zu vermeiden, wird vorgeschlagen, die Wasserdampf- und die C02-Elektrolyse in zwei getrennten Elektrolysestacks durchzuführen, das erzeugte wasserstoffreiche Gas rekuperativ gegen den aufzuheizenden Wasserdampfund/oder C02-Strom abzukühlen und anschließend in den heißen CO-reichen Gasstrom aus der C02-Elektrolyse einzumischen. To suppress in a system for the production of synthesis gas from carbon dioxide, water and a hydrocarbon synthesis syngas and electric energy, which consists of a co-electrolysis stack and a recuperative synthesis gas cooling, the soot formation during the gas cooling or avoid possible, it is proposed that Performing water vapor and C0 2 electrolysis in two separate electrolysis stacks to cool the generated hydrogen-rich gas recuperatively against the steam and / or C0 2 stream to be heated and then mix in the hot CO-rich gas stream from the C0 2 electrolysis.
Durch die Einmischung des gekühlten Wasserstoffes in den heißen CO-reichen Gasstrom wird dieser schnell abgekühlt, so dass die Kinetik der Rußbildungsreaktionen nicht ausreicht, Ruß zu bilden. By mixing the cooled hydrogen into the hot CO-rich gas stream, it is rapidly cooled so that the kinetics of the carbon black formation reactions are insufficient to form carbon black.
In einer erweiterten Ausführungsform wird vorgeschlagen, den heißen CO-haltigen Gasstrom vor der Wasserstoffeinmischung durch Einmischung von Wasser zu quenchen. Die  In an extended embodiment, it is proposed to quench the hot CO-containing gas stream prior to hydrogen mixing by mixing in water. The
Einmischung von Wasser ermöglicht eine noch schnellere Gasabkühlung als die Einmischung von kaltem Wasserstoff. Intermixing of water allows even faster gas cooling than the mixing of cold hydrogen.
Nachteilig beim Quenchverfahren mit Wasser ist, dass die Wärme für die Produktgaskühlung nicht nutzbar ist, sondern als Kondensationswärme bei niedrigen Temperaturen abgeführt werden muss.  A disadvantage of quenching with water is that the heat for the product gas cooling is not available, but must be dissipated as condensation heat at low temperatures.
Beim Quenchen mit Gas wird das Temperaturniveau der Wärmenutzung aus der noch notwendigen Synthesegaskühlung verringert, so dass die Wärme im Prozess selbst, z.B. für die rekuperative Feedgasvorwärmung auf ein möglichst hohes Temperaturniveau, nicht vollständig genutzt werden kann. Sowohl bei der Gasquenchung als auch bei der Wasserquenchung kann die fehlende Wärme für die rekuperative Vorwärmung der Feedgase aber durch sonst nicht genutzte Wärme aus dem 02-haltigen Abgas gedeckt werden, so dass kaum Wirkungsgradverluste auftreten. When quenching with gas, the temperature level of heat recovery from the still necessary synthesis gas cooling is reduced, so that the heat in the process itself, for example, for the recuperative feed gas preheating to the highest possible temperature level, can not be fully utilized. Both in the gas quenching and quenching the lack of heat for the recuperative preheating of the feed gases but can be covered by otherwise unused heat from the 0 2 -containing exhaust gas, so that hardly any loss of efficiency occur.
In Abb. 16 ist die Darstellung der Zustandspunkte eines Co-Elektrolyseprozesses mit getrennten Elektrolysen und Wasserquenchung des CO-reichen Synthesegases gezeigt. Es ist die elektrolytischen Zerlegung von C02 (Punkt 1 ) und H20 (Punkt 4) und die anschließende Quenchung mit Wasser dargestellt. Fig. 16 shows the representation of the state points of a co-electrolysis process with separate electrolyses and water quenching of the CO-rich synthesis gas. It shows the electrolytic decomposition of C0 2 (point 1) and H 2 0 (point 4) and the subsequent quenching with water.
Nach der C02-SOEC wird das gebildete CO-haltige Gas (Punkt 2) mit Wasser gequencht (Punkt 3). Das H2-reiche Gas (Punkt 5) aus der H20-SOEC wird in einem Wärmeübertrager rekuperativ abgekühlt. Beide kalte Gasströme werden nach der Kühlung zum fertigen After C0 2 -SOEC, the formed CO-containing gas (point 2) is quenched with water (point 3). The H 2 -rich gas (point 5) from the H 2 0-SOEC is recuperatively cooled in a heat exchanger. Both cold gas streams become ready after cooling
Synthesegas (Punkt 6) gemischt. Synthesis gas (item 6) mixed.
Nach dem Auskondensieren des überschüssigen Wasserdampfes im Gasgemisch erhält man das fertige Synthesegas (Punkt 7).  After condensing out the excess water vapor in the gas mixture, the finished synthesis gas is obtained (item 7).
In Abb. 17 ist die Darstellung der Zustandspunkte eines Co-Elektrolyseprozesses mit getrennten Elektrolysen und Quenchung des CO-reichen Synthesegases mit gekühltem In Fig. 17 is the representation of the state points of a co-electrolysis process with separate electrolysis and quenching of the CO-rich synthesis gas with cooled
Wasserstoff gezeigt. Es zeigt die Quenchung des heißen CO-haltigen Gases mit rekuperativ abgekühltem Wasserstoff. Hydrogen shown. It shows the quenching of the hot CO-containing gas with recuperatively cooled hydrogen.
Nach der C02-SOEC wird das gebildete CO-haltige Gas (Punkt 2) mit gekühltem H2-reichem Gas (Punkt 5) gequencht. Das H2-reiche Gas (Punkt 5) aus der H20-SOEC wird zuvor in einem Wärmeübertrager rekuperativ abgekühlt. Das entstandene Gasgemisch (Punkt 6) wird gekühlt, und nach der Kondensatabtrennung erhält man das fertige Synthesegas (Punkt 7). After C0 2 -SOEC, the CO-containing gas formed (point 2) is quenched with cooled H 2 -rich gas (point 5). The H 2 -rich gas (point 5) from the H 2 0-SOEC is previously cooled recuperative in a heat exchanger. The resulting gas mixture (item 6) is cooled, and after the separation of the condensate, the finished synthesis gas is obtained (item 7).
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden  Hereinafter, embodiments of the invention with reference to the accompanying
Zeichnungen in der Figurenbeschreibung detailliert beschrieben, wobei diese die Erfindung erläutern sollen und nicht beschränkend zu werten sind: Drawings are described in detail in the description of the figures, which are intended to illustrate the invention and are not intended to be limiting:
Es zeigen: Show it:
Abb. 1 eine schematische Darstellung einer verfahrenstechnische Schaltung des RWGS- Fig. 1 is a schematic representation of a procedural circuit of the RWGS
Prozesses; process;
Abb. 2 eine mögliche verfahrenstechnische Schaltung des Co-Elektrolyse-Prozesses;  Figure 2 shows a possible procedural circuit of the co-electrolysis process.
Abb. 3 einen RWGS-Prozess zur Erzeugung von Synthesegas, bei dem zur Vermeidung von  Fig. 3 shows a RWGS process for the production of synthesis gas, in which to avoid
Rußbildung nach einer Zwischenabkühlung Wasserdampf in das heiße, abzukühlende Synthesegas eingemischt wird;  Soot formation after intercooling water vapor is mixed into the hot, to be cooled synthesis gas;
Abb 4 einen RWGS-Prozess, bei dem der Dampf vor der Einmischung in das  Fig. 4 shows an RWGS process in which the steam is mixed before mixing into the
zwischengekühlte Synthesegas durch Prozesswärme vorgewärmt wird; Abb. 5 einen Co-Elektrolyse-Prozess mit Dampfeinmischung vor der Gasabkühlung mit Vorwärmung des Dampfes durch Prozesswärme; intermediate-cooled synthesis gas is preheated by process heat; Fig. 5 shows a co-electrolysis process with steam mixing before gas cooling with preheating of the steam by process heat;
Abb. 6 einen Co-Elektrolyse-Prozess mit Wasserstoffüberschussfahrweise zur Vermeidung von Rußbildung während der Gasabkühlung;  Figure 6 shows a co-electrolysis process with hydrogen surplus mode to avoid soot formation during gas cooling.
Abb. 7 einen Elektrolyseprozess zur Erzeugung von Synthesegas aus Wasserdampf und Kohlenstoffdioxid mit Hilfe von zwei getrennten Elektrolysen für Wasserdampf und Kohlenstoffdioxid in einer ersten Variante; FIG. 7 shows an electrolysis process for the production of synthesis gas from water vapor and carbon dioxide with the aid of two separate electrolyses for water vapor and carbon dioxide in a first variant;
Abb. 8 einen Elektrolyseprozess zur Erzeugung von Synthesegas aus Wasserdampf und  Fig. 8 shows an electrolysis process for the production of synthesis gas from water vapor and
Kohlenstoffdioxid mit Hilfe von zwei getrennten Elektrolysen für Wasserdampf und Kohlenstoffdioxid in einer zweiten Variante;  Carbon dioxide by means of two separate electrolyses for water vapor and carbon dioxide in a second variant;
Die o.g. Erzeugung des Synthesegases über die reverse Wassergas-Shift-Reaktion, kurz: RWGS, in einem RWGS-Reaktor, rekuperativer Abkühlung sowie Kondensation entsprechend dem Stand der Technik wird von der Anmelderin praktiziert.  The o.g. Production of the synthesis gas via the reverse water gas shift reaction, in short: RWGS, in an RWGS reactor, recuperative cooling and condensation according to the prior art is practiced by the applicant.
Abb. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer verfahrenstechnische Schaltung des RWGS- Prozesses.  Fig. 1 shows a schematic representation of a procedural circuit of the RWGS process.
Als Feedgase für den RWGS-Prozess werden Kohlenstoffdioxid C02, Wasserstoff H2, eventuell Restgase aus einer Fischer-Tropsch-Synthese SPG, das nicht umgesetzte As feed gases for the RWGS process are carbon dioxide C0 2 , hydrogen H 2 , possibly residual gases from a Fischer Tropsch synthesis SPG, which unreacted
Synthesegaskomponenten Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff sowie Kohlenstoffdioxid und niedrige Kohlenwasserstoffe enthält, und Wasserdampf H2Og eingesetzt. Synthesis gas components contains carbon monoxide and hydrogen and carbon dioxide and low hydrocarbons, and water vapor H 2 Og used.
Das Feedgasgemisch 1 wird im Rekuperator 2 gegen den ca. 900 bis 950 °C heißen The feed gas mixture 1 is called in the recuperator 2 against the approximately 900 to 950 ° C.
Synthesegasstrom 6 vorgewärmt und anschließend als Strom 3 dem mit Elektroenergie betriebenen Heizer 4 zugeführt. Preheated synthesis gas stream 6 and then fed as stream 3 to the electric power operated heater 4.
Im Heizer 4 wird das Gasgemisch 3 weiter erwärmt und dabei so viel Wärme zugeführt, dass im nachfolgenden katalytischen Reaktor 5 die endotherme reverse Wassergas-Shift-Reaktion (RWGS-Reaktion)  In the heater 4, the gas mixture 3 is further heated and thereby fed so much heat that in the subsequent catalytic reactor 5, the endothermic reverse water gas shift reaction (RWGS reaction)
C02 + H2 ^ CO + H20 R4 C0 2 + H 2 ^ CO + H 2 O R 4
und die endothermen Reformierungsreaktionen (Beispiel) and the endothermic reforming reactions (example)
C3H8 + 3 H20 -> 3 CO + 7 H2 R5 CH4 + H20 - CO + 3 H2 R6 ablaufen. Dabei kühlt sich das Gas ab. C 3 H 8 + 3 H 2 O -> 3 CO + 7 H 2 R 5 CH 4 + H 2 O - CO + 3 H 2 R6. The gas cools down.
Da die im Heizer 4 zuführbare Wärmemenge aufgrund der maximal zulässigen Temperatur der eingesetzten Konstruktionswerkstoffe begrenzt ist, kann es notwendig sein, um eine bestimmte Synthesegasqualität im Synthesegas 6 zu erzielen, mehrerer Heizer-Reaktor-Kombinationen 4 und 5 vorzusehen. Since the amount of heat that can be supplied in the heater 4 is limited due to the maximum permissible temperature of the materials of construction used, it may be necessary to achieve a certain amount Synthesis gas quality in the synthesis gas 6 to achieve a number of heater-reactor combinations 4 and 5 provide.
Das ca. 900 bis 950 °C heißen Synthesegas 6 wird im Wärmeübertrager 2 rekuperativ gegen die aufzuheizende Feedgas 1 und anschließend im mit Kühlwasser betriebenen Schlusskühler 7 abgekühlt. Bei der Abkühlung des Synthesegases kann Reaktionswasser auskondensieren. Das Kondensat 8 wird aus dem Prozess abgeführt.  The about 900 to 950 ° C hot synthesis gas 6 is recuperatively cooled in the heat exchanger 2 against the heated feed gas 1 and then in operated with cooling water end cooler 7. During the cooling of the synthesis gas, water of reaction can condense out. The condensate 8 is discharged from the process.
Während der Abkühlung des Synthesegasstromes 6 im Wärmeübertrager 2 kann nach den Reaktionsgleichungen R1 , R2 und R3 Ruß entstehen, der sich an der Wärmeübertragerfläche festsetzt und den Wärmeübergang verschlechtert, so dass weniger Wärme für die Aufheizung des Feedgases zur Verfügung steht. Diese fehlende Wärme muss durch den Elektroheizer 4 zusätzlich aufgebracht werden, was den Wirkungsgrad des Prozesses verschlechtert.  During the cooling of the synthesis gas stream 6 in the heat exchanger 2, according to the reaction equations R1, R2 and R3, soot can form, which settles on the heat exchanger surface and deteriorates the heat transfer, so that less heat is available for heating the feed gas. This lack of heat must be additionally applied by the electric heater 4, which deteriorates the efficiency of the process.
Gleichzeitig wird der Synthesegasstrom 6 weniger gekühlt, was durch den Schlusskühler 7 ausgeglichen werden muss.  At the same time, the synthesis gas stream 6 is cooled less, which must be compensated by the final cooler 7.
Der im Wärmeübertrager 2 abgesetzte Ruß verstopft auch die Gaskanäle im Wärmeübertrager. Der dadurch ansteigende Strömungsdruckverlust wird durch die Differenzdruckmessung 9 gemessen und muss durch einen höheren Druck der zugeführten Feedgasströme C02, H2, SPG und H2Og kompensiert werden. Falls das nicht möglich ist, muss die Feedgasmenge insgesamt reduziert werden, was letztendlich zur Leistungsreduzierung der RWGS-Anlage führt. The deposited in the heat exchanger 2 soot also clogs the gas channels in the heat exchanger. The thus increasing flow pressure loss is measured by the differential pressure measurement 9 and must be compensated by a higher pressure of the supplied feed gas streams C0 2 , H 2 , SPG and H 2 Og. If this is not possible, the total quantity of feed gas must be reduced, which ultimately leads to a reduction in the output of the RWGS plant.
Ist die Verschmutzung des Wärmeübertragers mit Ruß zu hoch, muss der Prozess für die Reinigung oder Erneuerung des Wärmeübertragers unterbrochen oder komplett abgefahren werden.  If the contamination of the heat exchanger with soot is too high, the process for cleaning or renewing the heat exchanger must be interrupted or completely shut down.
Abb. 2 zeigt eine mögliche verfahrenstechnische Schaltung des Co-Elektrolyse-Prozesses des Standes der Technik.  Fig. 2 shows a possible procedural circuit of the co-electrolysis process of the prior art.
Die Feedgase Kohlenstoffdioxid C02 und Wasserdampf H2Og werden gemischt und als Gasgemisch 100 im Wärmeübertrager 101 rekuperativ gegen das heiße abzukühlende The feed gases carbon dioxide C0 2 and water vapor H 2 Og are mixed and recuperatively cooled as gas mixture 100 in the heat exchanger 101 against the hot
Synthesegas 107 soweit wie möglich vorgewärmt. Synthesis gas 107 preheated as far as possible.
Nach der rekuperativen Vorwärmung folgt im mit Elektroenergie betriebenen Heizer 103 eine weitere Aufwärmung des Gases 102 auf Eintrittstemperatur in den Elektrolyse-Stack 105 von ca. 850 °C. Im Elektrolyse-Stack 105 wird der Wasserdampf und das Kohlenstoffdioxid des Gasgemisches 104 mit Hilfe von Elektroenergie 106 elektrolytisch in Wasserstoff und  After the recuperative preheating follows in the heater 103 operated with electric energy, a further heating of the gas 102 to the inlet temperature in the electrolysis stack 105 of about 850 ° C. In the electrolysis stack 105, the water vapor and the carbon dioxide of the gas mixture 104 by means of electrical energy 106 electrolytically in hydrogen and
Kohlenstoffmonoxid sowie Sauerstoff zerlegt. Carbon monoxide and oxygen decomposed.
Die elektrolytische Zerlegung ist nicht vollständig und das aus dem Stack 105 austretende Synthesegas 107 befindet sich weitgehend im chemischen Gleichgewicht, so dass im  The electrolytic decomposition is not complete and the synthesis gas 107 leaving the stack 105 is largely in chemical equilibrium, so that in the
Gasgemisch 107 neben Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid auch noch Wasserdampf, Kohlenstoffdioxid und Methan enthalten sind. Übliche H20- bzw. C02-Zerlegungsgrade in SOC- Elektrolysen liegen bei ca. 60-80 %. Gas mixture 107 in addition to hydrogen and carbon monoxide also water vapor, Carbon dioxide and methane are included. Typical H 2 O or C0 2 decomposition levels in SOC electrolyses are approx. 60-80%.
Das ca. 850 °C heiße Synthesegas 107 wird zunächst im Wärmeübertrager 101 rekuperativ gegen das aufzuheizende Feedgasgemisch 100 und anschließend im mit Kühlwasser betriebenen Schlusskühler 108 abgekühlt. Das bei der Abkühlung durch Kondensation des Restwasserdampfes im Synthesegas anfallende Kondensat 109 wird aus dem Prozess abgegeben.  The synthesis gas 107, which has a temperature of approximately 850 ° C., is first recuperatively cooled in the heat exchanger 101 against the feed gas mixture 100 to be heated and then in the final cooler 108 operated with cooling water. The resulting in the cooling by condensation of the residual steam in the synthesis gas condensate 109 is discharged from the process.
Das gekühlte Synthesegas SYG wird der nachfolgenden Verwendung zugeführt.  The cooled syngas SYG is supplied for subsequent use.
Der im Elektrolysestack 105 elektrolytisch abgetrennte Sauerstoff wird auf der Anodenseite des Stacks von Spülluft Luft, die im Rekuperator 201 gegen das abzukühlende Sauerstoff-Luft- Gemisch 110 vorgewärmt und anschließend im Elektroheizer 203 auf ca. 850 °C nachgeheizt wurde, abtransportiert und nach der Abkühlung im Rekuperator 201 als Abgas EXG an die Atmosphäre abgegeben.  The electrolytically separated in the electrolysis stack 105 oxygen is on the anode side of the stack of purge air air preheated in the recuperator 201 against the cooled oxygen-air mixture 110 and then reheated in the electric heater 203 to about 850 ° C, removed and after cooling discharged in the recuperator 201 as exhaust gas EXG to the atmosphere.
Während der Abkühlung des Synthesegases 107 im Wärmeübertrager 101 gelangt das Gas in das Rußgebiet, und es entsteht Ruß.  During the cooling of the synthesis gas 107 in the heat exchanger 101, the gas enters the soot area and soot is produced.
Durch Ablagerungen von Ruß während der Abkühlung des Gases 107 im Wärmeübertrager 101 erhöht sich der Druckverlust 111 über den Wärmeübertrager 101 auf der Synthesegasseite. Damit steigt der Differenzdruck 211 zwischen Anoden- und Kathodenseite des  Deposits of soot during the cooling of the gas 107 in the heat exchanger 101 increases the pressure loss 111 via the heat exchanger 101 on the synthesis gas side. This increases the differential pressure 211 between the anode and cathode side of the
Elektrolysestacks 105, was zum Bruch einzelner Zellen und damit zu Leistungseinbußen und zum Totalausfall des Co-Elektrolyse-Systems führen kann. Electrolysis stacks 105, which can lead to breakage of individual cells and thus to performance losses and total failure of the co-electrolysis system.
Nachfolgend wird zu den Ausführungsbeispielen zur Rußvermeidung bzw. Rußverminderung ausgeführt.  Hereinafter, the embodiments for soot prevention and soot reduction are executed.
Abb. 3 zeigt einen RWGS-Prozess zur Erzeugung von Synthesegas, bei dem zur Vermeidung von Rußbildung nach einer Zwischenabkühlung Wasserdampf H20g.2 in das heiße, abzukühlende Synthesegas eingemischt wird (Wasserdampfzumischung vor der Fig. 3 shows a RWGS process for the production of synthesis gas, in which, to avoid soot formation after an intermediate cooling water vapor H 2 0g.2 is mixed in the hot, to be cooled synthesis gas (Wasserdampfzumischung before the
Synthesegasabkühlung ohne Dampfvorwärmung (RWGS)). Der Wasserdampf stammt aus einer externen Quelle und wird bei dieser Variante vor der Einmischung in das heiße  Synthesis gas cooling without steam preheating (RWGS)). The steam comes from an external source and is in this variant before interference in the hot
Synthesegas nicht durch Prozesswärme weiter vorgewärmt. Synthesis gas not preheated by process heat.
Im Unterschied zu Abb. 1 wird das ca. 900 bis 950 °C heiße Synthesegas 6 zunächst im Rekuperator 2.2 auf eine Temperatur von ca. 600 bis 650 °C abgekühlt. Die Temperatur der Zwischenkühlung darf nur so niedrig sein, dass der Zustandspunkt des abzukühlenden  In contrast to Fig. 1, the approximately 900 to 950 ° C hot synthesis gas 6 is first cooled in the recuperator 2.2 to a temperature of about 600 to 650 ° C. The temperature of the intermediate cooling may only be so low that the state point of the cooled
Synthesegases im Zustandsdiagramm (Abb. 13) noch außerhalb des Rußgebietes bei der entsprechenden Abkühltemperatur liegt. Damit wird im Wärmeübertrager 2.2 noch kein Ruß gebildet. Im zwischengekühlten Synthesegasstrom 10 wird Wasserdampf H20g.2 aus einer externen Quelle eingemischt. Durch die Wasserdampfeinmischung wird der Zustandspunkt des Synthesis gas in the state diagram (Fig. 13) is still outside the Rußgebietes at the appropriate cooling temperature. So that no soot is still formed in the heat exchanger 2.2. In the intercooled synthesis gas stream 10, water vapor H 2 0g.2 is mixed in from an external source. Due to the water vapor mixing, the state point of the
Synthesegases im Zustandsdiagramm (Abb. 13) in Richtung Wasser verschoben. Damit gelangt das Synthesegas-Wasserdampf-Gemisch 11 möglichst erst bei niedrigeren Temperaturen in das Rußgebiet, bei der die Kinetik keine Rußbildung mehr zulässt. Synthesis gas in the state diagram (Fig. 13) in the direction of water shifted. Thus, the synthesis gas-water vapor mixture 11 reaches the soot area, preferably at lower temperatures, where the kinetics no longer allow soot formation.
Die weitere Abkühlung des Gasgemisches 11 erfolgt im Rekuperator 2.1 gegen das  The further cooling of the gas mixture 11 takes place in the recuperator 2.1 against the
aufzuheizende Feedgasgemisch 1 und anschließend im Schlusskühler 7. heated feed gas mixture 1 and then in the final cooler. 7
Die anfallende Kondensatmenge 8 ist aufgrund der Wasserdampfzumischung höher als beim Stand der Technik.  The resulting amount of condensate 8 is higher than in the prior art due to the Wasserdampfzumischung.
Die Wasserdampfeinmischung in das abzukühlende Synthesegas ist auch ohne The water vapor mixture in the synthesis gas to be cooled is also without
Zwischenabkühlung des Synthesegases durchführbar. Intermediate cooling of the synthesis gas feasible.
Der Nachteil des eben beschriebenen Prozesses mit Dampfeinmischung ist, dass durch die Einmischung des relativ kalten Dampfes in das heiße abzukühlende Synthesegas Exergie verloren geht und somit die Feedgase nicht so hoch vorgewärmt werden können. Im  The disadvantage of the above-described process with steam mixing is that the mixing of the relatively cold steam into the hot synthesis gas to be cooled exergy is lost and thus the feed gases can not be so high preheated. in the
Elektroheizer 4 muss somit mehr Elektroenergie eingesetzt werden, um die gleiche Electric heater 4 thus needs more electric power to be used to the same
Vorwärmtemperatur wie im Prozess des Standes der Technik vor dem Reaktor 5 zu erreichen. Preheat temperature as in the process of the prior art in front of the reactor 5 to achieve.
In Abb. 4 ist deshalb ein RWGS-Prozess dargestellt, bei dem der Dampf vor der Einmischung in das zwischengekühlte Synthesegas durch Prozesswärme vorgewärmt wird und somit der Exergieverlust durch die Dampfeimischung geringer ausfällt (Wasserdampfzumischung vor der Synthesegasabkühlung mit Dampfvorwärmung (RWGS)). Fig. 4 therefore shows an RWGS process in which the steam is preheated by process heat before mixing into the intercooled synthesis gas and thus the exergy loss due to the steam mixture is lower (steam admixing before synthesis gas cooling with steam preheating (RWGS)).
Der ca. 900 bis 950 °C heiße Synthesegasstrom 6 wird zunächst wieder wie im Prozess Abb. 3 rekuperativ gegen das aufzuheizende Feedgasgemisch im Wärmeübertrager 2.2 auf ca. 600 bis 650 °C zwischengekühlt.  The approximately 900 to 950 ° C hot synthesis gas stream 6 is first recooled as in the process Fig. 3 recuperative against the heated feed gas mixture in the heat exchanger 2.2 to about 600 to 650 ° C.
In den zwischengekühlten Gasstrom 10 wird Wasserdampf H20g.2 aus externen Quellen eingemischt, der vorher im Rekuperator 2.3 gegen den Teilstrome 12.2 des Synthesegas- Wasserdampf-Gemisches 11 vorgewärmt wurde. In the intercooled gas stream 10 water vapor H 2 0g.2 is mixed from external sources, which was previously preheated in the recuperator 2.3 against the partial stream 12.2 of the synthesis gas - steam mixture 11.
Der andere Teilstrom 12.1 des Synthesegas-Wasserdampf-Gemisches 11 wird für die erste Vorwärmstufe des Feedgasgemisches 1 im Wärmeübertrager 2.1 genutzt.  The other partial stream 12.1 of the synthesis gas-steam mixture 11 is used for the first preheating stage of the feed gas mixture 1 in the heat exchanger 2.1.
Die rekuperativ abgekühlten Synthesegasteilströme 13.1 und 13.2 werden in den  The recuperative cooled synthesis gas streams 13.1 and 13.2 are in the
Schlusskühlern 7.1 und 7.2 gegen Kühlwasser auf die gewünschte Endtemperatur abgekühlt. Die Kondensatströme 8.1 und 8.2 werden aus dem Prozess abgeführt. Anschließend werden die gekühlten Gasströme 14.1 und 14.2 über die Dreiwegearmatur 15 zum Cooling chillers 7.1 and 7.2 cooled against cooling water to the desired final temperature. The condensate streams 8.1 and 8.2 are removed from the process. Subsequently, the cooled gas streams 14.1 and 14.2 on the three-way valve 15 for
Gesamtsynthesegasstrom SYG zusammengefasst. Die Wasserdampfeinmischung in das abzukühlende Synthesegas ist auch ohne Zwischenabkühlung des Synthesegases vor der Dampfeinmischung durchführbar. Total synthesis gas flow SYG summarized. The water vapor mixture in the synthesis gas to be cooled can also be carried out without intermediate cooling of the synthesis gas before the steam mixture.
Die Dampfeinmischung in das abzukühlende Synthesegas zur Vermeidung von Rußbildung während der Abkühlung ist auch bei einem Co-Elektrolyseprozess zur Erzeugung von  The steam mixture in the synthesis gas to be cooled to prevent soot formation during cooling is also in a co-electrolysis process for the production of
Synthesegas durchführbar. Synthesis gas feasible.
Um die Rußbildung bei einem Co-Elektrolyseprozess zu unterdrücken bzw. zu verhindern, kann wie beim RWGS-Prozess Wasserdampf in das abzukühlende Synthesegas eingemischt werden. Um einen zu hohen Exergieverlust zu vermeiden, soll der Wasserdampf mit  In order to suppress or prevent soot formation in a co-electrolysis process, as in the RWGS process, steam can be mixed into the synthesis gas to be cooled. To avoid excessive exergy loss, the water vapor should
Prozesswärme vorgeheizt werden. Process heat to be preheated.
Abb. 5 zeigt einen Co-Elektrolyse-Prozess mit Dampfeinmischung vor der Gasabkühlung mit Vorwärmung des Dampfes durch Prozesswärme (Wasserdampfzumischung vor der Fig. 5 shows a co-electrolysis process with steam mixing before the gas cooling with preheating of the steam by process heat (Wasserdampfzumischung before the
Synthesegasabkühlung mit Dampfvorwärmung (Co-SOC)). Synthesis gas cooling with steam preheating (Co-SOC)).
Das ca. 850 °C heiße Synthesegas 107 wird zunächst im Wärmeübertrager 101.2 auf ca. 650 bis 700 °C abgekühlt. Bei dieser Temperatur liegt das Gasgemisch noch nicht im Rußgebiet. In das zwischengekühlte Gasgemisch 112 wird Wasserdampf H2Og.2 aus einer externen Quelle eingemischt, der im Wärmeübertrager 101.3 gegen einen Teilstrom 114.2 des Wasserdampf- Synthesegas-Gemisches 113 vorgewärmt wurde. The approximately 850 ° C hot synthesis gas 107 is first cooled in the heat exchanger 101.2 to about 650 to 700 ° C. At this temperature, the gas mixture is not yet in the Rußgebiet. In the intercooled gas mixture 112 steam H 2 Og.2 is mixed from an external source, which was preheated in the heat exchanger 101.3 against a partial stream 114.2 of the steam-synthesis gas mixture 113.
Durch die Wasserdampfeinmischung verschiebt sich der Zustandspunkt des Gasgemisches 113 in Richtung Wasser und gelangt bei der weiteren Abkühlung in den Wärmeübertragern 101.1 und 101.3 erst bei einer niedrigeren Temperatur in das Rußgebiet. Bei dieser Temperatur ist aufgrund der Kinetik der Rußbildungsreaktionen R1 und R2 und der kurzen Verweilzeit des Gasgemisches im Wärmeübertrager kein Ruß mehr zu erwarten.  As a result of the water vapor mixing, the state point of the gas mixture 113 shifts in the direction of water and, during the further cooling in the heat exchangers 101. 1 and 101. 3, only reaches the soot area at a lower temperature. At this temperature, due to the kinetics of the soot formation reactions R1 and R2 and the short residence time of the gas mixture in the heat exchanger no soot is expected.
Der zweite Teilstrom 114.1 des Wasserdampf-Synthesegas-Gemisches 113 wird zur rekuperativen Vorwärmung des Feedgasgemisches 100 im Wärmeübertrager 101.1 genutzt. Die rekuperativ abgekühlten Synthesegasteilströme 115.1 und 115.2 werden in den  The second partial stream 114.1 of the steam-synthesis gas mixture 113 is used for the recuperative preheating of the feed gas mixture 100 in the heat exchanger 101.1. The recuperatively cooled synthesis gas streams 115.1 and 115.2 are in the
Schlusskühlern 108.1 und 108.2 weiter gekühlt. Das anfallende Kondensat 109.1 und 109.2 wird abgeführt.  Final coolers 108.1 and 108.2 further cooled. The resulting condensate 109.1 and 109.2 is discharged.
In der Regelarmatur 117 werden die gekühlten Synthesegasströme 116.1 und 116.2 wieder zum Gesamtstrom SYG vereinigt.  In the control valve 117, the cooled synthesis gas streams 116.1 and 116.2 are combined again into the total flow SYG.
Die Wasserdampfeinmischung in das abzukühlende Synthesegas ist auch ohne The water vapor mixture in the synthesis gas to be cooled is also without
Zwischenabkühlung des Synthesegases vor der Dampfeinmischung durchführbar. Intermediate cooling of the synthesis gas before Dampfeinmischung feasible.
Abb. 6 zeigt einen Co-Elektrolyse-Prozess mit Wasserstoffüberschussfahrweise zur  Fig. 6 shows a co-electrolysis process with hydrogen excess mode for
Vermeidung von Rußbildung während der Gasabkühlung (Wasserstoffüberschuss (Co-SOC)). Das Prinzip der Wasserstoffüberschussfahrweise ist auch auf einen RWGS-Prozess übertragbar (wird nicht nochmal extra beschrieben). Prevention of soot formation during gas cooling (excess of hydrogen (Co-SOC)). The principle of the hydrogen surplus method can also be applied to an RWGS process (will not be described separately).
Im Unterschied zum Co-Elektrolyse-Prozess nach dem Stand der Technik (Abb. 2) wird neben Kohlenstoffdioxid C02 und Wasserdampf H2Og auch Kreislaufwasserstoff 118 zum Gasgemisch 100 vermischt. Der Kreislaufwasserstoff bewirkt, dass der Zustandspunkt des abzukühlenden Synthesegases 107 in Richtung Wasserstoff (siehe Abb. 15) verschoben wird und damit die Rußbildung während der Gasabkühlung im Wärmeübertrager 101 unterdrückt bzw. verhindert wird. In contrast to the co-electrolysis process according to the prior art (FIG. 2), in addition to carbon dioxide C0 2 and water vapor H 2 Og, also circulating hydrogen 118 is mixed to form gas mixture 100. The circulating hydrogen causes the state point of the synthesis gas 107 to be cooled to be displaced in the direction of hydrogen (see FIG. 15), and thus the soot formation during gas cooling in the heat exchanger 101 is suppressed or prevented.
Da das Synthesegas 116 nach der Schlusskühlung im Kühler 108 einen zu hohen  Since the synthesis gas 116 after the final cooling in the radiator 108 too high
Wasserstoffgehalt aufweist, wird der überschüssige Wasserstoff in einer geeigneten, wasserstoffselektiven Gastrennvorrichtung 119, z.B. in einer Membrantrennanläge oder PSA- Anlage, abgetrennt und als Kreislaufwasserstoff 118 wieder mit den Feedgasen H2Og und C02 dem Prozess zugeführt. Has hydrogen content, the excess hydrogen in a suitable, hydrogen-selective gas separation device 119, for example in a Membrantrennanläge or PSA plant, separated and recycled as hydrogen chloride 118 again with the feed gases H 2 Og and C0 2 fed to the process.
Da der abgetrennte Wasserstoff 118 in der Regel durch die Gastrennvorrichtung 119 einen Druckverlust erfährt und das Synthesegas einer Synthese zugeführt wird, die unter Druck betrieben wird, wird der Gesamtgasstrom 116 vor der Gastrennung mit dem Verdichter 120 im Druck erhöht. Alternativ kann sich der Verdichter 120 auch im abgetrennten Wasserstoffstrom 118 befinden.  As the separated hydrogen 118 is typically depressurized by the gas separation device 119 and the synthesis gas is supplied to a synthesis which is operated under pressure, the total gas stream 116 is increased in pressure prior to gas separation with the compressor 120. Alternatively, the compressor 120 may also be in the separated hydrogen stream 118.
Zur Regelung der abgetrennten Menge 121 im Wasserstoffstrom 118 bzw. des Wasserstoff- Kohlenstoffmonoxid-Molverhältnisses, was aus den in der Gasanalyse 122 im  To control the amount 121 separated in the hydrogen stream 118 and the hydrogen to carbon monoxide molar ratio, which from the in the gas analysis 122 in the
Synthesegasstrom SYG gemessenen H2- und CO-Konzentrationen berechnet wurde, dient die Regelarmatur 123, die einen Bypassstrom 124 um die Gastrennvorrichtung 119 führt. Synthesis gas flow SYG measured H 2 - and CO concentrations is used, the control valve 123, which leads a bypass flow 124 to the gas separation device 119.
In Abb. 7 ist ein Elektrolyseprozess zur Erzeugung von Synthesegas aus Wasserdampf und Kohlenstoffdioxid mit Hilfe von zwei getrennten Elektrolysen für Wasserdampf und  In Fig. 7 is an electrolysis process for the production of synthesis gas from water vapor and carbon dioxide by means of two separate electrolyses for water vapor and
Kohlenstoffdioxid dargestellt (Getrennte H20- und C02-Elektrolyse und quenchen des CO- reichen Gases mit Wasser). Der CO-haltige Produktstrom aus der C02-Elektrolyse wird mit Wasser gequencht und damit schnell abgekühlt, was die Rußbildung bei der Abkühlung unterdrückt bzw. verhindert. Carbon dioxide shown (separate H 2 0 and C0 2 electrolysis and quenching of CO rich gas with water). The CO-containing product stream from the C0 2 electrolysis is quenched with water and thus rapidly cooled, which suppresses or prevents soot formation during cooling.
Kohlenstoffdioxid C02 wird im Wärmeübertrager 101.3 gegen den Teilstrom 126.2 des heißen Sauerstoff-Luft-Gemisches 110 vorgewärmt und anschließend im Elektroheizer 103.2 auf eine Eintrittstemperatur von ca. 850 °C in den Stack 105.2 aufgeheizt. Carbon dioxide C0 2 is preheated in the heat exchanger 101.3 against the partial flow 126.2 of the hot oxygen-air mixture 110 and then heated in the electric heater 103.2 to an inlet temperature of about 850 ° C in the stack 105.2.
Im Stack 105.2 wird das heiße Kohlenstoffdioxid 104.2 mit Hilfe von Elektroenergie 106.2 in Kohlenstoffmonoxid und Sauerstoff zerlegt. Die Zerlegung des C02 ist nicht vollständig, so dass im austretenden Gas 107.2 nach dem Stack 105.2 neben CO noch C02 enthalten ist. Das ca. 850 °C heiße CO-C02-Gemisch 107.2 wird im Quencher 127 durch Eindüsen von Wasser 128 schockartig abgekühlt. Die schnelle Abkühlung verhindert Rußbildung. Sollte dennoch wenig Ruß gebildet werden, wird dieser durch das verdüste Wasser aus dem Gas ausgewaschen und landet im Sumpf des Quenchers 127, von wo es separat als In stack 105.2, the hot carbon dioxide 104.2 is decomposed by means of electric energy 106.2 into carbon monoxide and oxygen. The decomposition of the C0 2 is not complete, so that in the exiting gas 107.2 after the stack 105.2 in addition to CO still C0 2 is included. The about 850 ° C hot CO-C0 2 mixture 107.2 is cooled in the quencher 127 by injecting water 128 shock. The rapid cooling prevents soot formation. If, however, little soot is formed, it is washed out of the gas by the atomized water and ends up in the quench 127 of the quench, from where it is separated as
Schlammwasser 129 abgezogen und einer weiteren Behandlung zugeführt wird. Mud water 129 withdrawn and fed to a further treatment.
Das sich ebenfalls im Sumpf ansammelnde Quenchwasser gelangt über einen Überlauf in den nachfolgenden Kühler 130. Ein Teilstrom des gekühlten Wassers 131 wird mit Hilfe der Pumpe 132 rezirkuliert und als Quenchwasser 128 dem Quencher 127 erneut zugeführt. Um eine Anreicherung von Ruß im Quenchwasser 128 zu verhindern, wird ein Teil des Wassers als Abwasser ABW abgeführt. Das Zusatzwasser H2Of dient zum Ausgleich von Wasserverlusten im Quenchwasserkreislauf. The quench water also accumulating in the sump passes through an overflow in the subsequent cooler 130. A partial flow of the cooled water 131 is recirculated by means of the pump 132 and fed as quench water 128 to the quencher 127 again. In order to prevent an accumulation of soot in the quench water 128, a portion of the water is discharged as wastewater ABW. The additional water H 2 Of serves to compensate for water losses in Quenchwasserkreislauf.
Der Wasserdampf H2Og wird im Wärmeübertrager 101.1 gegen das heiße, abzukühlende H2- H20-Gemisch 107.1 vorgewärmt und anschließend mit Hilfe des Elektroheizers 103.1 auf Eintrittstemperatur von ca. 850 °C in den Stack 105.1 vorgeheizt. Im Stack 105.1 erfolgt mit Hilfe von Elektroenergie 106.1 die elektrolytische Zerlegung des heißen Wasserdampfes 104.1 in Wasserstoff und Sauerstoff. Die Zerlegung des Wasserdampfes ist nicht vollständig, so dass im austretenden Gas 107.1 nach dem Stack 105.1 neben Wasserstoff noch Wasserdampf enthalten ist. The steam H 2 Og is preheated in the heat exchanger 101.1 against the hot, to be cooled H 2 - H 2 0 mixture 107.1 and then preheated by means of the electric heater 103.1 to inlet temperature of about 850 ° C in the stack 105.1. In the stack 105.1, the electrolytic decomposition of the hot water vapor 104.1 into hydrogen and oxygen takes place with the aid of electric energy 106.1. The decomposition of the water vapor is not complete, so that in the exiting gas 107.1 after the stack 105.1 next to hydrogen nor water vapor is included.
Das im Wärmeübertrager 101.1 abgekühlte H2-H20-Gemisch 133.1 wird mit dem im Quencher 127 abgekühlten CO-C02-Gemisch 133.2, das durch das Quenchen mit Wasserdampf gesättigt ist, vermischt und als Gasgemisch 134 dem mit Kühlwasser betriebenen Schlusskühler 108 zugeführt. Nach der Schlusskühlung gelangt das fertige Synthesegas SYG zur nachfolgenden Synthese. Das bei der Kühlung anfallende Kondensat 109 wird aus dem Prozess abgeführt.The cooled in the heat exchanger 101.1 H 2 -H 2 0 mixture 133.1 is mixed with the cooled in quencher 127 CO-C0 2 mixture 133.2, which is saturated by quenching with water vapor, and fed as a gas mixture 134 operated with cooling water end cooler 108 , After final cooling, the finished synthesis gas SYG reaches the subsequent synthesis. The resulting in the cooling condensate 109 is discharged from the process.
Der in den Stacks 105.1 und 105.2 elektrolytisch von C02 und H20 abgespaltene Sauerstoff wird mit Spülluft Luft, die im Wärmeübertrager 201 gegen den zweiten Teilstrom 126.1 des ca. 850 °C heißen Luft-02-Gemisches 110, das sich aus den Strömen 110.1 und 110.2 aus den Stacks 105.1 und 105.2 zusammensetzt, vorgewärmt. The in the stacks 105.1 and 105.2 electrolytically split off from C0 2 and H 2 0 oxygen is scavenged air, in the heat exchanger 201 against the second partial flow 126.1 of about 850 ° C hot air-0 2 mixture 110, resulting from the Streams 110.1 and 110.2 composed of the stacks 105.1 and 105.2, preheated.
Anschließend wird die Spülluft auf Stacks 105.1 und 105.2 aufgeteilt und in den Elektroheizern 203.1 und 203.2 auf eine Eintrittstemperatur von ca. 850 °C aufgeheizt.  Subsequently, the purge air is divided into stacks 105.1 and 105.2 and heated in the electric heaters 203.1 and 203.2 to an inlet temperature of about 850 ° C.
Das in den Wärmeübertragern 201 und 101.3 abgekühlte Abgas (Luft-02-Gemisch) wird in der Regelarmatur 123 Temperatur geregelt (135.1 , 135.2) zusammengefasst und als gemeinsamer Strom EXG an die Umgebung abgeführt. The cooled in the heat exchangers 201 and 101.3 exhaust gas (air-0 2 mixture) is in the control valve 123 temperature regulated (135.1, 135.2) summarized and discharged as a common stream EXG to the environment.
In Abb. 8 ist ein Elektrolyseprozess zur Erzeugung von Synthesegas aus Wasserdampf und Kohlenstoffdioxid mit Hilfe von zwei getrennten Elektrolysen für Wasserdampf und  In Fig. 8 is an electrolysis process for the production of synthesis gas from water vapor and carbon dioxide by means of two separate electrolyses for water vapor and
Kohlenstoffdioxid dargestellt (Getrennte H20- und CQ2-Elektrolyse und quenchen des CO- haltigen Gases mit kaltem Wasserstoff). Der kohlenmonoxidhaltige Produktstrom aus der C02- Elektrolyse wird mit gekühltem H2-reichem Gas aus der H20-Elektrolyse gequencht und damit schnell abgekühlt, was die Rußbildung bei der Abkühlung unterdrückt bzw. verhindert. Carbon dioxide (separate H 2 O and CQ 2 electrolysis and quenching of the CO containing gas with cold hydrogen). The carbon monoxide-containing product stream from the C0 2 - electrolysis is quenched with cooled H 2 -rich gas from the H 2 0 electrolysis and thus cooled rapidly, which suppresses or prevents soot formation during cooling.
Kohlenstoffdioxid C02 wird im Wärmeübertrager 101.3 gegen den Teilstrom 126.2 des heißen Abgases 110 vorgewärmt und anschließend im Elektroheizer 103.2 auf eine Eintrittstemperatur von ca. 850 °C in den Stack 105.2 aufgeheizt. Carbon dioxide C0 2 is preheated in the heat exchanger 101.3 against the partial flow 126.2 of the hot exhaust gas 110 and then heated in the electric heater 103.2 to an inlet temperature of about 850 ° C in the stack 105.2.
Im Stack 105.2 wird das heiße Kohlenstoffdioxid 104.2 mit Hilfe von Elektroenergie 106.2 in Kohlenstoffmonoxid und Sauerstoff zerlegt. Die Zerlegung des C02 ist nicht vollständig, so dass im austretenden Gas 107.2 nach dem Stack 105.2 neben CO noch C02 enthalten ist. In stack 105.2, the hot carbon dioxide 104.2 is decomposed by means of electric energy 106.2 into carbon monoxide and oxygen. The decomposition of the C0 2 is not complete, so that in the exiting gas 107.2 after the stack 105.2 in addition to CO still C0 2 is included.
Das ca. 850 °C heiße CO-C02-Gemisch 107.2 wird im Gas-Quencher 136 durch Einmischen von kaltem H2-reichem Gas 137 schockartig abgekühlt. Die schnelle Abkühlung verhindert Rußbildung. The about 850 ° C hot CO-C0 2 mixture 107.2 is cooled in the gas quencher 136 by mixing cold H 2 -rich gas 137 shock. The rapid cooling prevents soot formation.
Der Wasserdampf H2Og wird im Wärmeübertrager 101.1 gegen das heiße, abzukühlende H2- H20-Gemisch 107.1 vorgewärmt und anschließend mit Hilfe des Elektroheizers 103.1 auf Eintrittstemperatur von ca. 850 °C in den Stack 105.1 vorgeheizt. Im Stack 105.1 erfolgt mit Hilfe von Elektroenergie 106.1 die elektrolytische Zerlegung des heißen Wasserdampfes 104.1 in Wasserstoff und Sauerstoff. Die Zerlegung des Wasserdampfes ist nicht vollständig, so dass im austretenden Gas 107.1 nach dem Stack 105.1 neben Wasserstoff noch Wasserdampf enthalten ist. The steam H 2 Og is preheated in the heat exchanger 101.1 against the hot, to be cooled H 2 - H 2 0 mixture 107.1 and then preheated by means of the electric heater 103.1 to inlet temperature of about 850 ° C in the stack 105.1. In the stack 105.1, the electrolytic decomposition of the hot water vapor 104.1 into hydrogen and oxygen takes place with the aid of electric energy 106.1. The decomposition of the water vapor is not complete, so that in the exiting gas 107.1 after the stack 105.1 next to hydrogen nor water vapor is included.
Das im Wärmeübertrager 101.1 abgekühlte H2-H20-Gemisch 138 wird im mit Kühlwasser betriebenen Schlusskühler 108 so weit wie möglich nachgekühlt. Das dabei anfallende The cooled in the heat exchanger 101.1 H 2 -H 2 0 mixture 138 is cooled as far as possible in operated with cooling water end cooler 108. The resulting
Kondensat 109 wird aus dem Prozess abgeführt. Condensate 109 is removed from the process.
Nach der Mischung der beiden Gasströme 107.2 und 137 im Gas-Quencher 136 wird das Gas 139 im 2. mit Kühlwasser betriebenen Schlusskühler 108 nachgekühlt und als fertiges  After the mixture of the two gas streams 107.2 and 137 in the gas quencher 136, the gas 139 is cooled in the second cooling cooler 108 operated with cooling water and finished
Synthesegas SYG dem nachfolgenden Syntheseprozess zugeführt. Synthesis gas SYG supplied to the subsequent synthesis process.
Der in den Stacks 105.1 und 105.2 elektrolytisch von C02 und H20 abgespaltene Sauerstoff wird mit Spülluft Luft, die im Wärmeübertrager gegen den zweiten Teilstrom 126.1 des ca. 850 °C heißen Luft-02-Gemisches 110, das sich aus den Strömen 110.1 und 110.2 aus den Stacks 105.1 und 105.2 zusammensetzt, vorgewärmt. The split off in the stacks 105.1 and 105.2 electrolytically from C0 2 and H 2 0 oxygen is scavenged air, in the heat exchanger against the second partial flow 126.1 of about 850 ° C hot air-0 2 mixture 110 resulting from the streams 110.1 and 110.2 composed of the stacks 105.1 and 105.2, preheated.
Anschließend wird die Spülluft auf Stacks 105.1 und 105.2 aufgeteilt und in den Elektroheizern 203.1 und 203.2 auf eine Eintrittstemperatur von ca. 850 °C aufgeheizt. Subsequently, the purge air is divided into stacks 105.1 and 105.2 and heated in the electric heaters 203.1 and 203.2 to an inlet temperature of about 850 ° C.
Das in den Wärmeübertragern 201 und 101.3 abgekühlte Abgas (Luft-02-Gemisch) wird in der Regelarmatur 123 Temperatur geregelt (135.1 , 135.2) zusammengefasst und als gemeinsamer Strom EXG an die Umgebung abgeführt. Im Folgenden werden Maßnahmen beschrieben, um Rußansetzungen in Wärmeübertragern zur Synthesegasabkühlung zu beseitigen (Rußentfernung). The cooled in the heat exchangers 201 and 101.3 exhaust gas (air-0 2 mixture) is in the control valve 123 temperature regulated (135.1, 135.2) summarized and discharged as a common stream EXG to the environment. The following describes measures to eliminate soot deposits in heat exchangers for synthesis gas cooling (soot removal).
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
ABW Abwasser ABW wastewater
Luft Spülluft  Air purge air
C02 Kohlenstoffdioxid C0 2 carbon dioxide
EXG Abgas  EXG exhaust
H2 Wasserstoff H 2 is hydrogen
H2Og Wasserdampf H 2 Og water vapor
H2Og.2 Zusatzwasserdampf H 2 Og.2 additional water vapor
H2Of Wasser (flüssig) H 2 of water (liquid)
N2 Spül-Stickstoff N 2 purge nitrogen
SPG Synthese-Purge-Gas  SPG synthesis purge gas
SYG Synthesegas  SYG synthesis gas
I Feedgasgemisch RWGS  I feed gas mixture RWGS
2 Rekuperator RWGS 2 recuperator RWGS
2.1 Rekuperator zur Teilabkühlung des Synthesegases RWGS 2.1 Recuperator for partial cooling of the synthesis gas RWGS
2.2 Rekuperator zur Teilabkühlung des Synthesegases RWGS2.2 Recuperator for partial cooling of the synthesis gas RWGS
2.3 Rekuperator zur Teilabkühlung des Synthesegases RWGS 3 heißer Feedgasstrom RWGS 2.3 Recuperator for partial cooling of the synthesis gas RWGS 3 hot feed gas stream RWGS
4 Elektroheizer RWGS 4 electric heaters RWGS
5 katalytischer Reaktor RWGS  5 catalytic reactor RWGS
6 heißes Synthesegas RWGS  6 hot syngas RWGS
7 Schusskühler RWGS  7 shot coolers RWGS
7.1 Schlusskühler im Synthesegasteilstrom RWGS  7.1 Final cooler in the synthesis gas partial flow RWGS
7.2 Schlusskühler im Synthesegasteilstrom RWGS 7.2 Final cooler in the synthesis gas partial flow RWGS
8 Kondensat RWGS  8 condensate RWGS
8.1 Kondensat aus dem Synthesegasteilstrom RWGS  8.1 Condensate from the synthesis gas partial flow RWGS
8.2 Kondensat aus dem Synthesegasteil-strom RWGS 8.2 Condensate from the synthesis gas stream RWGS
9 Differenzdruckmessung RWGS 9 Differential pressure measurement RWGS
9.1 Differenzdruckmessung im Synthesegasteilstrom RWGS9.1 Differential pressure measurement in the synthesis gas partial flow RWGS
9.2 Differenzdruckmessung im Synthesegasteilstrom RWGS9.2 Differential pressure measurement in the synthesis gas partial flow RWGS
10 zwischengekühlter Synthesegasstrom RWGS 10 intercooled syngas stream RWGS
I I Synthesegas-Wasserdampf-Gemisch RWGS  I I Synthesis gas-water vapor mixture RWGS
12.1 Teilstrom des Synthesegas-Wasserdampf-Gemisch RWGS 12.2 Teilstrom des Synthesegas-Wasserdampf-Gemisch RWGS 12.1 Partial stream of the synthesis gas-water vapor mixture RWGS 12.2 Partial stream of the synthesis gas-water vapor mixture RWGS
13.1 Gekühlter Synthesegasteilstrom RWGS 13.2 Gekühlter Synthesegasteilstrom RWGS 13.1 Cooled synthesis gas stream RWGS 13.2 Cooled synthesis gas partial flow RWGS
14.1 Synthesegasteilstrom nach Schlusskühler RWGS  14.1 Synthesis gas partial stream downstream of RWGS end cooler
14.2 Synthesegasteilstrom nach Schlusskühler RWGS  14.2 Synthesis gas partial stream downstream of RWGS final cooler
15 Dreiwegearmatur RWGS  15 Three-way fitting RWGS
100 Feedgasgemisch Co-Elektrolyse  100 feed gas mixture co-electrolysis
101 Rekuperator Co-Elektrolyse  101 recuperator co-electrolysis
101.1 Rekuperator Co-Elektrolyse zur Teilabkühlung des Synthesegases 101.1 Recuperator Co-electrolysis for partial cooling of the synthesis gas
101.2 Rekuperator Co-Elektrolyse zur Teilabkühlung des Synthesegases101.2 Recuperator Co-electrolysis for partial cooling of the synthesis gas
101.3 Rekuperator Co-Elektrolyse zur Aufheizung von C02 101.3 Recuperator co-electrolysis to heat C0 2
102 vorgewärmtes Feedgas Co-Elektrolyse  102 preheated feed gas co-electrolysis
103 Elektroheizer Feedgas Co-Elektrolyse  103 Electric heater Feedgas co-electrolysis
103.1 Elektroheizer Teilstrom Feedgas Co-Elektrolyse  103.1 Electric heater Partial flow Feedgas Co-electrolysis
103.2 Elektroheizer Teilstrom Feedgas Co-Elektrolyse  103.2 Electric heater Partial flow Feedgas Co-electrolysis
104 heißes Feedgas Co-Elektrolyse  104 hot feed gas co-electrolysis
104.1 heißer Teilstrom Feedgas (C02) Co-Elektrolyse 104.1 hot partial stream feed gas (C0 2 ) co-electrolysis
104.2 heißer Teilstrom Feedgas (H2Og) Co-Elektrolyse 104.2 hot partial flow of feed gas (H 2 Og) co-electrolysis
105 Co-Elektrolyse-Stack  105 Co-electrolysis stack
105.1 Elektrolyse-Stack für H2Og 105.1 Electrolysis stack for H 2 Og
105.2 Elektrolyse-Stack für C02 105.2 Electrolysis stack for C0 2
106 Elektroenergie Co-Elektrolyse  106 Electric energy co-electrolysis
106.1 Elektroenergie Elektrolyse H2Og 106.1 Electric Energy Electrolysis H 2 Og
106.2 Elektroenergie Elektrolyse C02 106.2 Electric energy electrolysis C0 2
107 heißes Synthesegas Co-Elektrolyse  107 hot syngas co-electrolysis
107.1 Teilstrom heißes Synthesegas Co-Elektrolyse  107.1 Partial stream of hot syngas co-electrolysis
107.2 Teilstrom heißes Synthesegas Co-Elektrolyse  107.2 Partial stream of hot syngas co-electrolysis
108 Schlusskühler Co-Elektrolyse  108 Final Cooler Co-electrolysis
109 Kondensat Co-Elektrolyse  109 condensate co-electrolysis
110 Sauerstoff-Luft-Gemisch Co-Elektrolyse  110 oxygen-air mixture co-electrolysis
110.1 Teilstrom Sauerstoff-Luft-Gemisch Co-Elektrolyse  110.1 partial flow oxygen-air mixture co-electrolysis
110.2 Teilstrom Sauerstoff-Luft-Gemisch Co-Elektrolyse  110.2 Partial flow oxygen-air mixture Co-electrolysis
111 Differenzdruckmessung Rekuperator Co-Elektrolyse  111 Differential pressure measurement Recuperator Co-electrolysis
111.1 Differenzdruckmessung im Synthesegasteilstrom Co-Elektrolyse 111.1 Differential pressure measurement in the synthesis gas partial stream Co-electrolysis
111.2 Differenzdruckmessung im Synthesegasteilstrom Co-Elektrolyse111.2 Differential pressure measurement in the synthesis gas partial stream Co-electrolysis
112 zwischengekühlter Synthesegasstrom Co-Elektrolyse 112 intercooled syngas co-electrolysis
113 Synthesegas-Wasserdampf-Gemisch Co-Elektrolyse  113 Synthesis gas-water vapor mixture Co-electrolysis
114.1 Teilstrom des Synthesegas-Wasserdampf-Gemisch Co-Elektrolyse 114.1 Partial stream of the synthesis gas-water vapor mixture Co-electrolysis
114.2 Teilstrom des Synthesegas-Wasserdampf-Gemisch Co-Elektrolyse 115.1 Gekühlter Synthesegasteilstrom Co-Elektrolyse114.2 Partial stream of synthesis gas-water vapor mixture Co-electrolysis 115.1 Cooled synthesis gas partial stream Co-electrolysis
115.2 Gekühlter Synthesegasteilstrom Co-Elektrolyse 115.2 Cooled synthesis gas partial stream Co-electrolysis
116 Synthesegasstrom nach Schlusskühler Co-Elektrolyse 116 Synthesis gas stream after final condenser Co-electrolysis
116.1 Synthesegasteilstrom nach Schlusskühler Co-Elektrolyse116.1 Synthesis gas partial stream after final cooler Co-electrolysis
116.2 Synthesegasteilstrom nach Schlusskühler Co-Elektrolyse116.2 Synthesis gas partial stream after final cooler Co-electrolysis
117 Dreiwegearmatur Co-Elektrolyse 117 Three-way fitting Co-electrolysis
118 Kreislaufwasserstoff  118 circulating hydrogen
119 Gastrennung Co-Elektrolyse (z.B. Membran)  119 gas separation co-electrolysis (e.g., membrane)
120 Gasverdichter  120 gas compressor
121 Mengenstrommessung  121 Flow rate measurement
122 Gasanalyse  122 gas analysis
123 Dreiwegeregelaramatur  123 three-way regulator
124 Bypassstrom Synthesegas  124 bypass flow synthesis gas
126.1 Teilstrom Sauerstoff-Luft-Gemisch Co-Elektrolyse  126.1 Partial flow oxygen-air mixture Co-electrolysis
126.2 Teilstrom Sauerstoff-Luft-Gemisch Co-Elektrolyse  126.2 Partial flow oxygen-air mixture Co-electrolysis
127 Wasserquencher Co-Elektrolyse  127 water quenchers co-electrolysis
128 Quenchwasser Co-Elektrolyse  128 quench water co-electrolysis
129 Schlammwasser  129 muddy water
130 Kühler Quencher Co-Elektrolyse  130 cooler quencher co-electrolysis
131 Teilstrom Quenchwasser Co-Elektrolyse  131 partial flow quench water co-electrolysis
132 Pumpe Quenchwasser Co-Elektrolyse  132 pump quench water co-electrolysis
133.1 abgekühltes H2-H20-Gemisch Co-Elektrolyse 133.1 cooled H 2 -H 2 0 mixture co-electrolysis
133.2 abgekühltes CO-C02-Gemisch Co-Elektrolyse 133.2 cooled CO-C0 2 -mixture co-electrolysis
134 abgekühltes Synthesegas Co-Elektrolyse  134 cooled syngas co-electrolysis
135.1 Temperaturmessung Teilstrom Abgas  135.1 Temperature measurement partial flow of exhaust gas
135.2 Temperaturmessung Teilstrom Abgas  135.2 Temperature measurement partial flow of exhaust gas
136 Gasquencher Co-Elektrolyse  136 Gas quencher co-electrolysis
137 kaltes, H2-reiches Gas Co-Elektrolyse 137 cold, H 2 -rich gas co-electrolysis
138 abgekühltes, H2-H20-Gemisch Co-Elektrolyse 138 cooled, H 2 -H 2 0 mixture co-electrolysis
139 Mischgas nach Gasquenchung Co-Elektrolyse  139 mixed gas after gas quenching co-electrolysis
201 Rekuperator Co-Elektrolyse, Abgasseite  201 recuperator co-electrolysis, exhaust side
203 Elektroheizer Luft Co-Elektrolyse  203 electric heater air co-electrolysis
211 Differenzdruckmessung Anode-Kathode Stack Co-Elektrolyse  211 Differential pressure measurement anode-cathode stack co-electrolysis

Claims

A N S P R U C H E
Rußvermeidungs- und/oder Rußverminderungsverfahren innerhalb einer Synthesegas- und/oder CO-haltiges Gas-Erzeugungsvorrichtung aus den Feedgasen Soot avoidance and / or Rußverminderungsverfahren within a synthesis gas and / or CO-containing gas generating device from the feed gases
Kohlenstoffdioxid, Wasserdampf, Wasserstoff und/oder einem Carbon dioxide, water vapor, hydrogen and / or a
kohlenwasserstoffhaltigen Restgas und Elektroenergie in RWGS-Prozessen, Hydrocarbon residual gas and electric energy in RWGS processes,
Elektrolysen zur elektrochemischen Zerlegung von Kohlenstoffdioxid und/oder Electrolysis for electrochemical decomposition of carbon dioxide and / or
Wasserdampf, Reformierungsvorgängen und/oder Synthesegaserzeugungsprozessen mit wenigstens einer Gaserzeugungseinheit, einem Elektrolyse-Stack und/oder einer Heizer-Reaktor-Kombination zur Durchführung einer RWGS-Reaktion, und wenigstens einer Abkühlstrecke / Rekuperator für CO-haltiges Gas und/oder Synthesegas, dadurch gekennzeichnet, dass Water vapor, reforming processes and / or synthesis gas production processes with at least one gas generating unit, an electrolysis stack and / or a heater-reactor combination for performing a RWGS reaction, and at least one cooling line / recuperator for CO-containing gas and / or synthesis gas, characterized that
vor der Zuführung in die Gaserzeugung in den Feedgasstrom und/oder nach der Gaserzeugung in das CO-haltige Gas / Synthesegas ein zusätzliches Gas, Flüssigkeit und/oder Gasgemisch zugemischt wird, wobei das zusätzliche Gas, Flüssigkeit und/oder Gasgemisch ausgewählt ist aus: an additional gas, liquid and / or gas mixture is admixed before the feed into the gas production in the feed gas stream and / or after the gas production in the CO-containing gas / synthesis gas, wherein the additional gas, liquid and / or gas mixture is selected from:
a) Wasserdampf zur Erhöhung des Wasserdampfanteils im erzeugten Gas, a) water vapor for increasing the water vapor content in the generated gas,
wobei dieses nach der Synthesegaserzeugung eingebracht wird;  this being introduced after synthesis gas production;
b) Wasserstoff zur Erhöhung des Wasserstoffanteils im erzeugten Gas, wobei dieser in den Feedgasstrom oder nach der Synthesegaserzeugung eingebracht wird; b) hydrogen to increase the hydrogen content in the generated gas, which is introduced into the feed gas stream or after the synthesis gas production;
c) Wasserstoff-reiches Gas zur Kühlung des CO-reichen Gasstroms, wobei dieses Wasserstoff-reiche Gas extern bereitgestellt oder durch getrennte C02- und H20- Elektrolyse hergestellt wird, und das Wasserstoff-reiche Gas in den CO-reichen Gasstrom eingemischt wird, wobei das Wasserstoff-reiche Gas bei Herstellung über den getrennten Elektrolyseprozess vor der Einmischung rekuperativ gegen aufzuheizenden Wasserdampf- und/oder C02-Strom abgekühlt wird; c) Hydrogen-rich gas for cooling the CO-rich gas stream, wherein this hydrogen-rich gas is externally provided or produced by separate C0 2 - and H 2 0 electrolysis, and mixed the hydrogen-rich gas in the CO-rich gas stream is, wherein the hydrogen-rich gas is recuperatively cooled against heated water vapor and / or C0 2 stream when prepared via the separate electrolysis process prior to mixing;
und/oder and or
d) Wasser zur Abkühlung des CO-haltigen Gasstroms vor einer d) water to cool the CO-containing gas stream before a
Wasserstoffeinmischung. Rußvermeidungs- und/oder Rußverminderungsanordnung mit einem  Hydrogen interference. Soot avoidance and / or soot reduction arrangement with a
Rußvermeidungs- und/oder Rußverminderungsverfahren nach dem vorangehenden Anspruch, an oder innerhalb einer Synthesegas- und/oder CO-haltiges Gas- Erzeugungsvorrichtung aus den Feedgasen Kohlenstoffdioxid, Wasserdampf, Wasserstoff und/oder einem kohlenwasserstoffhaltigen Restgas und Elektroenergie in RWGS-Prozessen, Elektrolysen zur elektrochemischen Zerlegung von Kohlenstoffdioxid und/oder Wasserdampf, Reformierungsvorgängen und/oder Synthesegaserzeugungsprozessen mit wenigstens einer Gaserzeugungseinheit, einem Elektrolyse-Stack und/oder einer Heizer-Reaktor-Kombination zur A soot avoidance and / or soot reduction process according to the preceding claim, at or within a synthesis gas and / or CO-containing gas producing device from the feed gases carbon dioxide, water vapor, hydrogen and / or a hydrocarbonaceous residual gas and electric energy in RWGS processes, electrochemical electrochemicals Disassembly of Carbon dioxide and / or steam, reforming operations and / or synthesis gas production processes with at least one gas generating unit, an electrolysis stack and / or a heater-reactor combination for
Durchführung einer RWGS-Reaktion, und wenigstens einer Abkühlstrecke / Rekuperator für CO-haltiges Gas und/oder Synthesegas, Performing an RWGS reaction, and at least one cooling / recuperator for CO-containing gas and / or synthesis gas,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
vor der Zuführung in die Gaserzeugung in den Feedgasstrom und/oder nach der Gaserzeugung in das CO-haltige Gas / Synthesegas eine zusätzliches Gas-, Flüssigkeits- und/oder Gasgemischzuführung vorgesehen ist, wobei durch diese Zuführung Wasserdampf, Wasserstoff, Wasserstoff-reiches Gas aus einer externen Zufuhrvorrichtung, Wasserstoff-reiches Gas aus einer getrennte C02- und H20- Elektrolyse und/oder Wasser zuführbar sind. an additional gas, liquid and / or gas mixture supply is provided before feeding into the gas production in the feed gas stream and / or after gas production in the CO-containing gas / synthesis gas, wherein by this supply water vapor, hydrogen, hydrogen-rich gas an external supply device, hydrogen-rich gas from a separate C0 2 - and H 2 0 electrolysis and / or water are supplied.
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