WO2003055794A2 - Verfahren und vorrichtung zur behandlung und/oder reformierung von gasförmigen brennstoffen sowie anwendung bei einem kraftwerk und zugehöriges kraftwerk - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur behandlung und/oder reformierung von gasförmigen brennstoffen sowie anwendung bei einem kraftwerk und zugehöriges kraftwerk Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method and device for the treatment and / or reforming of gaseous fuels.
  • the invention also relates to the application of the method to a power plant and to the associated power plant.
  • Hydrogen as an energy source promises a more efficient use of the existing fossil fuels and a reduction in the emissions of C0 2 and other pollutants:
  • the enrichment of fuels with hydrogen enables leaner combustion in combustion plants, which leads to increased efficiency under partial load. At the same time, carbon monoxide and nitrogen oxide emissions can be reduced. If the hydrogen is incomplete
  • Oxidation of the fuel itself is generated, which is referred to as reforming, the resulting carbon compounds such as methanol or higher hydrocarbons usable as valuable materials in the chemical industry can be separated. This further reduces the specific C0 2 emission of the internal combustion system, since the H / C ratio of the fuel used increases.
  • Possible oxidizing agents for the reforming reaction are water, oxygen or carbon dioxide.
  • oxidizing agents for reforming reactions are oxygen and carbon dioxide:
  • catalysts are sensitive to impurities in the gas, e.g. Sulfur compounds, and are "poisoned" by them.
  • Arc reactors have the advantage of a very compact design, the insensitivity to impurities in the treatment gas and the applicability to a variety of fuels such as natural gas, gasoline or biomass. Disadvantages are the high energy requirement as well as the heavy material stress, which leads to a short service life of the electrodes.
  • Non-thermal plasmas are characterized by the fact that between electrons with a very high average electron energy of typically 3 to 8 eV (1 eV would correspond to approx. 11000 K in thermal equilibrium), electronic excitation and ionization on the one hand and the other on the other hand, there is a thermodynamic imbalance.
  • Non-thermal plasmas can form if there is a strong temporal or spatial limitation of the energy coupling and by combination with gas flows.
  • Non-equilibrium is achieved in that the duration of the energy coupling is greatly limited in time: In DBDs, this is achieved by a dielectric barrier that is inserted in the gas discharge gap between the electrode and counterelectrode: At atmospheric pressure, DBDs burn in the form of small micro-discharges that are statistically and spatially distributed over time - genes that charge the barrier locally electrically. Since the voltage drop at the gas discharge gap is the difference between the external voltage at the reactor and the voltage drop at the barrier, this electrical charge causes the voltage at the gas discharge gap to drop very quickly below the value required to maintain an electrical gas discharge. Therefore, DBD ⁇ s can only be excited by time-varying voltages.
  • a simple form of electrical excitation can be achieved by applying an AC voltage with a frequency between ty- 50 Hz and some 100 kHz.
  • the product of the total thickness of the gas discharge gap d G and pressure p does not exceed a value of typically 3 mm-bar at room temperature ,
  • Plasma-chemically efficient operation with larger gas discharge gaps is only possible with electrical pulse excitation, in which it is no longer solely the electrical charge of the dielectric barrier that is responsible for the maintenance of a thermal non-equilibrium, but the time limitation of the gas discharge by the external electrical excitation.
  • electrical pulse power supplies with these specifications are complex custom-made products and contain expensive special components.
  • Spark discharges have a longer electrical energy coupling compared to DBD x s and PCD ⁇ s, which already leads to strong gas heating. Industrial applications are therefore questionable both because of the power requirement and because of the erosion of the spark electrodes.
  • the generation of pulsed microwave discharges at atmospheric pressure has so far required such considerable effort both from the design of the microwave resonator and from the electrical excitation that industrial use is not yet foreseeable.
  • Dielectric-barrier discharges and corona discharges have been proposed several times for the reforming of hydrocarbons to produce hydrogen (CH 378 296 A, DE 42 208 65, DE 197 579 36 A, FR 2 757 499 A). It describes the implementation of a mixture of a fuel and an oxidizing agent such as water vapor, carbon dioxide or Oxygen to a hydrogen-containing product gas, partly in combination with a catalyst or a membrane for the selective separation of hydrogen.
  • oxidizing agent such as water vapor, carbon dioxide or Oxygen
  • the methane component of the feed gas is preferably activated by the gas discharge without being combined with catalysts. This primarily results in the formation of hydrogen and higher hydrocarbons, while oxidized components such as CO can only be formed in very small quantities. A high hydrogen yield cannot be achieved in this way. With oxygen as the oxidizing agent, it was possible to achieve a higher selectivity for the formation of hydrogen, but the poor thermal efficiency makes this process appear less attractive.
  • High-voltage pulse power supplies speak against the use of DBD reactors or PCD reactors with a long range.
  • the object is achieved by a method with the measures of claim 1 or by a device with the features of claim 9.
  • An advantageous application of the inventive method for a power plant is the subject of claim 8, and a certified ⁇ sound proof power plant subject of claim 16, further developments of the method and apparatus, especially also in connection with the power plant subject of the dependent claims.
  • the invention proposes a non-thermal plasma process for reforming hydrocarbons which, compared to the prior art, has a higher thermal efficiency, a higher selectivity for the production of hydrogen and, at the same time, the advantage of simple scalability for industrial use.
  • These advantages are achieved by using an electron beam to generate the non-thermal plasma.
  • electrons are released from a suitable source, accelerated in an electric field and radiated through a thin film into the gas space, in which then radicals and ions reactive with the gas molecules are generated by collision processes of the electrons, thus inducing the reforming reactions.
  • the method is particularly suitable for converting a gas mixture consisting of one or more fuel gases, for example hydrocarbons, alcohols, carbon monoxide, and one or more oxidizing gases, for example oxygen, air, water vapor, carbon dioxide, possibly also in the presence of inert gases, for example nitrogen , with the aim of
  • the reforming according to the invention is carried out at temperatures Zvi ⁇ rule ambient temperature of 25 ° C and 600 ° C, but preferably between 100 ° C and 400 ° C.
  • the electron beam process works in a wide pressure range from a slight negative pressure of, for example, 0.1 bar to an excess pressure of 60 bar.
  • the preferred area of application is between atmospheric pressure and 25 bar.
  • the electron beam process for reforming according to the invention has the following special features:
  • the generation of fast electrons takes place outside the reactor volume and is therefore independent of the conditions within the reactor volume.
  • the electrons enter the reactor volume with a very high energy of typically 150 keV and gradually release their energy in ionization, excitation and dissociation processes.
  • the electrical shocks that occur in such processes generate secondary electrons with energies of up to several 100 eV.
  • the electron beam source is constructed as a triode with a heated cathode as an electron emitter.
  • Controllable DC high-voltage sources of high power for the acceleration voltage are known from the prior art, as are the further supply voltages for electron beam sources. This also provides the prerequisites for simple, inexpensive upscaling with the aim of economical use.
  • FIG. 1 shows the principle of electron beam reforming
  • FIG. 2 shows a graphical representation of the electron impact cross section for the dissociation of different substances. zen depending on the electron energy as distribution curves,
  • FIG. 3 shows a device with an electron beam source and a planar reactor
  • FIG. 4 shows a sectional view of a coaxial reactor with radial radiation
  • FIG. 5 shows a coaxial reactor with axial irradiation
  • FIG. 6 shows a block diagram of an electron beam source with online control of current and voltage
  • FIG. 7 shows a schematic representation of the electron beam treatment of a fuel gas in combination with a product separation
  • FIG. 8 shows a basic circuit diagram of a power plant with a combined Reforming / combined cycle process, in which the methods or devices described with reference to the preceding FIGS. 1 and 2 to 7 are used.
  • FIG. 1, 1 denote high-energy primary electrons before and after a series of impacts.
  • Reference number 2 denotes a molecule of the general structure AB, from which particles 3, 3 ⁇ and 4, 4 are formed as ionized molecular fragments A + on the one hand and as neutral molecular fragments B on the other hand by electron impact.
  • 5 denotes the secondary electrons that arise during the interactions.
  • the process is preferably carried out in flow.
  • the gas to be treated is guided past the exit window of the electron beam apparatus.
  • a narrow window with a high intensity in the direction of flow or a wide window with a correspondingly low beam intensity can be used.
  • the reactor geometry can be planar according to FIG. 3, coaxial with radial irradiation of the electrons according to FIG. 4 or coaxial with axial irradiation of the electrons according to FIG. 5.
  • FIG. 3 shows a high-voltage cathode 21 with associated heater 22 and control grid 23, which are arranged in an electrically insulating cathode tube 24.
  • a ring anode is designated.
  • an electron beam 27 is guided in a metallic anode tube 26 and acts via an outlet window 31 on an educt gas 28 flowing into a reactor vessel.
  • the resulting product gas is designated 29.
  • FIG. 4 shows in FIG. 4 a reactor vessel 41 with an annular entry window 42 for electrons, through which the electron beam 43 can enter radially. With 44 the educt gas and 45 with the product gas is designated.
  • a reactor vessel 51 is designed with a window 52 such that the electron beam 53 can enter axially.
  • a feed gas 54 is used on both sides Reactor vessel 51 supplied and deflected, a product gas 50 thus generated is led out axially.
  • the scalability of the process to high mass throughputs and thus high outputs is possible both by increasing the current and by increasing the acceleration voltage, without this resulting in changes in the process.
  • the current can be varied by varying the heating current of a hot cathode and via grid voltages. It should be noted that the power deposited in the film, which increases in proportion to the current, can be dissipated by cooling.
  • the acceleration voltage and thus the energy of the electrons must be so great that they can penetrate the foil that separates the gas from the vacuum with as little loss as possible.
  • the film must be gas-tight on the one hand and withstand the pressure difference, but on the other hand it must be permeable to electrons and absorb as little of their energy as possible.
  • Gas-tight titanium foils with a thickness of up to 10 ⁇ m are state of the art.
  • the minimum acceleration voltage for small film dimensions is 60 kV. In order to keep the losses small and to be able to operate the electron beam with a larger current, acceleration voltages of over 100 kV are preferred.
  • p is the pressure
  • d is a reactor dimension related to the penetration depth of the electrons
  • U is the acceleration voltage of the electron beam source in kV, 1.5 ⁇ n ⁇ 2.0 an exponent
  • T the gas temperature in K.
  • regulation can also be carried out as a function of gas compositions, preferably the product gas.
  • the reactor is designated by 60, to which the electron beam source 61 with the power supply unit and associated control electronics 62 is assigned.
  • a temperature sensor 63, a pressure sensor 64 and a flow meter 65 for an inflowing starting gas 67 are present.
  • means 66 for gas analysis are provided at the end of the reactor 60, with which the product gas produced can be examined with regard to its components.
  • two electron beam reactors 71 and 71 are connected in series. Educt gas 74 flows into the reactor 71 and product gas 75 flows out, into the reactor 71 x educt gas 74 and product gas 75 times out.
  • ⁇ between the two reactors 71 and 71 is connected a Abtrennreaktor 72 with associated equipment 73rd The same applies for the reactor ⁇ 71 ⁇ downstream Abtrennreaktor 72nd With the separation reactors 72, 72 ⁇ , a selective separation of products 76 and 76 is possible.
  • the electron beam process can be combined with separation processes and catalytic processes, which is illustrated in FIG. 7.
  • the aim is to enrich the fuel gas with molecular hydrogen. Therefore, according to the invention, the electron beam treatment in the gas inlet of the combustion chamber is carried out under the pressure and temperature conditions which are necessary for the combustion process. ren are normally provided. In the case of GUD power plants in particular, the reforming takes place at an elevated temperature of up to 400 ° C. and an increased pressure of up to 25 bar.
  • the hydrogen enriching's rays of a fuel gas by electric ⁇ advantageously proceeds more efficiently at elevated temperature and that the temperature increase as a result of adiabatic gas compression is performed automatically.
  • FIG. 8 shows the application of the described method in a power plant for generating electrical energy from a gaseous fuel.
  • a combined reforming / CCGT process is used, the main features of which are assumed to be known:
  • it contains a gas turbine 120 on the one hand and a steam turbine 130 on the other hand, each of which is coupled to generators 125 and 135 for generating electrical energy.
  • the gas turbine 120 is associated with a device 110 for reforming fuels, which contains in detail a reformer 111, a steam supply unit 112, a separator 113 and a source of natural gas 114.
  • the separator 113 is followed by a burner (combustor) 115, to which compressed air from a compressor unit 122 with an upstream air supply 121 is also supplied in addition to the reformer gas.
  • the burner 116 is connected to the gas turbine 120, with the generator 125 mechanically coupled to it.
  • the reformer 111 is supplied electrically by the generator 125.
  • the exhaust gases from the gas turbine 120 pass to a steam generator 124, which on the one hand supplies the steam for the steam supply unit 112 of the reforming unit 110 and also steam for the steam turbine 130.
  • the steam turbine 130 is followed by a condenser 131 for condensing water, the output of which is recirculated to the water supply to the steam generator 124.
  • the already mentioned generator 135 is connected downstream of the steam turbine 130.
  • the use of fast electrons is therefore advantageous for the reforming process.
  • the radiation of the electrons takes place parallel to the gas flow directly into the combustion chamber 115. This results not only in the possibility of lean combustion due to the hydrogen enrichment of the fuel gas, but also in the lean combustion being stabilized by the generation of radicals induced by electron beams in the combustion chamber.
  • condensation physisorption or chisorption in a suitable liquid or solid adsorber.
  • the electron beam treatment is then preferably carried out at low temperatures and high pressure. Temperatures below 200 ° C are advantageous.

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Abstract

Es ist bereits bekannt, mit nichtthermischen Plasmen eine Reformierung von Brennstoffen zu bewirken. Gemäss der Erfindung werden Elektronen zur Erzeugung der nichtthermischen Plasmen zwecks Reformierung der Brennstoffe eingesetzt. Bei der zugehörigen Vorrichtung mit einem Reaktorgefäss (30) sind eine Elektronenstrahlquelle (21 - 26) und ein Reaktorgefäss (30) vorhanden, denen Mittel zur Generierung und Einkoppelung des Elektronenstrahls (27) in das Reaktorgefäss (30) zugeordnet sind. Eine spezifische Vorrichtung (110) kann vorteilhafterweise einer Gasturbine (120) zur Behandlung des dort eingesetzten Brenngases zugeordnet sein, womit insbesondere ein verbessertes GUD-Kraftwerk (100) geschaffen wird.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung und/oder Reformierung von gasförmigen Brennstoffen sowie Anwendung bei einem Kraftwerk und zugehöriges Kraftwerk
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und Vorrichtung- zur Behandlung und/oder Reformierung von gasförmigen Brennstoffen. Daneben bezieht sich die Erfindung auch auf die An- wendung des Verfahrens bei einem Kraftwerk und auf das zugehörige Kraftwerk.
Wasserstoff als Energieträger verspricht eine effizientere Nutzung der vorhandenen fossilen Brennstoffe und eine Reduk- tion der Emissionen von C02 und anderen Schadstoffen: Die Anreicherung von Brennstoffen mit Wasserstoff ermöglicht eine magerere Verbrennung in Verbrennungskraftanlagen, die in der Teillast zu erhöhten Wirkungsgraden führt. Gleichzeitig können dabei die Kohlenmonoxid- und die Stickoxidemissionen re- duziert werden. Wenn der Wasserstoff durch unvollständige
Oxidation des Brennstoffes selbst erzeugt wird, was als Reformierung bezeichnet wird, können die dabei entstehenden als Wertstoffe in der chemischen Industrie nutzbaren Kohlenstoffverbindungen wie Methanol oder höhere Kohlenwasserstoffe teilweise abgetrennt werden. Dadurch wird die spezifische C02-Emission der Verbrennungskraftanlage weiter verringert, da sich das H/C-Verhältnis des eingesetzten Brennstoffes dabei erhöht. Mögliche Oxidationsmittel für die Reformierungs- reaktion sind Wasser, Sauerstoff oder Kohlendioxid.
Bisher bekannte Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff sind in erster Linie katalytische Verfahren. Dabei werden die Reaktanden unter geeigneten äußeren Bedingungen wie Temperatur, Druck, Flussgeschwindigkeit mit einer katalytisch akti- ven Oberfläche in Kontakt gebracht. Das bedeutendste Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff ist die Dampfreformierung von Methan bzw. Erdgas, welche nach folgender Reaktion ab¬ läuft:
CH4 + H20 → 3 H2 + CO (1) Die Reaktion ist stark endotherm und wird bei 800-900 °C mit einem Nickel-Katalysator durchgeführt. Die hohen Temperaturen sind notwendig, um das Gleichgewicht der Reaktion möglichst weit auf die Seite der Produkte zu verschieben.
Weitere Oxidationsmittel für Reformierungsreaktionen sind Sauerstoff und Kohlendioxid:
2 CH4 + 02 → 4 H2 + 2 CO (2)
CH4 + C02 - 2 H2 + 2 CO (3)
Bei katalytischen Reformierungsprozessen besteht die Gefahr, dass sich fester Kohlenstoff bildet und sich dieser auf dem Katalysator ablagert und so die aktive Oberfläche blockiert. Außerdem sind Katalysatoren empfindlich gegenüber Verunreinigungen im Gas, wie z.B. Schwefelverbindungen, und werden durch diese "vergiftet".
Eine Alternative zur katalytischen Umwandlung bieten Verfahren, bei denen zur Aufheizung des Gases thermische Plasmen in Form von Lichtbögen verwendet werden. Hierbei werden durch stromstarke Gasentladungen Temperaturen oberhalb 2000°C erreicht. Diese hohen Gastemperaturen bewirken Umsatzraten und Reaktionszeiten, die den Einsatz von Katalysatoren verzichtbar machen.
Lichtbogen-Reaktoren haben den Vorteil eines sehr kompakten Aufbaus, der Unempfindlichkeit gegenüber Verunreinigungen des Behandlungsgases und die Anwendbarkeit auf eine Vielzahl von Brennstoffen z.B. Erdgas, Benzin oder Biomasse. Nachteile sind der hohe Energiebedarf wie auch die starke Materialbeanspruchung, welche zu geringen Standzeiten der Elektroden führt . Nichtthermische Plasmen dagegen zeichnen sich dadurch aus, dass zwischen Elektronen mit einer sehr hohen mittleren Elektronenenergie von typischerweise 3 bis 8 eV (1 eV entspräche im thermischen Gleichgewicht ca. 11000 K) , elektroni- scher Anregung und Ionisation auf der einen Seite und den noch durch eine Gastemperatur beschreibbaren Neutralteilchen auf der anderen Seite ein thermodynamisches Ungleichgewicht besteht. Hier ist eine selektive und effiziente Einkopplung von Energie über Elektronenstoßreaktionen, bei denen reaktive Radikale und Ionen gebildet werden, ohne wesentliche Erhöhung der Gastemperatur möglich. Nichtthermische Plasmen können sich bilden bei starker zeitlicher oder räumlicher Begrenzung der Energie-Einkopplung und durch Kombination mit Gasströmungen.
Geläufige Techniken zur Erzeugung nichtthermischer Plasmen bei Atmosphärendruck sind elektrische Gasentladungen wie dielektrisch behinderte Entladungen (DBD = Dielectric Barrier Discharge) , Corona-, Funken- und gepulste Mikrowellenentla- düngen. In diesen Gasentladungen wird ein thermodynamisches
Nichtgleichgewicht dadurch erreicht, dass die Dauer der Energieeinkopplung zeitlich stark begrenzt wird: In DBDs wird das durch eine dielektrische Barriere erreicht, die in den Gasentladungsspalt zwischen Elektrode und Gegenelektrode einge- fügt ist: Bei Atmosphärendruck brennen DBDs in Form kleiner zeitlich und räumlich statistisch verteilter Mikroentladun- gen, die die Barriere lokal elektrisch aufladen. Da sich der Spannungsabfall am Gasentladungsspalt als Differenz der äußeren Spannung am Reaktor und des Spannungsabfalls an der Bar- riere ergibt, sinkt durch diese elektrische Aufladung die Spannung am Gasentladungsspalt sehr schnell unter den Wert, der zur Aufrechterhaltung einer elektrischen Gasentladung erforderlich ist. Deshalb können DBDλs nur durch zeitlich veränderliche Spannungen angeregt werden.
Eine einfache Form der elektrischen Anregung lässt sich durch Anlegen einer Wechselspannung mit einer Frequenz zwischen ty- pisch 50 Hz und einigen 100 kHz erreichen. Für eine zeitlich und räumlich gleichmäßige statistische Verteilung der Mikro- entladungen und zur Erzielung ausreichend hoher mittlerer Elektronenenergien ist es jedoch erforderlich, dass bei Raum- temperatur das Produkt aus Gesamtdicke des Gasentladungsspaltes dG und Druck p einen Wert von typisch 3 mm-bar nicht überschreitet .
Ein plasmachemisch effizienter Betrieb bei größeren Gasentla- dungsspalten ist nur bei elektrischer Pulsanregung möglich, bei der nicht mehr allein die elektrische Aufladung der dielektrischen Barriere sondern die zeitliche Begrenzung der Gasentladung durch die äußere elektrische Anregung für die Aufrechterhaltung eines thermischen Nichtgleichgewichtes ver- antwortlich ist. Mit zunehmender Dicke des Gasentladungsspaltes wird die DBD gepulsten Corona-Entladungen (PCD = Pul sed Corona Discharge) ähnlicher, für deren Betrieb elektrische Hochspannungspulse mit sub-μs-Dauer unerlässlich sind. Elektrische Pulsnetzteile mit diesen Spezifikationen sind aufwen- dige Sonderanfertigungen und enthalten teure Spezialbauteile .
Funkenentladungen weisen gegenüber DBDxs und PCDλs eine längere elektrische Energieeinkopplung auf, die bereits zu kräftiger Gasaufheizung führt. Industrielle Anwendungen sind da- her sowohl wegen des Leistungsbedarfs als auch wegen Erosion der Funkenelektroden fraglich. Die Erzeugung gepulster Mikrowellenentladungen bei Atmosphärendruck erfordert sowohl vom Design des Mikrowellenresonators als auch von der elektrischen Anregung her bisher einen so erheblichen Aufwand, dass ein industrieller Einsatz noch nicht absehbar ist.
Dielektrisch behinderte Entladungen und Corona-Entladungen wurden mehrfach für die Reformierung von Kohlenwasserstoffen zur Erzeugung von Wasserstoff vorgeschlagen (CH 378 296 A, DE 42 208 65, DE 197 579 36 A, FR 2 757 499 A) . Beschrieben wird dort die Umsetzung eines Ge ischs aus einem Brennstoff und einem Oxidationsmittel wie Wasserdampf, Kohlendioxid oder Sauerstoff zu einem wasserstoffhaltigen Produktgas, teilweise in Kombination mit einem Katalysator bzw. einer Membran zur selektiven Abtrennung von Wasserstoff. In einer Reihe weiterer Schriften wird die Erzeugung höherer Kohlenwasserstoffe in einem DBD-Reaktor oder in einem Corona-Entladungsreaktor beschrieben, der geeignete katalytische Füllungen enthält (WO 97/29833 A, EP 1 038 942 A, EP 1 038 855 A,
EP 1 038 856 A, EP 1 074 535 A, WO 98/32531 A) . Ein Vergleich der in diesen Schriften angegebenen Werte für den Energiebe- darf zur Plasma-Erzeugung mit den Brennwerten der Produkte zeigt jedoch, dass die zugrundeliegenden Prozesse einen niedrigen Wirkungsgrad haben.
Ein besserer Wirkungsgrad wird mit sogenannten Gleitlichtbö- gen (Glide-Arcs) erzielt (WO 98/30524 A) , deren Charakter bedingt durch Strömungseffekte zwischen thermischer und nichtthermischer Gasentladung liegt. Wegen der hohen Gastemperaturen sind hier jedoch ähnliche Probleme wie bei den thermischen Plasmen zu erwarten.
Wie Untersuchungen zur Dampf-Reformierung von Methan mittels DBD-Reaktoren gezeigt haben, wird ohne Kombination mit Katalysatoren die Methankomponente des Eduktgases durch die Gasentladung bevorzugt aktiviert. Hierdurch kommt es vornehmlich zur Bildung von Wasserstoff und höheren Kohlenwasserstoffen, während oxidierte Komponenten wie z.B. CO nur in sehr geringen Mengen gebildet werden. Auf diese Weise ist eine hohe Wasserstoffausbeute nicht zu erreichen. Mit Sauerstoff als Oxidationsmittel konnte zwar eine höhere Selektivität für die Bildung von Wasserstoff erzielt werden, der schlechte thermische Wirkungsgrad lässt dieses Verfahren aber wenig attraktiv erscheinen.
Problematisch bei den bekannten nichtthermischen Plasmaver- fahren ist die Skalierbarkeit auf industrielle Anwendungen mit großem Massendurchsatz bei niedrigem Druckverlust am Reaktor: Bei DBD-Reaktoren ist die Begrenzung des Produktes aus Gasentladungsspalt und Druck auf Werte unter typisch 3 mm-bar nicht mit einem industriellen Einsatz verträglich. Für ausreichenden Massendurchsatz müsste eine Vielzahl einzelner Re¬ aktormodule parallelgeschaltet werden. Die mangelnde Verfüg- barkeit kostengünstiger, für den Dauerbetrieb geeigneter
Hochspannungspulsnetzteile spricht gegen den Einsatz von DBD- Reaktoren oder PCD-Reaktoren mit großer Schlagweite.
Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein verbesser- tes Verfahren zur Behandlung bzw. Umwandlung von gasförmigen Brennstoffen, dessen Verwendung und eine zugehörige Vorrichtung anzugeben.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Maßnahmen des Patentanspruches 1 bzw. durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 9 gelöst. Eine vorteilhafte Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens für ein Kraftwerk ist Gegenstand des Patentanspruches 8 und ein zuge¬ höriges Kraftwerk Gegenstand des Patentanspruches 16. Weiter- bildungen des Verfahrens und der Vorrichtung, speziell auch in Verbindung mit dem Kraftwerk sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Mit der Erfindung wird ein nichtthermisches Plasmaverfahren zur Reformierung von Kohlenwasserstoffen vorgeschlagen, das gegenüber dem Stand der Technik einen höheren thermischen Wirkungsgrad, eine höhere Selektivität für die Erzeugung von Wasserstoff und dabei gleichzeitig den Vorteil der einfachen Skalierbarkeit auf industrielle Nutzung aufweist. Diese Vor- teile werden dadurch erreicht, dass für die Erzeugung des nichtthermischen Plasmas ein Elektronenstrahl eingesetzt wird. In einer Vakuumröhre werden Elektronen aus einer geeigneten Quelle freigesetzt, in einem elektrischen Feld beschleunigt und durch eine dünne Folie in den Gasraum einge- strahlt, in welchem dann durch Stoßprozesse der Elektronen mit den Gasmolekülen reaktive Radikale und Ionen erzeugt und so die Reformierungsreaktionen induziert werden. Das Verfahren eignet sich insbesondere zur Umwandlung eines Gasgemisches bestehend aus einem oder mehreren Brenngasen, z.B. Kohlenwasserstoffen, Alkoholen, Kohlenmonoxid, und einem oder mehreren oxidierenden Gasen, z.B. Sauerstoff, Luft, Wasserdampf, Kohlendioxid, eventuell auch in Anwesenheit von I- nertgasen, z.B. Stickstoff, mit dem Ziel der
Erzeugung von Wasserstoff,
Erzeugung einer Mischung aus Kohlenmonoxid und Wasser- stoff,
Anreicherung des Brenngases mit Wasserstoff, Erhöhung des C/H-Verhältnisses im Brenngas, Erzeugung von Alkoholen, Aldehyden oder Ethern, Erzeugung höherer Kohlenwasserstoffe.
Die Reformierung wird erfindungsgemäß bei Temperaturen zwi¬ schen Umgebungstemperatur 25°C und 600°C durchgeführt, bevorzugt jedoch zwischen 100°C und 400°C. Das Elektronenstrahl- verfahren arbeitet prinzipiell in einem weiten Druckbereich von einem leichten Unterdruck von z.B. 0,1 bar bis hin zu einem Überdruck von 60 bar. Der bevorzugte Einsatzbereich liegt zwischen Atmosphärendruck und 25 bar.
Gegenüber Gasentladungsverfahren weist das Elektronenstrahl- verfahren zur Reformierung gemäß der Erfindung folgende Besonderheiten auf: Die Erzeugung schneller Elektronen erfolgt außerhalb des Reaktorvolumens und ist damit von den Bedingungen innerhalb des Reaktorvolumens unabhängig. Die Elektronen treten mit einer sehr hohen Energie von typischerweise 150 keV in das Reaktorvolumen ein und geben ihre Energie nach und nach in Ionisations-, Anregungs- und Dissoziationsprozessen ab. Die bei solchen Prozessen auftretenden elektrischen Stöße erzeugen Sekundärelektronen mit Energien von bis mehreren 100 eV. Deshalb tragen nicht nur die hochenergetischen Pri- ärelektronen sondern auch die Sekundärelektronen durch weitere Ionisations- und Dissoziationsstöße wesentlich zur Bil¬ dung chemisch aktiver Radikale bei: Die Wahrscheinlichkeit für das Stattfinden dieser Stoßprozesse, die bei einer bestimmten Elektronenenergie proportional zu dem Stoßquerschnitt für diesen Prozess ist, ist gegenüber der Anregung durch elektrische Gasentladungen um mehrere Größenordnungen erhöht. Die Vibrationsanregung von Methan, Wasser und Kohlendioxid, die bei Elektronenenergien unter 5 eV stattfindet und in nichtthermischen elektrischen Gasentladungen zur Reformierung einen Verlustprozess darstellt, ist demgegenüber um einen Faktor 2 reduziert. Insgesamt wird also der Wirkungsgrad für Reformierungsreaktionen wesentlich verbessert. Eine weitere Verbesserung besteht darin, dass die Wahrscheinlichkeit für die Dissoziation von Wasser und Kohlendioxid relativ zur Dissoziation von Methan erhöht wird. Während bei 20 eV Methan mit 10-mal größerer Wahrscheinlichkeit als Wasser und mit 400-mal größerer Wahrscheinlichkeit als Kohlendioxid dissoziiert wird , unterscheiden sich die Wahrscheinlichkeiten bei 100 eV nur noch um einen Faktor 1,7 bzw. 9.
Ein weiterer Vorteil des Elektronenstrahlverfahrens besteht in der einfachen Spannungsversorgung. In einer Ausführungsform ist die Elektronenstrahlquelle als Triode mit einer beheizten Kathode als Elektronenemitter aufgebaut. Regelbare DC-Hochspannungsquellen hoher Leistung für die Beschleuni- gungsspannung sind vom Stand der Technik bekannt, ebenso die weiteren Versorgungsspannungen für Elektronenstrahlquellen. Damit sind auch die Voraussetzungen für eine einfache, kostengünstige Hochskalierung mit dem Ziel des wirtschaftlichen Einsatzes gegeben.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Patentansprüchen. Es zeigen
Figur 1 das Prinzip der Elektronenstrahlreformierung, Figur 2 eine graphische Darstellung des Elektronenstoßquer- schnittes für die Dissoziation verschiedener Substan- zen in Abhängigkeit von der Elektronenenergie als Verteilungskurven,
Figur 3 eine Vorrichtung mit Elektronenstrahlquelle und pla- narem Reaktor, Figur 4 eine Schnittdarstellung eines koaxialen Reaktors mit radialer Einstrahlung,
Figur 5 einen koaxialen Reaktor mit axialer Einstrahlung, Figur 6 als Blockschaltbild eine Elektronenstrahlquelle mit einer Online-Regelung von Strom und Spannung, Figur 7 eine schematische Darstellung der Elektronenstrahlbe- handlung eines Brenngases in Kombination mit einer Produktabtrennung und Figur 8 ein Prinzipschaltbild eines Kraftwerkes mit kombiniertem Reformierungs/GuD-Prozess, bei dem die anhand der vorangehenden Figuren 1 bzw. 2 bis 7 beschriebenen Verfahren bzw. Vorrichtungen zum Einsatz kommen.
Die Figuren werden teilweise gemeinsam beschrieben.
In der Figur 1 ist das Prinzip der Elektronenstrahlreformie- rung dargestellt. Mit 1, 1 ... sind hochenergetische Primärelektronen vor und nach einer Reihe von Stößen bezeichnet. Bezugszeichen 2 kennzeichnet ein Molekül der allgemeinen Struktur AB, aus dem durch Elektronenstoß Teilchen 3, 3λ und 4, 4 als ionisierte Molekülbruchstücke A+ einerseits und als neutrale Molekülbruchstücke B andererseits gebildet werden. Mit 5 sind schließlich die bei den Wechselwirkungen entstehenden Sekundärelektronen bezeichnet.
In Figur 2 ist auf der Abszisse die Elektronen-Energie EE
(Electron Energy) in Elektronenvolt (eV) und auf der Ordinate bezüglich der primären y-Achse der Wirkungsquerschnitt CS (Cross Section) für Elektronenstoßdissoziation in 10~20 m2 aufgetragen. Dargestellt sind einzelne Wirkungsquerschnitt 101 bis 103, wobei die Kurve 101 für Methan, die Kurve 102 für Wasser, die Kurve 103 für Kohlendioxid steht. Mit der Kurve 104 ist bezüglich der sekundären y-Achse die Elektronenverteilung EEDF (Electron Energy Distribution Function) für eine mittlere Elektronenenergie von 6 eV und mit der Kurve 105 ist bezüglich der sekundären y-Achse die Elektronenver- teilung der Sekundärelektronen eines 100 keV-Elektronen- strahls in Wasserdampf dargestellt.
Das Verfahren wird bevorzugt im Durchfluss durchgeführt. Das zu behandelnde Gas wird dabei am Austrittsfenster der Elek- tronenstrahlapparatur vorbeigeführt. Je nach Anwendung und gewünschtem Produkt kann dabei ein in Strömungsrichtung schmales Fenster mit hoher Intensität oder ein breites Fenster mit entsprechend niedriger Strahlintensität zum Einsatz kommen. Die Reaktorgeometrie kann je nach Anwendung planar gemäß Figur 3, koaxial mit radialer Einstrahlung der Elektronen gemäß Figur 4 oder koaxial mit axialer Einstrahlung der Elektronen gemäß Figur 5 sein.
In Figur 3 ist eine mit Hochspannung betriebene Kathode 21 mit zugehöriger Heizung 22 und Steuergitter 23 vorhanden, die in einem elektrisch isolierenden Kathodenrohr 24 angeordnet sind. Mit 25 ist eine Ringanode bezeichnet. Mit dieser Anordnung wird in einem metallischen Anodenrohr 26 ein Elektronenstrahl 27 geführt und wirkt über ein Austrittsfenster 31 auf ein in einem Reaktorgefäß einströmendes Eduktgas 28 ein. Das entstehende Produktgas ist mit 29 bezeichnet.
Bei prinzipieller gleicher Elektronenerzeugungsanordnung wie in Figur 1 ist in Figur 4 ein Reaktorgefäß 41 mit einem ring- förmigen Eintrittsfenster 42 für Elektronen vorhanden, über das der Elektronenstrahl 43 radial eintreten kann. Mit 44 ist das Eduktgas und mit 45 das Produktgas bezeichnet.
In Figur 5 ist ein Reaktorgefäß 51 mit einem Fenster 52 der- art ausgebildet, dass der Elektronenstrahl 53 axial eintreten kann. Ein Eduktgas 54 wird in dieser Variante beidseitig dem Reaktorgefäß 51 zugeführt und umgelenkt, wobei ein so erzeugtes Produktgas 50 axial herausgeführt wird.
Die Skalierbarkeit des Verfahrens auf hohe Massendurchsätze und damit hohe Leistungen ist sowohl über die Erhöhung des Stromes als auch über die Erhöhung der Beschleunigungsspannung möglich, ohne dass sich dadurch Änderungen im Verfahren ergeben. Der Strom kann durch Variation des Heizstromes einer Glühkathode und über Gitterspannungen variiert werden. Dabei ist zu beachten, dass die in der Folie deponierte Leistung, die proportional zum Strom wächst, durch Kühlung abgeführt werden kann.
Die Beschleunigungsspannung und damit die Energie der Elek- tronen muss so groß sein, dass diese die Folie, die das Gas vom Vakuum trennt, mit möglichst geringem Verlust durchdringen können. Die Folie muss auf der einen Seite gasdicht sein und dem Druckunterschied standhalten, auf der anderen Seite aber durchlässig für Elektronen sein und möglichst wenig von deren Energie absorbieren. Gasdichte Titanfolien mit einer Dicke von bis zu 10 μm hinunter sind Stand der Technik. Die minimale Beschleunigungsspannung für kleine Folienabmessungen beträgt 60 kV. Um die Verluste klein zu halten und den Elektronenstrahl mit einem größerem Strom betreiben zu können, sind allerdings Beschleunigungsspannungen von über 100 kV vorzuziehen.
Bei den Anordnungen gemäß Figuren 3 bis 5 sind Reaktorgeometrie, Gasdichte und Beschleunigungsspannung aneinander anzu- passen. Für Prozesse mit variablem Druck und variabler Tempe¬ ratur ist deshalb eine Regelung der Beschleunigungsspannung in der Art vorgesehen, dass der Quotient p - d — = const ( 4 ) un -τ konstant ist. Hierin ist p der Druck, d eine mit der Ein- dringtiefe der Elektronen zusammenhängende Reaktordimension, U die Beschleunigungsspannung der Elektronenstrahlquelle in kV, 1,5 < n < 2,0 ein Exponent und T die Gastemperatur in K. Weiterhin kann dabei auch eine Regelung in Abhängigkeit von Gaszusammensetzungen, bevorzugt des Produktgases, vorgenommen werden .
In der Figur 6 ist letzteres funktioneil dargestellt. Mit 60 ist der Reaktor bezeichnet, dem die Elektronenstrahlquelle 61 mit Netzteil und zugehöriger Regelelektronik 62 zugeordnet ist. Es sind ein Temperatursensor 63, ein Drucksensor 64 und ein Durchflussmesser 65 für ein einströmendes Eduktgas 67 vorhanden. Weiterhin sind am Ende des Reaktors 60 Mittel 66 für eine Gasanalyse vorgesehen, mit denen das entstandene Produktgas hinsichtlich seiner Komponenten untersucht werden kann.
In der Figur 7 sind zwei Elektronenstrahlreaktoren 71 und 71 hintereinander geschaltet. In den Reaktor 71 strömt Eduktgas 74 ein und Produktgas 75 aus, in den Reaktor 71 x Eduktgas 74 ein und Produktgas 75 x aus. Zwischen die beiden Reaktoren 71 und 71 λ ist ein Abtrennreaktor 72 mit zugehörigen Betriebsmitteln 73 geschaltet. Entsprechendes gilt für einen dem Reaktor 71 λ nachgeschalteten Abtrennreaktor 72 λ . Mit den Abtrennreaktoren 72, 72 λ ist eine selektive Abtrennung von Produkten 76 bzw. 76 möglich.
Je nach Anwendung kann das Elektronenstrahlverfahren mit Trennverfahren und katalytischen Verfahren kombiniert werden, was anhand von Figur 7 verdeutlicht wird.
Nachfolgend werden bevorzugte Anwendungen der Elektronen- strahlbehandlung von Brennstoffen ergänzend beschrieben: Bei der Kombination der Elektronenstrahlbehandlung mit Brennverfahren ohne Abtrennung kohlenstoffhaltiger Produkte ist das Ziel die Anreicherung des Brenngases mit molekularen Wasser- stoff. Deshalb wird erfindungsgemäß die Elektronenstrahlbehandlung im Gaseintritt der Brennkammer unter den Druck- und Temperaturbedingungen durchgeführt, die für das Brennverfah- ren normalerweise vorgesehen sind. Insbesondere bei GUD- Kraftwerken findet die Reformierung bei erhöhter Temperatur von bis zu 400°C und erhöhtem Druck von bis zu 25 bar statt. Hierbei kann in vorteilhafter Weise ausgenutzt werden, dass die Wasserstoffanreicherung eines Brenngases durch Elektro¬ nenstrahlen bei erhöhter Temperatur effizienter abläuft und dass die Temperaturerhöhung als Folge der adiabatischen Gasverdichtung automatisch erfolgt.
Figur 8 zeigt die Anwendung des beschriebenen Verfahrens bei einem Kraftwerk zur Erzeugung von elektrischer Energie aus einem gasförmigen Brennstoff. Dabei kommt ein kombinierter Reformierungs/GuD-Prozess, dessen wesentliche Merkmale als bekannt vorausgesetzt werden, zum Einsatz:
In Figur 8 ist eine GuD-Anlage (GuD = Gas und Dampf) insgesamt mit 100 bezeichnet. Sie enthält insbesondere eine Gasturbine 120 einerseits und eine Dampfturbine 130 andererseits, die jeweils mit Generatoren 125 und 135 zur elektri- sehen Energieerzeugung gekoppelt sind.
Der Gasturbine 120 ist eine Einrichtung 110 zur Reformierung von Brennstoffen zugeordnet, die im Einzelnen einen Reformer 111, eine Dampfversorgungseinheit 112, einen Separator 113 und eine Quelle für Erdgas 114 enthält. Dem Separator 113 ist ein Brenner (Combustor) 115 nachgeschaltet, dem außer dem Reformergas auch komprimierte Luft aus einer Verdichtereinheit 122 mit vorgeschalteter Luftversorgung 121 zugeführt wird. Der Brenner 116 ist mit der Gasturbine 120 mit damit mecha- nischgekoppeltem Generator 125 verbunden. Der Reformer 111 wird elektrisch vom Generator 125 versorgt.
Die Abgase der Gasturbine 120 gelangen auf einen Dampferzeuger 124, der den Dampf für die Dampfversorgungungseinheit 112 der Reformierungseinheit 110 einerseits und weiterhin Dampf für die Dampfturbine 130 liefert. Der Dampfturbine 130 ist ein Kondensor 131 zur Kondensation von Wasser nachgeschaltet, dessen Ausgang im Kreislauf auf die Wasserversorgung des Dampfgenerators 124 zurückgeführt wird. Zusätzlich ist eine Einrichtung 132 zur Versorgung mit Wasser vorhanden. Der Dampfturbine 130 ist der bereits erwähnte Generator 135 nach- geschaltet.
Mit der Zuordnung der nunmehr erfindungsgemäß mit schnellen Elektronen arbeitenden Reformierungseinrichtung 110 für Brenngase ergibt sich ein Funktionsablauf mit verbessertem Wirkungsgrad: Ein Teil des unter Druck zugeführten Erdgases wird dem Elektronenstrahlreformer 111 zugeführt und dort durch elektronenstrahlinduzierte Dampfreformierung in ein mit Wasserstoff und höheren Kohlenwasserstoffen angereichertes Brenngas konvertiert. Der erforderliche Dampf wird - wie vor- stehend bereits im Einzelnen beschrieben - dem Dampferzeuger 124 des Kraftwerkes entnommen. Die höheren Kohlenwasserstoffe werden abgetrennt und das reformierte Brenngas der Brennkam¬ mer 115 der Gasturbine 120 zugeführt.
Der Einsatz schneller Elektronen ist also vorteilhaft für den Reformierungsprozess . In einer besonderen Ausführung erfolgt die Einstrahlung der Elektronen parallel zum Gasstrom direkt in die Brennkammer 115 hinein. Dadurch ergibt sich nicht nur die Möglichkeit einer mageren Verbrennung aufgrund der Was- serstoffanreicherung des Brenngases sondern auch eine Stabilisierung der mageren Verbrennung durch die elektronenstrahlinduzierte Radikalenerzeugung in der Brennkammer.
Wenn in Kombination mit Brennverfahren neben Wasserstoff ins- besondere auch Alkohole, Aldehyde, Ether oder höhere Kohlenwasserstoffe erzeugt werden sollen, kann vorteilhafterweise zur Reduzierung des Kohlenstoffgehaltes im Brenngas und damit zur Reduzierung der C02-Emission, z.B. eines GuD-Kraftwerkes, eine Abtrennung dieser Wertstoffe aus dem Gasstrom durch ei- nes der folgenden Verfahren stattfinden:
(a) Membranabtrennung
(b) Kondensation (c) Physisorption oder Che isorption in einem geeigneten flüssigen oder festen Adsorber.
Die Elektronenstrahlbehandlung erfolgt dann vorzugsweise bei niedrigen Temperaturen und hohem Druck. Vorteilhaft sind Temperaturen unter 200°C.
Zur Steigerung der Selektivität des vorstehend im Einzelnen beschriebenen Verfahrens ist eine wiederholte Anwendung von Elektronenstrahlbehandlung in Kombination mit Trennverfahren möglich: Nach jeder Elektronenstrahlbehandlung werden die gewünschten Produkte durch eines der folgenden Verfahren aus dem Gasstrom entfernt: (a) Membranabtrennung (b) Kondensation
(c) Physisorption oder Chemisorption in einem geeigneten flüssigen oder festen Adsorber.
Insgesamt kann durch derartige Maßnahmen eine wirksame Ver- besserung der Brenngasaufbereitung für industrielle Anwendungen erzielt werden. Insbesondere bei GuD-Kraftwerken kann der dort eingesetzte Brennstoff in vorteilhafter Weise aufbereitet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Behandlung und/oder Reformierung von gasförmigen Brennstoffen durch nichtthermische Plasmen, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der gasförmige Brennstoff oder ein den gasförmigen Brennstoff enthaltendes Gemisch in einen Reaktor gebracht wird, in dem durch Einstrahlung eines außerhalb des Reaktors generierten Elektronenstrahls Ionisations-, Anregungs- und Dissoziationspro- zesse bewirkt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zur Generierung des Elektronenstrahls Elektronenenergien von wenigstens 100 keV verwendet werden.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Behandlung und/oder Reformierung der gasförmigen Brennstoffe, ins- besondere zur Anwendung bei Kraftwerken, bei Temperaturen zwischen 25°C und 600°C und bei Drucken zwischen 0,1 bar und 60 bar erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n - z e i c h n e t , dass Temperaturen zwischen 100°C und
400°C und Drucke zwischen 1 bar und 25 bar verwendet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass Temperatur (T) , Druck (p) , Reaktordimensionen (d) längs und quer zur Einstrahlrichtung des Elektronenstrahls sowie Beschleunigungsspannung (U) der Elektronen derart geregelt werden, dass die Beziehung p d const ( 4 )
U" -T
erfüllt ist, mit: T = Temperatur
P = Druck d = Reaktordimensionen längs und quer zur Einstrahlrichtung des Elektronenstrahls
U = Beschleunigungsspannung der Elektronen und n = Exponentialfaktor mit 1,5 < n < 2, 0
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass nach der Elektronenstrahlbehandlung eine Abtrennung von Reaktionspro- dukten erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Elektronenstrahlbehandlung und die Abtrennung der Reaktionsprodukte mehrmals nacheinander angewandt wird, wobei das jeweilige Restgas erneut bestrahlt und durch Abtrennung weiterbehandelt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, g e ■ k e n n z e i c h n e t durch die Anwendung bei einem Kraftwerk zur Erzeugung von elektrischer Energie aus dem gasförmigen Brennstoff.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einem Reaktorgefäß (30), dem erste Mittel (21 bis 26) zur Generierung und Ein- kopplung eines von einem Elektronenquelle erzeugten Elektro- nenstrahls (27) zugeordnet sind, wobei die Elektronenstrahlquelle (21 bis 26) ein Austrittsfenster (31) hat, das an das Reaktorgefäß (30) als Elektroneneintritt angekoppelt ist und wobei zweite Mittel zum Einbringen eines Eduktgases (28, 44, 54, 67, 64, 64 x) in das Reaktorgefäß (30) und zum Ausbringen eines Produktgases (29, 45, 55, 68, 75, 75 x) aus dem Reaktorgefäß (30) vorhanden sind
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Reaktorgefäß (30) als planarer Reaktor (41, 51) ausgebildet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , dass das Reaktorgefäß (30) als koaxialer Reaktor (41, 51) ausgebildet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t , dass die Elektroneneinstrahlung radial erfolgt.
13. Vorrichtung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , dass die Elektroneneinstrahlung axial erfolgt.
14. Vorrichtung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Elektronenstrahlanlage (61) mit Online-Regelung (62) vorhanden ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zusätzliche Mittel (72, 72 λ) zur Produktabtrennung des behandelten Brenngases vorhanden sind.
16. Kraftwerk zur Erzeugung von elektrischer Energie aus einem gasförmigen Brennstoff, mit zumindest einer Gasturbine, die mit dem Brennstoff betrieben wird, wobei das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Anwendung gelangt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Gasturbine (120) eine Vorrichtung (110) mit einem Reaktorgefäß (30) zur Behandlung von Brenngas durch nicht-thermische Plasmen zugeordnet ist, die zumindest Mittel (21 bis 26) zur Ge¬ nerierung und Einkopplung eines von einer Elektronenquelle erzeugten Elektronenstrahls (27) aufweist, wobei die Elektronenstrahlquelle (21 bis 26) ein Austrittsfenster (31) hat, das als Elektroneneintritt an das Reaktorgefäß (30) angekoppelt ist.
17. Kraftwerk nach Anspruch 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass Mittel zum Einbringen des Brenngases in das Reaktorgefäß (30) und zum Einbringen des behandelten Brenngases in die Gasturbine (120) vorhanden sind.
18. Kraftwerk nach Anspruch 16, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t , dass der Gasturbine (120) eine Dampfturbine (130) zur Bildung eines GuD-Kraftwerkes (100) nachgeschaltet ist.
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