WO2010025921A1 - Verfahren und reaktionssystem zur gewinnung von wasserstoff - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a process for the production of hydrogen from hydrogen-containing feedstocks by liquid phase reactions in the presence of a catalyst and to a reaction system for carrying out the process.
- Hydrogen-containing starting materials are frequently subjected to a thermochemical treatment, for example pyrolysis with subsequent steam reforming, to produce hydrogen, resulting in a so-called synthesis gas containing hydrogen, from which the hydrogen in the following
- catalytically assisted liquid phase reactions have been developed in which the starting materials are reacted in the presence of a catalyst at temperatures between 100 and 300 0 C and pressures up to about 100 bar.
- Typical representatives of this type of reaction are liquid-phase reactions which take place in the presence of a heterogeneous fixed-bed catalyst which is accommodated in heatable tubes and through which an aqueous solution of the starting materials to be reacted flows.
- the application of such methods, the z. As described in the patents US 6,964,757, US 6,964,758 and US 6,699,457 is limited to the implementation of water-soluble feedstocks.
- the high power requirement must be introduced by indirect heat transfer through the tube walls in the system, for which high temperatures up to 600 0 C are required.
- the conversion to the target product hydrogen is incomplete, so that large amounts of carbon monoxide arise.
- the resulting from the reaction Gas mixture larger proportions of hydrocarbons, which are then burned to cover the energy demand.
- Object of the present invention is therefore to provide a method and a
- this object is achieved according to the invention in that the starting materials are in an ionic liquid or at least one ionic liquid
- Liquid comprising substance mixture dissolved and reacted in the presence of at least one of the elimination of hydrogen from the dissolved feedstocks supporting catalyst.
- Suitable starting materials for the process according to the invention are in principle all hydrogen-containing substances in question.
- substances are used which contain not only hydrogen but also carbon and oxygen.
- the inventive method for the implementation of biogenic substances including substances of animal and / or vegetable origin to understand that may be in pure form or as a mixture of substances.
- biogenic substances are glucose, bagasse, wood, straw, green waste and slaughterhouse waste.
- non-biogenic starting materials can be implemented, of which exemplary chemical compounds from the classes of alcohols, polyalcohols, aldehydes, ketones, carboxylic acids, mono-, di- and oligosaccharides may be mentioned.
- Ionic liquids are in the following low-melting salts with melting points between -90 and 25O 0 C to understand, with most of the known ionic liquids already present at room temperature in liquid form.
- Ionic liquids are formed from positive (cations) and negative ions (anions) but are charge-neutral overall. Both the anions and the cations of an ionic liquid may be of an organic or inorganic nature. They are usually monovalent, but may also have higher valences, which is why the number of anions is not necessarily equal to the number of cations. Furthermore, combinations of both different anions and different cations may be present in ionic liquids.
- ionic liquids are entirely ionic and therefore show new and unusual
- Ionic liquids can be adapted comparatively well by varying the structure of anion and / or cation and by varying their combinations in terms of their properties to given technical problems. For example, their solvent power with respect to a substance can be influenced or adjusted by the choice of ions within wide limits. For this reason, they are often referred to as "Designer Solvents". With conventional molecular liquids, however, only a variation of the structure is possible. In particular, ionic liquids can be "designed" in such a way that they also dissolve substances which have little or no water solubility to form a single-phase and homogeneous solution.
- the hydrogen yield in the inventive reaction of hydrogen and carbon-containing feedstocks can be significantly increased if water is involved in the reaction as a reactant, which with the carbon contained in the feedstock Carbon monoxide and hydrogen reacts.
- a preferred variant of the process according to the invention therefore provides that the starting materials are reacted in a reaction system which, in addition to the dissolved starting materials, at least one ionic liquid and at least one catalyst also contains water.
- the inventive method delivers even at relatively low reaction temperatures and moderate pressures high hydrogen yields.
- a water gas shift reaction takes place, in the formed
- Carbon monoxide reacts with water to form hydrogen and carbon dioxide.
- Hydrogen and carbon-containing feedstocks can therefore with high yield and one-stage, d. H. without a downstream water gas shift reaction, be converted to a gas consisting predominantly of hydrogen and carbon dioxide.
- Methane, carbon monoxide and other by-products are detectable only in low concentrations. On the one hand, this significantly simplifies the required gas purification and treatment and, on the other hand, produces a hydrogen product with the highest added value.
- an expedient embodiment of the process according to the invention provides that the starting materials are dissolved in a mixture of substances comprising water prior to introduction into the reaction system.
- reaction system water is supplied in the form of water vapor. This makes it possible at the same time to cover the energy requirements of the process in whole or in part. In the best case, can be dispensed with a complex indirect heating. Furthermore, the incoming and condensing water vapor, which is preferably low-cost low-pressure steam, ensures intensive mixing of the reaction system.
- the process of the present invention is conducted with the minimum amount of water required to completely dissolve the feeds and produce a carbon monoxide-free hydrogen product.
- a preferred embodiment of the method according to the invention provides that a mixture of a plurality of catalysts is used, wherein at least one of the catalysts supports a water gas shift reaction in which carbon monoxide and water are converted to carbon dioxide and hydrogen.
- Another embodiment of the method according to the invention provides that exactly one catalyst is used, this catalyst simultaneously supports the elimination of hydrogen from dissolved feedstocks and a water gas shift reaction.
- transition-metal-containing compounds are used as catalysts for carrying out the process according to the invention, which advantageously have the ability to form carbonyl compounds and to bind alcoholates, to act dehydrogenating and hydrogen activating and to cause a C-C bond breaking.
- transition metal-containing catalysts which fulfill these requirements and can be used in the process according to the invention are compounds of the transition metals ruthenium, iridium, rhodium, osmium, nickel, platinum, palladium, copper, cobalt, rhenium or iron.
- At least one transition metal compound of oxidation state 0 is used as catalyst, wherein either the transition metal compound is added to the reaction system in the oxidation state 0 or converted before or during the catalytic reaction in a form of oxidation state 0.
- the transition metal compounds of oxidation state 0 are preferably present in the reaction system according to this invention in the form of nanoparticles or nanocolloids, which are stabilized by the presence of the ionic liquids in the reaction system, their aggregation being effectively suppressed by the ionic liquid.
- a further embodiment of the method according to the invention provides that at least one catalyst is used which dissolves completely in the reaction system.
- at least one type of ligand is used for the complexation of a transition metal-containing catalyst.
- the ionic liquids are expediently chosen so that the quantitative ratio of starting materials to be reacted and ionic liquids can be varied within a wide range, which makes it easy to adapt to the process requirements even with fluctuating compositions of the starting materials to be reacted.
- ionic liquids are used to carry out the process according to the invention, which are selected from the amount of listed in the dependent claim 9 ionic liquids.
- ionic liquids for carrying out the process according to the invention which are capable of completely dissolving or stabilizing the compounds used as catalysts in their catalytically active form. Especially if nanoparticulate or nanocolloid
- Transition metal compounds in the oxidation state 0 are used as catalysts, it is expedient to use ionic liquids which have the ability to effectively hinder the aggregation of the nanoparticles.
- the acidity or basicity of the reaction system comprising the dissolved starting materials, ionic liquids and transition metal-containing catalysts can be adjusted in a targeted manner.
- the ability of the anion of the ionic liquid is used to act as acid or base in the reaction system.
- Particularly preferred embodiments of the process according to the invention therefore provide that tetraalkylphosphonium salts and / or 1,2,3-trialkylimidazolium salts and / or phosphonate salts and / or methylphosphonate salts and / or acetate salts and / or carbonate salts and / or hydrogenphosphates and / or dihydrogenphosphates are used as ionic liquids become.
- the inventive method is preferably carried out at reaction temperatures between 50 and 350 0 C, more preferably between 120 and 300 0 C and most preferably between 130 and 230 0 C, wherein the reaction pressures between 1 and 1000 bar, preferably between 30 and 750 bar and more preferably between 30 and 350 bar.
- the invention relates to a reaction system for the production of hydrogen from hydrogen-containing feedstocks, which has at least one catalyst in addition to the reactants to be reacted.
- reaction system in that it comprises one or more ionic liquids and one or more the elimination of hydrogen from the hydrogen-containing feeds supporting catalysts, wherein the reacted feedstocks are present in dissolved form.
- Suitable starting materials for the process according to the invention are in principle all hydrogen-containing substances in question.
- the reaction system according to the invention preferably comprises those feedstocks which, in addition to hydrogen, also contain carbon and oxygen.
- the reaction system of the invention comprises biogenic substances, which are understood to mean substances of animal and / or vegetable origin which may be present in pure form or as mixtures of substances. Examples of biogenic substances are glucose, bagasse, wood, straw, green waste and slaughterhouse waste.
- non-biogenic starting materials of which, for example, chemical compounds from the classes of alcohols, polyalcohols, aldehydes, ketones, carboxylic acids, mono-, di- and oligosaccharides may be mentioned.
- reaction system Further developing the reaction system according to the invention is proposed to contain water, the water content in the reaction system being between 0.01 and 99.99% by mass, preferably between 3 and 95% by mass and more preferably between 5 and 20% is%.
- a very particularly preferred variant of the reaction mixture according to the invention provides that it contains the minimum amount of water which is required to completely dissolve the starting materials and to produce a carbon monoxide-free hydrogen product.
- the reaction system according to the invention can be carried out with a mixture of different catalysts, of which at least one expediently supports a water gas shift reaction. However, it preferably comprises exactly one catalyst, this catalyst simultaneously supporting the elimination of hydrogen from dissolved feedstocks and a water gas shift reaction.
- transition metal-containing compounds are suitable for use as catalysts in a reaction system according to the invention.
- Advantageous embodiments of the reaction system according to the invention therefore provide that it comprises at least one transition metal-containing catalyst, which is preferably a ruthenium or an iridium or a rhodium or an osmium or a nickel or a platinum or a palladium or a copper or a cobalt or a rhenium or an iron compound.
- a further embodiment of the reaction system according to the invention provides that at least one of the catalysts is completely soluble in the reaction system or in the form of a transition metal compound of oxidation state 0, either the transition metal compound added to the reaction system in the oxidation state 0 or before or during the catalytic reaction in a mold the oxidation state 0 is transferred.
- Oxidation step 0 transition metal compounds are most preferably present in the reaction system of this invention in the form of nanoparticles or nanocolloids which are stabilized by the presence of the ionic liquids in the reaction system, effectively suppressing their aggregation by the ionic liquid.
- the reaction system according to the invention is characterized in that the proportion of the catalysts is between 0.0001 and 20 mass%, preferably between 0.005 and 10 mass% and particularly preferably between 0.04 and 2 mass%.
- a further embodiment of the reaction system according to the invention provides that it comprises at least one type of ligand, by means of which a transition metal-containing catalyst can be complexed.
- the ionic liquids present in the reaction system according to the invention are preferably those selected from the quantity of ionic liquids listed in dependent claim 20.
- the ionic liquid or the ionic liquids are tetraalkylphosphonium salts and / or 1,2,3-trialkylimidazolium salts and / or phosphonate salts and / or methylphosphonate salts and / or acetate salts and / or carbonate salts and / or hydrogen phosphates and / or dihydrogen phosphates.
- reaction system according to the invention is characterized in that the proportion of hydrogen-containing feedstocks is between 1 and 70% by mass, preferably between 3 and 50% by mass and particularly preferably between 5 and 30% by mass.
- the invention enables the production of hydrogen from hydrogen-containing feedstocks with significantly lower investment and operating costs compared to the prior art.
- the inventive method allows very high space-time yields of hydrogen, since the hydrogen formed almost quantitatively leaves the reaction system and passes into the gas phase , In addition to the cost advantages also results in a very good scalability and processability.
- Example 1 Blind test with Na / K acetate without starting materials
- a mixture of 100 g of Na / K acetate, 0.05 g of rhodium trichloride, 0.05 g of copper chloride and 16.25 g of water was placed in a closed 600 ml pressure reactor. At a nitrogen back pressure of 10 bar, the reactor was heated to 25O 0 C and held for 15 hours at this temperature. Subsequently, the content of hydrogen, carbon dioxide, carbon monoxide and light hydrocarbons (up to C 4 ) was determined in the resulting product gas by means of gas chromatographs. By knowing the increase in pressure during the test period, the amount of hydrogen produced was found to be 0.211 Nl.
- a mixture of 100 g of Na / K acetate, 0.05 g of rhodium trichloride, 0.05 g of copper chloride, 3 g of sorbitol and 16.25 g of water was placed in a closed 600 ml pressure reactor. At a nitrogen back pressure of 10 bar, the reactor was heated to 250 0 C and held for 17.5 hours at this temperature. Subsequently, the content of hydrogen, carbon dioxide, carbon monoxide and light hydrocarbons (up to C 4 ) was formed in the Product gas determined by gas chromatograph. The measurement resulted in a value for the hydrogen content in the product gas of 11, 6 vol.%. By knowing the increase in pressure during the test period, the amount of hydrogen produced was found to be 0.523Nl. Based on the sorbitol used, a hydrogen yield of 10.9% results, including the water gas shift reaction.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie ein Reaktionssystem zur Erzeugung von Wasserstoff aus Wasserstoff enthaltenden Einsatzstoffen durch Flüssigphasenreaktionen in Gegenwart eines Katalysators. Bei dem Verfahren werden die Wasserstoff enthaltenden Einsatzstoffe in einer ionischen Flüssigkeit oder einem wenigstens eine ionische Flüssigkeit umfassenden Stoffgemisch gelöst und in Gegenwart zumindest eines die Abspaltung von Wasserstoff aus den gelösten Einsatzstoffen unterstützenden Katalysators umgesetzt.
Description
Beschreibung
Verfahren und Reaktionssvstem zur Gewinnung von Wasserstoff
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff aus Wasserstoff enthaltenden Einsatzstoffen durch Flüssigphasenreaktionen in Gegenwart eines Katalysators sowie ein Reaktionssystem zur Durchführung des Verfahrens.
Zur Erzeugung von Wasserstoff werden Wasserstoff enthaltende Einsatzstoffe häufig einer thermochemischen Behandlung, wie beispielsweise einer Pyrolyse mit anschließender Dampfreformierung, unterzogen, wobei ein Wasserstoff enthaltendes sog. Synthesegas entsteht, aus dem der Wasserstoff in nachfolgenden
Verfahrensschritten abgetrennt werden kann. Diese Verfahren haben den Nachteil, dass sie bei hohen Temperaturen zwischen ca. 500-1000°C ablaufen und - nicht zuletzt aufgrund der unvermeidlichen Energieverluste - einen hohen Energiebedarf ausweisen. Darüber hinaus sind die Wasserstoffausbeuten begrenzt und entstehende Nebenprodukte, wie Methan, Schwefel- und Stickstoffverbindungen sowie Aromaten, können nur durch kostenintensive Maßnahmen von dem erzeugten Wasserstoff getrennt werden.
Um die beschriebenen Nachteile zu umgehen, wurden katalytisch unterstützte Flüssigphasenreaktionen entwickelt, bei denen die Einsatzstoffe in Anwesenheit eines Katalysators bei Temperaturen zwischen 100 und 3000C und Drücken bis ca. 100 bar umgesetzt werden.
Typische Vertreter dieser Art von Reaktionen sind Flüssigphasenreaktionen, die in Gegenwart eines heterogenen Festbettkatalysators ablaufen, der in beheizbaren Rohren untergebracht ist und von einer wässrigen Lösung der umzusetzenden Einsatzstoffe durchströmt wird. Die Anwendung derartiger Verfahren, die z. B. in den Patentschriften US 6,964,757, US 6,964,758 und US 6,699,457 beschrieben werden, ist auf die Umsetzung wasserlöslicher Einsatzstoffe beschränkt. Der hohe Energiebedarf muss durch indirekte Wärmeübertragung über die Rohrwände in das System eingebracht werden, wofür hohe Temperaturen bis 6000C notwendig sind. Der Umsatz zu dem Zielprodukt Wasserstoff ist unvollständig, so dass große Anteile an Kohlenmonoxid entstehen. Darüber hinaus enthält das bei der Reaktion entstehende
Gasgemisch größere Anteile von Kohlenwasserstoffen, die anschließend zur Deckung des Energiebedarfs verbrannt werden. Dies mindert Energieeffizienz und Wasserstoffausbeute des Prozesses und beeinflusst daher die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens negativ. Durch die Anordnung des Festbettkatalysators in Rohren und die Beheizung dieser Rohre mit Brenngas ist die Skalierbarkeit des Prozesses begrenzt. Der Versuch, eine Wassergas-Shift-Reaktion zur Umwandlung von Kohlenmonoxid mit Wasser in Wasserstoff und Kohlendioxid in den Prozess zu integrieren, löst die Probleme nur graduell.
Andere Vertreter sind die sog. Alkaline-Verfahren, bei denen der Katalysator in einer wässrigen, eine Lauge (z. B. Natron- oder Kalilauge) enthalten Lösung vorliegt. Die Einsatzstoffe müssen bei diesen Verfahren in gelöster oder wässriger Form vorliegen. Derartige Verfahren werden z. B. in den Patentschriften US 6,607,707, US 6,890,412 und US 6,994,839 beschrieben. Auch sie erlauben es nicht, wasserunlösliche Stoffe umzusetzen. Durch im Prozess anfallende unlösliche Carbonate wird die
Handhabbarkeit des Reaktionssystems erschwert. Der Laugenverbrauch und die notwendige Entsorgung der Carbonate sind mit hohen Kosten verbunden. Versuche, die Carbonate in einer Recycling-Stufe wieder in Laugen umzuwandeln, belasten den Prozess kostenseitig zusätzlich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren sowie ein
Reaktionssystem der eingangs beschriebenen Art anzugeben, durch welche die Nachteile des Standes der Technik umgangen werden können.
Verfahrensseitig wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Einsatzstoffe in einer ionischen Flüssigkeit oder einem wenigstens eine ionische
Flüssigkeit umfassenden Stoffgemisch gelöst und in Gegenwart zumindest eines die Abspaltung von Wasserstoff aus den gelösten Einsatzstoffen unterstützenden Katalysators umgesetzt werden.
Als Einsatzstoffe für das erfindungsgemäße Verfahren kommen grundsätzlich alle Wasserstoff enthaltenden Stoffe in Frage. Vorzugsweise werden jedoch Stoffe eingesetzt, die neben Wasserstoff auch Kohlenstoff und Sauerstoff enthalten. Insbesondere eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Umsetzung von biogenen Stoffen, worunter Stoffe tierischer und/oder pflanzlicher Herkunft zu
verstehen sind, die in Reinform oder als Stoffgemische vorliegen können. Beispiele für biogene Stoffe sind Glucose, Bagasse, Holz, Stroh, Grünschnitt und Schlachtabfälle. Daneben können jedoch auch nicht biogenen Einsatzstoffe umgesetzt werden, von denen beispielhaft chemische Verbindungen aus den Klassen der Alkohole, Polyalkohole, Aldehyde, Ketone, Carbonsäuren, Mono-, Di- und Oligosaccharide genannt seien.
Unter ionische Flüssigkeiten sind im Folgenden niedrigschmelzende Salze mit Schmelzpunkten zwischen -90 und 25O0C zu verstehen, wobei die meisten der bekannten ionischen Flüssigkeiten bereits bei Raumtemperatur in flüssiger Form vorliegen. Ionische Flüssigkeiten werden aus positiven (Kationen) und negativen Ionen (Anionen) gebildet, sind jedoch insgesamt ladungsneutral. Sowohl die Anionen als auch die Kationen einer ionischen Flüssigkeit können von organischer oder anorganischer Art sein. Sie sind meist einwertig, können aber auch höhere Wertigkeiten aufweisen, weshalb die Anzahl der Anionen nicht notwendig gleich der Anzahl der Kationen ist. Weiterhin können in ionischen Flüssigkeiten Kombinationen sowohl unterschiedlicher Anionen als auch unterschiedlicher Kationen vorliegen.
Im Gegensatz zu herkömmlichen, molekularen Flüssigkeiten sind ionische Flüssigkeiten zur Gänze ionisch und zeigen deshalb neue und ungewöhnliche
Eigenschaften. Ionische Flüssigkeiten sind durch die Variation der Struktur von Anion und/oder Kation sowie durch die Variation von deren Kombinationen in ihren Eigenschaften an gegebene technische Problemstellungen vergleichsweise gut anpassbar. So kann beispielsweise ihr Lösungsvermögen bezüglich eines Stoffes durch die Wahl der Ionen in weiten Grenzen beeinflusst bzw. eingestellt werden. Aus diesem Grund werden sie oftmals auch als "Designer Solvents" bezeichnet. Bei herkömmlichen, molekularen Flüssigkeiten ist hingegen lediglich eine Variation der Struktur möglich. Ionische Flüssigkeiten können insbesondere derart "designed" werden, dass sie auch Stoffe, die keine bzw. nur eine geringe Wasserlöslichkeiten aufweisen unter Bildung einer einphasigen und homogenen Lösung auflösen.
Wie die Erfahrung gezeigt hat, kann die Wasserstoffausbeute bei der erfindungsgemäßen Umsetzung von Wasserstoff und Kohlenstoff enthaltenden Einsatzstoffen deutlich gesteigert werden, wenn an der Umsetzung Wasser als Reaktand beteiligt ist, das mit dem in den Einsatzstoffen enthaltenen Kohlenstoff zu
Kohlemonoxid und Wasserstoff reagiert. Eine bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht daher vor, dass die Einsatzstoffe in einem Reaktionssystem umgesetzt werden, das neben den gelösten Einsatzstoffen, wenigstens einer ionischen Flüssigkeit und zumindest einem Katalysator auch Wasser enthält.
Unter Beteiligung von Wasser liefert das erfindungsgemäße Verfahren bereits bei vergleichsweise niedrigen Reaktionstemperaturen und moderaten -drücken hohe Wasserstoffausbeuten. Hierbei läuft parallel zur Abspaltung von Wasserstoff aus den gelösten Einsatzstoffen eine Wassergas-Shift-Reaktion ab, bei der gebildetes
Kohlenmonoxid mit Wasser zu Wasserstoff und Kohlendioxid reagiert. Wasserstoff und Kohlenstoff enthaltene Einsatzstoffe können daher mit hoher Ausbeute und einstufig, d. h. ohne eine nachgeordnete Wassergas-Shift-Reaktion, zu einem überwiegend aus Wasserstoff und Kohlendioxid bestehenden Gas umgesetzt werden. Methan, Kohlenmonoxid sowie weitere Nebenprodukte sind nur in geringen Konzentrationen nachweisbar. Dadurch wird einerseits die erforderliche Gasreinigung und -aufbereitung deutlich vereinfacht und andererseits ein Wasserstoffprodukt mit höchster Wertschöpfung produziert.
Da Wasser zudem geeignet ist, wasserlösliche Bestandteile der Einsatzstoffe zu lösen, sieht eine zweckmäßige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass die Einsatzstoffe vor dem Einbringen in das Reaktionssystem in einem Wasser umfassenden Stoffgemisch gelöst werden.
Eine andere zweckmäßige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass dem Reaktionssystem Wasser in Form von Wasserdampf zugeführt wird. Dadurch ist es gleichzeitig möglich, den Energiebedarf des Verfahrens ganz oder teilweise zu decken. Im günstigsten Fall kann auf eine aufwendige indirekte Beheizung verzichtet werden. Weiterhin sorgt der einströmende und kondensierende Wasserdampf, bei dem es sich vorzugsweise um kostengünstigen Niederdruckdampf handelt, für eine intensive Durchmischung des Reaktionssystems.
Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren mit der Mindestmenge an Wasser durchgeführt, die erforderlich ist, um die Einsatzstoffe vollständig zu lösen und ein kohlenmonoxidfreies Wasserstoffprodukt zu erzeugen.
Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass ein Gemisch aus mehreren Katalysatoren eingesetzt wird, wobei zumindest einer der Katalysatoren eine Wassergas-Shift-Reaktion unterstützt, bei der Kohlenmonoxid und Wasser zu Kohlendioxid und Wasserstoff umgesetzt werden.
Eine andere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass genau ein Katalysator eingesetzt wird, wobei dieser Katalysator gleichzeitig die Abspaltung von Wasserstoff aus gelösten Einsatzstoffen und eine Wassergas-Shift-Reaktion unterstützt.
Mit besonderem Vorteil werden zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens übergangsmetallhaltige Verbindungen als Katalysatoren eingesetzt, die zweckmäßigerweise die Fähigkeit besitzen, Carbonylverbindungen bilden und Alkoholate binden zu können, dehydrierend und Wasserstoff aktivierend zu wirken sowie einen C-C-Bindungsbruch zu bewirken. Beispiele für übergangsmetallhaltige Katalysatoren, die diese Voraussetzungen erfüllen und im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt werden können, sind Verbindungen der Übergangsmetalle Ruthenium, Iridium, Rhodium, Osmium, Nickel, Platin, Palladium, Kupfer, Kobalt, Rhenium oder Eisen.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass zumindest eine Übergangsmetallverbindung der Oxidationsstufe 0 als Katalysator eingesetzt wird, wobei entweder die Übergangsmetallverbindung dem Reaktionssystem in der Oxidationsstufe 0 zugesetzt oder vor oder während der katalytischen Reaktion in eine Form der Oxidationsstufe 0 überführt wird. Die Übergangsmetallverbindungen der Oxidationsstufe 0 liegen im Reaktionssystem gemäß dieser Erfindung bevorzugt in Form von Nanopartikeln oder Nanokolloiden vor, die durch die Gegenwart der ionischen Flüssigkeiten im Reaktionssystem stabilisiert werden, wobei ihre Aggregation durch die ionische Flüssigkeit wirksam unterdrückt wird.
Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass wenigstens ein Katalysator verwendet wird, der sich vollständig im Reaktionssystem löst.
Um die Selektivität des Katalysators zu steigern und den Umsatz in der gewünschten Zielreaktion zu erhöhen, sieht eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass wenigstens eine Art von Liganden zur Komplexierung eines übergangsmetallhaltigen Katalysators eingesetzt wird.
Erfindungsgemäß werden die ionischen Flüssigkeiten zweckmäßigerweise so gewählt, dass das Mengenverhältnis von umzusetzenden Einsatzstoffen und ionischen Flüssigkeiten in einem weiten Bereich variierbar ist, womit auch bei schwankenden Zusammensetzungen der umzusetzenden Einsatzstoffe eine Anpassung an die Prozessanforderungen leicht möglich ist.
Vorzugsweise werden zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ionische Flüssigkeiten eingesetzt, die aus der Menge der im abhängigen Patentanspruch 9 aufgelisteten ionischen Flüssigkeiten gewählt werden.
Mit besonderem Vorteil werden zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ionische Flüssigkeiten verwendet, die in der Lage sind, die als Katalysatoren eingesetzten Verbindungen in ihrer katalytisch aktiven Form vollständig zu lösen oder zu stabilisieren. Insbesondere dann, wenn nanopartikuläre oder nanokolloidale
Übergangsmetallverbindungen in der Oxidationsstufe 0 als Katalysatoren verwendet werden, werden zweckmäßigerweise ionische Flüssigkeiten eingesetzt, die die Fähigkeit besitzen, die Aggregation der Nanopartikel effektiv zu behindern.
Mit Hilfe der ionischen Flüssigkeiten kann die Acidität bzw. Basizität des die gelösten Einsatzstoffe, ionische Flüssigkeiten und übergangsmetallhaltige Katalysatoren umfassenden Reaktionssystems gezielt eingestellt werden. Dabei wird insbesondere die Fähigkeit des Anions der ionischen Flüssigkeit genutzt, im Reaktionssystem als Säure oder Base zu wirken.
Besonders bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sehen daher vor, dass Tetraalkylphosphoniumsalze und/oder 1 ,2,3-Trialkylimidazoliumsalze und/oder Phosphonatsalze und/oder Methylphosphonatsalze und/oder Acetatsalze und/oder Carbonatsalze und/oder Hydrogenphosphate und /oder Dihydrogenphosphate als ionische Flüssigkeiten eingesetzt werden.
Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren bei Reaktionstemperaturen zwischen 50 und 3500C, besonders bevorzugt zwischen 120 und 3000C und ganz besonders bevorzugt zwischen 130 und 2300C durchgeführt, wobei die Reaktionsdrücke zwischen 1 und 1000 bar, bevorzugt zwischen 30 und 750 bar und besonders bevorzugt zwischen 30 und 350 bar liegen.
Da die erfindungsgemäße Umsetzung der Einsatzstoffe in einem fluiden Reaktionssystem abläuft, wird vorgeschlagen, die erforderlichen Reaktionsdrücke durch Pumpen von Flüssigkeit bzw. Suspension zu erzeugen.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Reaktionssystem zur Erzeugung von Wasserstoff aus Wasserstoff enthaltenden Einsatzstoffen, das neben den umzusetzenden Einsatzstoffen zumindest einen Katalysator aufweist.
Die gestellte Aufgabe wird seitens des Reaktionssystems erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass es eine oder mehrere ionische Flüssigkeiten sowie einen oder mehrere die Abspaltung von Wasserstoff aus den Wasserstoff enthaltenden Einsatzstoffen unterstützende Katalysatoren umfasst, wobei die umzusetzenden Einsatzstoffe in gelöster Form vorliegen.
Als Einsatzstoffe für das erfindungsgemäße Verfahren kommen grundsätzlich alle Wasserstoff enthaltenden Stoffe in Frage. Vorzugsweise umfasst das erfindungsgemäße Reaktionssystem werden solche Einsatzstoffe, die neben Wasserstoff auch Kohlenstoff und Sauerstoff enthalten. Insbesondere umfasst das erfindungsgemäße Reaktionssystem biogene Stoffe, worunter Stoffe tierischer und/oder pflanzlicher Herkunft zu verstehen sind, die in Reinform oder als Stoffgemische vorliegen können. Beispiele für biogene Stoffe sind Glucose, Bagasse, Holz, Stroh, Grünschnitt und Schlachtabfälle. Daneben kann es jedoch auch nicht biogenen Einsatzstoffe umfassen, von denen beispielhaft chemische Verbindungen aus den Klassen der Alkohole, Polyalkohole, Aldehyde, Ketone, Carbonsäuren, Mono-, Di- und Oligosaccharide genannt seien.
Das erfindungsgemäße Reaktionssystem weiterbildend wird vorgeschlagen, dass es Wasser enthält, wobei der Wassergehalt im Reaktionssystem zwischen 0,01 und 99,99 Massen%, bevorzugt zwischen 3 und 95Massen% und besonders bevorzugt zwischen
5 und 20Massen% liegt. Eine ganz besonders bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Reaktionsgemisches sieht vor, dass es die Mindestmenge an Wasser enthält, die erforderlich ist, um die Einsatzstoffe vollständig zu lösen und ein kohlenmonoxidfreies Wasserstoffprodukt zu erzeugen.
Das erfindungsgemäße Reaktionssystem kann mit einem Gemisch unterschiedlicher Katalysatoren ausgeführt sein, von denen zweckmäßigerweise zumindest einer eine Wassergas-Shift-Reaktion unterstützt. Vorzugsweise umfasst es jedoch genau einen Katalysator, wobei dieser Katalysator gleichzeitig die Abspaltung von Wasserstoff aus gelösten Einsatzstoffen und eine Wassergas-Shift-Reaktion unterstützt.
Erfahrungsgemäß sind besonders übergangsmetallhaltige Verbindungen zum Einsatz als Katalysatoren in einem erfindungsgemäßen Reaktionssystem geeignet. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Reaktionssystems sehen daher vor, dass es zumindest einen übergangsmetallhaltigen Katalysator aufweist, bei dem es sich vorzugsweise um eine Ruthenium- oder eine Iridium- oder eine Rhodium- oder eine Osmium- oder eine Nickel- oder eine Platin- oder eine Palladium- oder eine Kupferoder eine Kobalt- oder eine Rhenium- oder eine Eisen-Verbindung handelt.
Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Reaktionssystems sieht vor, dass zumindest einer der Katalysatoren vollständig im Reaktionssystem löslich ist oder in Form einer Übergangsmetallverbindung der Oxidationsstufe 0 vorliegt, wobei entweder die Übergangsmetallverbindung dem Reaktionssystem in der Oxidationsstufe 0 zugesetzt oder vor oder während der katalytischen Reaktion in eine Form der Oxidationsstufe 0 überführt wird. Übergangsmetallverbindungen der Oxidationsstufe 0 liegen im Reaktionssystem gemäß dieser Erfindung besonders bevorzugt in Form von Nanopartikeln oder Nanokolloiden vor, die durch die Gegenwart der ionischen Flüssigkeiten im Reaktionssystem stabilisiert werden, wobei ihre Aggregation durch die ionische Flüssigkeit wirksam unterdrückt wird.
Das erfindungsgemäße Reaktionssystem zeichnet sich dadurch aus, dass der Anteil der Katalysatoren zwischen 0,0001 und 20Massen%, bevorzugt zwischen 0,005 und 10Massen% und besonders bevorzugt zwischen 0,04 und 2Massen% liegt.
Um die Selektivität des Katalysators zu steigern und den Umsatz in der gewünschten Zielreaktion zu erhöhen, sieht eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Reaktionssystems vor, dass es wenigstens eine Art von Liganden umfasst, durch welche ein übergangsmetallhaltiger Katalysator komplexiert werden kann.
Bei der oder den im erfindungsgemäßen Reaktionssystem vorliegenden ionischen Flüssigkeiten handelt es sich vorzugsweise um solche, die aus der Menge der im abhängigen Patentanspruch 20 aufgelisteten ionischen Flüssigkeiten ausgewählt werden.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Reaktionssystems sehen vor, dass es sich bei der ionischen Flüssigkeit oder den ionischen Flüssigkeiten um Tetraalkylphosphoniumsalze und/oder 1 ,2,3-Trialkylimidazoliumsalze und/oder Phosphonatsalze und/oder Methylphosphonatsalze und/oder Acetatsalze und/oder Carbonatsalze und/oder Hydrogenphosphate und /oder Dihydrogenphosphate handelt.
Ferner ist das erfindungsgemäße Reaktionssystem dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Wasserstoff enthaltenden Einsatzstoffe zwischen 1 und 70Massen%, bevorzugt zwischen 3 und 50Massen% und besonders bevorzugt zwischen 5 und 30 Massen% liegt.
Die Erfindung ermöglicht die Erzeugung von Wasserstoff aus Wasserstoff enthaltenden Einsatzstoffen mit im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich geringeren Invest- und Betriebskosten.
Wegen des fluiden, weitgehend einphasigen und homogenen Charakters des Reaktionssystems und der äußerst geringen Löslichkeit von Wasserstoff in ionischen Flüssigkeiten, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren sehr hohe Raum-Zeit- Ausbeuten an Wasserstoff, da der gebildete Wasserstoff das Reaktionssystem fast quantitativ verlässt und in die Gasphase übertritt. Darüber hinaus ergibt sich neben den Kostenvorteilen auch eine sehr gute Skalier- und Prozessierbarkeit.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von mehreren Beispielen erläutert und verdeutlicht werden:
Beispiel 1 : Blindtest mit Na/K-Acetat ohne Einsatzstoffe
In einem geschlossenen 600-ml-Druckreaktor wurde ein Stoffgemisch vorgelegt, bestehend aus 100g Na/K-Acetat, 0,05g Rhodiumtrichlorid, 0,05g Kupferchlorid und 16,25g Wasser. Bei einem Stickstoffgegendruck von 10 bar wurde der Reaktor bis auf 25O0C aufgeheizt und für 15 Stunden bei dieser Temperatur gehalten. Anschließend wurde der Gehalt an Wasserstoff, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und leichten Kohlenwasserstoffen (bis C4) in dem entstanden Produktgas mittels Gaschromatographen bestimmt. Durch Kenntnis des Druckanstieges während der Versuchsdauer konnte die erzeugte Wasserstoffmenge mit einem Wert von 0,211 Nl ermittelt werden.
Beispiel 2: Druckversuch: Umsetzung von Methanol in Na/K-Acetat
In einem geschlossenen 600-ml-Druckreaktor wurde ein Stoffgemisch vorgelegt, bestehend aus 100g Na/K-Acetat, 0,05g Rhodiumtrichlorid, 0,05g Kupferchlorid, 3g Methanol und 16,25g Wasser. Bei einem Stickstoffgegendruck von 10bar wurde der Reaktor bis auf 2500C aufgeheizt und für 17,5 Stunden bei dieser Temperatur gehalten. Anschließend wurde der Gehalt an Wasserstoff, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und leichten Kohlenwasserstoffen (bis C4) in dem entstanden
Produktgas mittels Gaschromatographen bestimmt. Aus der Messung ergab sich ein Wert für den Wasserstoffgehalt im Produktgas von 26VoI. %. Durch Kenntnis des Druckanstieges während der Versuchsdauer konnte die erzeugte Wasserstoffmenge mit einem Wert von 1 ,477Nl ermittelt werden. Bezogen auf das eingesetzte Methanol ergibt sich unter Einbeziehung der Wassergas-Shift-Reaktion eine Wasserstoff- Ausbeute von 23,5%.
Beispiel 3: Druckversuch: Umsetzung von Sorbitol in Na/K-Acetat
In einem geschlossenen 600-ml-Druckreaktor wurde ein Stoffgemisch vorgelegt, bestehend aus 100g Na/K-Acetat, 0,05g Rhodiumtrichlorid, 0,05g Kupferchlorid, 3g Sorbitol und 16,25g Wasser. Bei einem Stickstoffgegendruck von 10bar wurde der Reaktor bis auf 2500C aufgeheizt und für 17,5 Stunden bei dieser Temperatur gehalten. Anschließend wurde der Gehalt an Wasserstoff, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und leichten Kohlenwasserstoffen (bis C4) in dem entstanden
Produktgas mittels Gaschromatographen bestimmt. Aus der Messung ergab sich ein Wert für den Wasserstoffgehalt im Produktgas von 11 ,6Vol.%. Durch Kenntnis des Druckanstieges während der Versuchsdauer konnte die erzeugte Wasserstoffmenge mit einem Wert von 0,523Nl ermittelt werden. Bezogen auf das eingesetzte Sorbitol ergibt sich unter Einbeziehung der Wassergas-Shift-Reaktion eine Wasserstoff- Ausbeute von 10,9%.
Claims
1. Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff aus Wasserstoff enthaltenden Einsatzstoffen durch Flüssigphasenreaktionen in Gegenwart eines Katalysators, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserstoff enthaltenden Einsatzstoffe in einer ionischen Flüssigkeit oder einem wenigstens eine ionische Flüssigkeit umfassenden Stoffgemisch gelöst und in Gegenwart zumindest eines die Abspaltung von Wasserstoff aus den gelösten Einsatzstoffen unterstützenden Katalysators umgesetzt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserstoff enthaltenden Einsatzstoffe in einem Reaktionssystem umgesetzt werden, das neben den gelösten Einsatzstoffen, wenigstens einer ionischen Flüssigkeit und zumindest einem Katalysator auch Wasser enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserstoff enthaltenden Einsatzstoffe in einem Wasser umfassenden Stoffgemisch gelöst werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Reaktionssystem Wasser in Form von Wasserdampf zugeführt wird, bei dem es sich vorzugsweise um Niederduckdampf handelt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als ein Katalysator eingesetzt wird, wobei wenigstens einer der Katalysatoren eine
Wassergas-Shift-Reaktion unterstützt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass genau ein Katalysator eingesetzt wird, wobei dieser Katalysator gleichzeitig die Abspaltung von Wasserstoff aus gelösten Einsatzstoffen und eine Wassergas- Shift-Reaktion unterstützt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein übergangsmetallhaltiger Katalysator eingesetzt wird, bei dem es sich vorzugsweise um eine Ruthenium- oder eine Iridium- oder eine Rhodiumoder eine Osmium- oder eine Nickel- oder eine Platin- oder eine Palladium- oder eine Kupfer- oder eine Kobalt- oder eine Rhenium- oder eine Eisen-Verbindung handelt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Übergangsmetallverbindung der Oxidationsstufe 0 als Katalysator eingesetzt wird, wobei entweder die Übergangsmetallverbindung dem Reaktionssystem in der
Oxidationsstufe 0 zugesetzt oder vor oder während der katalytischen Reaktion in eine Form der Oxidationsstufe 0 überführt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ionische Flüssigkeiten eingesetzt werden, die gemäß der Formel [A] a b + [Y] c d' beschrieben werden können, wobei a*b = -c*d und a=1..3, b=1..3, c=1..3, d=1..3 und
das Anion [Y]"" ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Dicyanamid ([N(CN)2]", Tricyanomethid ([C(CN)3]', Tetracyanoborat ([B(CN)4]"), Sulfat ([SO4]2"), Hydrogensulfat ([HSO4]"), Phosphat ([PO4]3"), Hydrogenphosphat ([HPO4]2"), Dihydrogenphosphat ([H2PO4]"), Phosphonat ([HPO3]2"), Tosylat ([C7H7SO3]"),
Nonaflat ([C4F9SO3 "]), Trisperfluoroethyl-trifluorophosphat ([PF3(C2Fs)3]"), Carbonat ([CO3]2"), Hydroxid, Fluorosulfonat, [R'-COO]", [R'-CO3]", [HOOC-(CH2)m-COO]", [OOC-(CH2)m-COO]2", [R'-SO3]", [R-R11PO2]", [R1HPO3]", [R1PO4R"]" oder [(R1- SO2J2N]", und R1 und R" gleich oder ungleich, jeweils ein linearer oder verzweigter 1 bis 12 Kohlenstoffatome enthaltender aliphatischer oder alicyclischer Alkyl- oder ein C5-C18-Aryl-, C5-C18-Aryl-C1-C6-alkyl- oder C1-C6-Alkyl-C5-C18-aryl-Rest ist, der durch Halogenatome substituiert sein kann und m eine ganze Zahl zwischen 1 und 12 ist,
das Kation [A]+ ausgewählt ist aus - Kationen der Alkali- oder Erdalkalimetalle
- quartemären Ammonium-Kationen der allgemeinen Formel [NR1R2R3R]+,
- Phosphonium-Kationen der allgemeinen Formel [PRiR2R3R]+,
- Imidazolium-Kationen der allgemeinen Formel
- Benzimidazolium-Kationen der allgemeinen Formel
wobei der Benzimidazol-Kem substituiert sein kann mit wenigstens einer Gruppe, die ausgewählt ist aus C1-C6-Alkyl-, C1-C6-Alkoxy-, C1-C6-Aminoalkyl-, C5-C12- Aryl- oder C5-C12-Aryl-C1-C6-Alkylgruppen,
- Pyridinium-Kationen der allgemeinen Formel
wobei der Pyridin-Kern substituiert sein kann mit wenigstens einer Gruppe, die ausgewählt ist aus C1-C6-Alkyl-, C1-C6-Alkoxy-, C1-C6-Aminoalkyl-, C5-C12-Aryl- oder C5-C12-Aryl-C1-C6-Alkylgruppen,
- Pyrazolium-Kationen der allgemeinen Formel
- und Triazolium-Kationen der allgemeinen Formel 
wobei der Triazol-Kern substituiert sein kann mit wenigstens einer Gruppe, die ausgewählt ist aus C1-C6-Alkyl-, C1-C6-Alkoxy-, C1-C6-Aminoalkyl-, C5-C12-Aryl- oder C5-C12-Aryl-C1-C6-Alkylgruppen, und die Reste R1 , R2, R3 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus
- Wasserstoff;
- linearen oder verzweigten, gesättigten oder ungesättigten, aliphatischen oder alicyclischen Alkylgruppen mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen; - Heteroaryl-, Heteroaryl-C1-C6-Alkylgruppen mit 3 bis 8 Kohlenstoffatomen im
Heteroaryl-Rest und wenigstens einem Heteroatom ausgewählt aus N, O und S, der mit wenigstens einer Gruppe ausgewählt aus C1-C6-Alkylgruppen und/oder Halogenatomen substituiert sein können;
- Aryl-, Aryl-C1-C6-Alkylgruppen mit 5 bis 12 Kohlenstoffatomen im Arylrest, die gegebenenfalls mit wenigstens einer C1-C6-Alkylgruppen und/oder einem
Halogenatomen substituiert sein können; und der Rest R ausgewählt ist aus
- linearen oder verzweigten, gesättigten oder ungesättigten, aliphatischen oder alicyclischen Alkylgruppen mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen; - Heteroaryl-C1-C6-Alkylgruppen mit 4 bis 8 Kohlenstoffatomen im Arylrest und wenigstens einem Heteroatom ausgewählt aus N, O und S, die mit wenigstens einer C1-C6-Alkylgruppen und/oder Halogenatomen substituiert sein können;
- Aryl-C1-C6-Alkylgruppen mit 5 bis 12 Kohlenstoffatomen im Arylrest, die gegebenenfalls mit wenigstens einer C1-C6-Alkylgruppe und/oder einem Halogenenatomen substituiert sein können.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Tetraalkylphosphoniumsalze und/oder 1 ,2,3-Trialkylimidazoliumsalze und/oder Phosphonatsalze und/oder Methylphosphonatsalze und/oder Acetatsalze und/oder Carbonatsalze und/oder Hydrogenphosphate und /oder Dihydrogenphosphate als ionische Flüssigkeiten eingesetzt werden.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass es bei Reaktionstemperaturen zwischen 50 und 350°C, besonders bevorzugt zwischen 120 und 3000C und ganz besonders bevorzugt zwischen 130 und 230°C durchgeführt wird, wobei die Reaktionsdrücke zwischen 1 und 1000 bar, bevorzugt zwischen 30 und 750 bar und besonders bevorzugt zwischen 30 und 350 bar liegen.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die eingesetzten Wasserstoff enthaltenden Stoffe ausgewählt sind aus einer Gruppe, die gebildet wird aus Glucose, Bagasse, Holz, Stroh, Grünschnitt und Schlachtabfällen sowie Alkoholen, Polyalkoholen, Aldehyden, Ketonen,
Carbonsäuren, Monosacchariden, Disacchariden und Oligosacchariden.
13. Reaktionssystem zur Erzeugung von Wasserstoff aus Wasserstoff enthaltenden Einsatzstoffen, das neben den umzusetzenden Einsatzstoffen zumindest einen Katalysator aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass es eine oder mehrere ionische Flüssigkeiten sowie einen oder mehrere die Abspaltung von Wasserstoff aus den Wasserstoff enthaltenden Einsatzstoffen unterstützende Katalysatoren umfasst, wobei die umzusetzenden Einsatzstoffe in gelöster Form vorliegen.
14. Reaktionssystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass es Wasser enthält, wobei der Wassergehalt im Reaktionssystem zwischen 0,01 und 99,99 Massen%, bevorzugt zwischen 3 und 95Massen% und besonders bevorzugt zwischen 5 und 20Massen% liegt.
15. Reaktionssystem nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass es mehr als einen Katalysator umfasst, wobei wenigstens einer der Katalysatoren eine Wassergas-Shift-Reaktion unterstützt.
16. Reaktionssystem nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass es genau einen Katalysator umfasst, wobei dieser Katalysator gleichzeitig die Abspaltung von Wasserstoff aus gelösten Einsatzstoffen und eine Wassergas- Shift-Reaktion unterstützt.
17. Reaktionssystem nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass es zumindest einen übergangsmetallhaltigen Katalysator aufweist, bei dem es sich vorzugsweise um eine Ruthenium- oder eine Iridium- oder eine Rhodiumoder eine Osmium- oder eine Nickel- oder eine Platin- oder eine Palladium- oder eine Kupfer- oder eine Kobalt- oder eine Rhenium- oder eine Eisen-Verbindung handelt.
18. Reaktionssystem nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Katalysatoren vollständig löslich ist oder in Form einer Übergangsmetallverbindung der Oxidationsstufe 0 vorliegt, wobei entweder die
Übergangsmetallverbindung dem Reaktionssystem in der Oxidationsstufe 0 zugesetzt oder vor oder während der katalytischen Reaktion in eine Form der Oxidationsstufe 0 überführt wird.
19. Reaktionssystem nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Katalysatoren zwischen 0,0001 und 20Massen%, bevorzugt zwischen 0,005 und 10Massen% und besonders bevorzugt zwischen 0,04 und 2 Massen% liegt.
20. Reaktionssystem nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass ionische Flüssigkeiten eingesetzt werden, die gemäß der Formel [A] a b+[Y] c d" beschrieben werden können, wobei a*b = -c*d und a=1..3, b=1..3, c=1..3, d=1..3 und
das Anion [Yf" ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Dicyanamid ([N(CN)2]', Tricyanomethid ([C(CN)3]", Tetracyanoborat ([B(CN)4]"), Sulfat ([SO4]2"), Hydrogensulfat ([HSO4]"), Phosphat ([PO4]3"), Hydrogenphosphat ([HPO4]2"), Dihydrogenphosphat ([H2PO4]"), Phosphonat ([HPO3]2"), Tosylat ([C7H7SO3] ),
Nonaflat ([C4F9SO3 ]), Trisperfluoroethyl-trifluorophosphat ([PF3(C2Fs)3]"), Carbonat ([CO3]2"), Hydroxid, Fluorosulfonat, [R'-COO]", [R'-CO3]", [HOOC-(CH2)m-COO]", [OOC-(CH2)m-COO]2", [R'-SO3]", [R-R11PO2]", [R1HPO3]", [R1PO4R"]" oder [(R'- SO2J2N]", und R' und R" gleich oder ungleich, jeweils ein linearer oder verzweigter 1 bis 12 Kohlenstoffatome enthaltender aliphatischer oder alicyclischer Alkyl- oder ein C5-C18-Aryl-, C5-C18-Aryl-C1-C6-alkyl- oder C1-C6-Alkyl-C5-C18-aryl-Rest ist, der durch Halogenatome substituiert sein kann und m eine ganze Zahl zwischen 1 und 12 ist,
das Kation [A]+ ausgewählt ist aus - Kationen der Alkali- oder Erdalkalimetalle
- quartemären Ammonium-Kationen der allgemeinen Formel [NR1R2R3R]+,
- Phosphonium-Kationen der allgemeinen Formel [PRiR2R3R]+, - Imidazolium-Kationen der allgemeinen Formel
wobei der Benzimidazol-Kem substituiert sein kann mit wenigstens einer Gruppe, die ausgewählt ist aus C1-C6-Alkyl-, C1-C6-Alkoxy-, C1-C6-Aminoalkyl-, C5-C12- Aryl- oder C5-C12-Aryl-C1-C6-Alkylgruppen,
- Pyridinium-Katipnen der allgemeinen Formel
- Pyrazolium-Kationen der allgemeinen Formel
- und Triazolium-Kationen der allgemeinen Formel 
wobei der Triazol-Kem substituiert sein kann mit wenigstens einer Gruppe, die ausgewählt ist aus C1-C6-Alkyl-, C1-C6-Alkoxy-, C1-C6-Aminoalkyl-, C5-C12-Aryl- oder C5-C12-Aryl-C1-C6-Alkylgruppen, und die Reste R1 , R2, R3 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus
- Wasserstoff;
- linearen oder verzweigten, gesättigten oder ungesättigten, aliphatischen oder alicyclischen Alkylgruppen mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen;
- Heteroaryl-, Heteroaryl-C1-C6-Alkylgruppen mit 3 bis 8 Kohlenstoffatomen im Heteroaryl-Rest und wenigstens einem Heteroatom ausgewählt aus N, O und S, der mit wenigstens einer Gruppe ausgewählt aus C1-C6-Alkylgruppen und/oder Halogenatomen substituiert sein können;
- Aryl-, Aryl-C1-C6-Alkylgruppen mit 5 bis 12 Kohlenstoffatomen im Arylrest, die gegebenenfalls mit wenigstens einer C1-C6-Alkylgruppen und/oder einem Halogenatomen substituiert sein können; und der Rest R ausgewählt ist aus
- linearen oder verzweigten, gesättigten oder ungesättigten, aliphatischen oder alicyclischen Alkylgruppen mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen;
- Heteroaryl-C1-C6-Alkylgruppen mit 4 bis 8 Kohlenstoffatomen im Arylrest und wenigstens einem Heteroatom ausgewählt aus N, O und S, die mit wenigstens einer C1-C6-Alkylgruppen und/oder Halogenatomen substituiert sein können;
- Aryl-C1-C6-Alkylgruppen mit 5 bis 12 Kohlenstoffatomen im Arylrest, die gegebenenfalls mit wenigstens einer C1-C6-Alkylgruppe und/oder einem Halogenenatomen substituiert sein können.
21. Reaktionssystem nach einem der Ansprüche 13 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der ionischen Flüssigkeit oder den ionischen Flüssigkeiten um Tetraalkylphosphoniumsalze und/oder 1 ,2,3-Trialkylimidazoliumsalze und/oder Phosphonatsalze und/oder Methylphosphonatsalze und/oder Acetatsalze und/oder Carbonatsalze und/oder Hydrogenphosphate und /oder Dihydrogenphosphate handelt.
22. Reaktionssystem nach einem der Ansprüche 13 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass es einen Gehalt an Wasserstoff enthaltenden Einsatzstoffen aufweist, der zwischen 1 und 70Massen%, bevorzugt zwischen 3 und 50Massen% und besonders bevorzugt zwischen 5 und 30Massen% liegt.
23. Reaktionssystem nach einem der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionssystem Wasserstoff enthaltende Einsatzstoffe umfasst, die ausgewählt sind aus einer Gruppe, die gebildet wird aus Glucose, Bagasse, Holz, Stroh, Grünschnitt und Schlachtabfällen sowie Alkoholen, Polyalkoholen, Aldehyden, Ketonen, Carbonsäuren, Monosacchariden, Disacchariden und Oligosacchariden.
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