WO2016173775A1 - Reaktor-vorrichtung zum freisetzen eines gases aus einem edukt - Google Patents

Reaktor-vorrichtung zum freisetzen eines gases aus einem edukt Download PDF

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WO2016173775A1
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educt
flow channel
reactor
gas
reactor device
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Andreas BÖSMANN
Patrick PREUSTER
Eberhard Schlücker
Nicolas Alt
Patrick INHETVEEN
Annemarie HOFMANN
Matthias KUSCHE
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Hydrogenious Technologies Gmbh
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    • C01B2203/0277—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a decomposition step containing a catalytic decomposition step

Definitions

  • the present patent application claims the benefit of German Patent Application DE 10 2015 208 009.9, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • the invention relates to a reactor device for releasing a gas from a starting material.
  • WO 2014/044706 Al discloses a reactor for releasing hydrogen gas, ie for dehydrogenation, from a liquid hydrogen carrier medium as educt.
  • the flow of the starting material in the reactor in particular through a catalyst packing, causes pressure loss and flow dead zones.
  • the flow of the educt in the reactor is hardly influenced.
  • a heating of the catalyst is only possible from below.
  • the heat input into the reaction medium, the educt, is impaired.
  • the reaction volume is reduced.
  • the catalyst is ineffective.
  • the invention has for its object to provide a reactor device with which a gas from an educt can be released economically efficient.
  • a reactor device having the features specified in claim 1.
  • the gist of the invention is that a reactor device has at least one open geometry reactor arranged in a reactor housing.
  • the open geometry results from the fact that an educt flow channel, in which a catalyst is introduced, is connected to a gas collecting space arranged above the educt flow channel for collecting the gas released from the educt.
  • Gas, in particular hydrogen, from the starting material, in particular in liquid form, in particular a Liquid organic hydrogen carrier (LOHC) or other hydrogenated material has been released, can automatically flow from the educt flow channel into the gas collecting space and collected there. The collected gas can then be removed from the single reactor into the reactor housing and out of the reactor device.
  • LOHC Liquid organic hydrogen carrier
  • the reactor housing is in particular a pressure vessel which, in particular along a longitudinal axis, has a constant geometry, in particular a constant cross-sectional area. Transversely and in particular perpendicular to the longitudinal axis, a bottom plate of the single reactor is oriented.
  • the educt flow channel serves to flow through educt and runs in particular along the bottom plate.
  • the educt flow channel provides an educt flow direction. The flow of the educt is channeled.
  • the liquid educt follows a specific flow direction. It is possible to ensure high residence times for the educt in the reactor apparatus, in particular in the single reactor. Due to the high residence time of the educt in the single reactor, the reaction rate of the reactor apparatus is increased.
  • the amount of released gas from the educt is increased.
  • the educt flow direction is arranged, in particular, in an educt flow plane which is aligned parallel to the base plate.
  • a catalyst is provided in the educt flow channel.
  • the catalyst favors the release of the gas from the educt.
  • the starting material contacts the catalyst immediately.
  • a heat unit is used for, in particular immediate, heating of the catalyst and / or the educt.
  • the erfmdungs- Reactor device allows improved heat transfer from the heat unit in the catalyst and / or in the educt.
  • the reactor device according to the invention allows an increased ratio of surface area of the heat unit to volume of educt and / or catalyst.
  • the heat input from the heat unit in the catalyst and / or in the educt is increased.
  • the surface to volume ratio is about 150 m -1 .
  • the release of hydrogen is simplified and thus favored.
  • the reaction with which a disproportionately large volume of gas can be separated from a reduced volume of the liquid educt can be reasonably carried out economically.
  • the gas volume is up to 700 times greater than the volume of the liquid starting material. Characterized in that the reactor device and in particular the single reactor is designed with an open geometry, the released gas can pass directly and in particular automatically from the educt flow channel into the gas collecting space.
  • the reactor device is in particular modular. This means that more than one single reactor can be arranged in the reactor device. Due to the modularity, a single reactor can be used flexibly and in particular with Duced installation effort in the reactor housing mounted or dismounted. The variation in the number of single reactors in the reactor apparatus is straightforward.
  • the reactor device can be easily adapted to a desired or required working volume of the gas to be released.
  • the individual reactors may be arranged along the longitudinal axis such that the respective bottom plates are arranged parallel to one another, spaced apart.
  • Each individual reactor allows a concrete, in particular settable reaction volume, ie a predetermined gas volume which can be separated from the educt.
  • the modular design of the reactor apparatus makes it possible to individually adjust the reaction volume of the reactor apparatus for an impending reaction by immediately changing the number of individual reactors.
  • the reactor apparatus is flexibly adaptable to a reaction to be performed in terms of reaction performance characteristics.
  • the single reactor is particularly easy to produce.
  • the educt flow channel is defined by baffles and / or heat exchanger tubes.
  • the educt flow channel is laterally delimited by boundary elements along the educt flow direction. Limiting elements may be, for example, guide plates and / or heat exchanger tubes and / or the reactor housing itself, in particular a side wall of the reactor housing.
  • the baffles and / or heat exchanger tubes may be pre-bent. The manufacturing effort is reduced.
  • the heat unit in particular allows direct heating of the catalyst, that is the catalyst material. In particular, it is possible to arrange the catalyst as a loose bed of catalyst particles along the educt flow channel.
  • the height of the bed corresponds in particular to the height of the delimiting elements, in particular the heat exchanger tubes and / or the baffles.
  • the baffles can be heated in particular directly.
  • the heat transfer from the heat unit into the catalyst is thereby improved.
  • the reactor device in particular the parts of the reactor housing, which come into direct contact with the catalyst material or at least close to the catalyst, so close to reaction, can be made of metal, in particular of copper or brass.
  • the parts of the reactor housing, on which the catalyst material is applied as a loose bed, that is to say, for example, a bottom wall and / or the delimiting elements, are produced from good heat-conductive material.
  • the reaction conditions for the endothermic reaction in the reactor are improved by these materials because of their high thermal conductivity.
  • heat transport is improved in the endothermic reaction.
  • the bottom plate and / or the educt flow channel or the educt flow channel limiting elements such as baffles and / or heat transfer elements may be made of these materials.
  • the first length is at least half of a total length of the educt flow channel, in particular at least 60%, in particular at least 80%, in particular at least 90%, in particular at least 95% and in particular at most 100% of the total length.
  • the release of the gas from the educt is not hindered.
  • the released gas volume which is up to 700 times greater than the volume of the liquid starting material, is spatially unlimited.
  • the released gas in particular hydrogen gas, can develop unhindered and in particular escape freely from the educt flow channel.
  • the gas collecting chamber volume is many times greater than the educt flow channel volume, the multiple being greater than 1.
  • the gas collecting chamber volume is in particular more than 150% of the volume of the educt flow channel, in particular at least 200%. , in particular at least 300%, in particular at least 400%, in particular at least 500%, in particular at least 750%, in particular at least 1000% and in particular at most 10,000% of the volume of the reactant flow channel.
  • a reactor device in which a gas flow direction is oriented transversely and in particular perpendicular to the educt flow direction, makes it possible to light unimpeded release of the gas from the educt.
  • the gas flow direction is defined by the educt flow channel as the gas source and the gas collecting space as the gas target.
  • the gas flow direction is oriented from the educt flow channel to the gas collecting space.
  • a reactor device in which the educt flow channel facing the gas collecting chamber is open, allows an automatic escape of the released gas, in particular of hydrogen gas. In particular, covering the educt flow channel is unnecessary. The educt flow channel is uncomplicated. The production of the educt flow channel is simplified and therefore inexpensive.
  • a reactor device with at least one gas discharge opening of the gas collecting space is used for targeted removal of the gas from the gas collecting space.
  • suitable gas discharge lines can be connected in each case.
  • the gas from the gas collecting space can be selectively supplied for further use.
  • a plurality of gas discharge openings can be provided.
  • a flow cross-section provided by the at least one gas discharge opening for gas to be discharged makes it possible to discharge the gas at a sufficient flow rate. An overpressure in the gas collecting space due to a drainage obstruction is prevented.
  • the at least one gas discharge opening is designed in particular with a round cross section.
  • the gas discharge opening may also have a different cross section.
  • a gas discharge line arranged at the gas discharge opening is intended to allow the released gas, in particular hydrogen, to flow out of the pressure vessel, in particular without the influence of a convection effect.
  • the gas discharge line is in particular in a lower region of the pressure vessel ters, ie in a bottom region of the pressure vessel, arranged.
  • the gas discharge lines are provided in a different arrangement in the pressure vessel.
  • a reactor apparatus in which the catalyst is present as a loose bed of catalyst particles enables uncomplicated and flexible equipping of the single reactor with the catalyst.
  • the catalyst particles are present in particular as pellets, ie as individual particles.
  • the average diameter is in a range of 0.01 mm to 20 mm, more preferably 0.05 mm to 10 mm, more preferably 0.1 mm to 8 mm, more preferably 0.5 mm to 5 mm, and most preferably 1 mm up to 3 mm.
  • the catalyst particles are arranged on the bottom plate and in particular in the open educt flow channel through which the educt flows.
  • catalysts in particular for the dehydrogenation of LOHC, in particular mixtures of at least one metal or a metal oxide with a carrier material, in particular noble metals, and an inorganic carrier material are used.
  • a mixture may be, for example, platinum with alumina and platinum with carbon or other metals such as nickel, palladium, rhodium, gold, iridium, osmium, rhenium, copper and / or iron.
  • a reactor device in which the heat unit has at least one heat transfer flow channel through which the heat transfer medium flows enables a comparatively long residence time of the heat transfer medium in the single reactor, at the same flow rate. ness.
  • the ratio of the surface area of the heat unit to the volume of educt and / or catalyst is additionally increased.
  • a heat transfer medium has a cost advantage.
  • the integration of an electric heater into an already existing heating network is complicated.
  • the heat unit with a heat transfer medium can be easily connected to an existing heating network.
  • the heat transfer flow channel has a pipeline, with closed pipes being provided for this purpose. It can be used semi-finished steel.
  • the tubes for the heat transfer flow channel may have different shaped cross sections such as round, square, polygonal, oval, star-shaped, wherein the outer surface may have a certain minimum roughness and / or a coating.
  • a catalyst or a roughness former can serve as a coating.
  • the wall thickness of the tubes for the heat transfer flow channel should be as low as possible.
  • the minimum wall thickness of the tubes may be, for example, at least 0.5 mm, depending on the strength requirements. It is also conceivable that the minimum wall thickness is 1.0 mm or more.
  • the heat transfer flow channel is arranged in particular along the bottom plate and in particular spaced from the bottom plate.
  • the heat transfer flow channel is in particular firmly connected to the bottom plate, for example by means of a plurality of punctiform connection points, in particular welding points.
  • the joints also serve as spacers.
  • the heat transfer flow channel is oriented in particular parallel to the bottom plate and in particular transversely and / or parallel to the educt flow channel.
  • the heat transfer medium flow direction is opposite to the educt flow direction.
  • a heat transfer from the heat transfer medium to the Educt is preferably carried out in countercurrent process, since it is particularly effective in terms of heat transfer.
  • the heat unit can be designed as a burner with a arranged below the catalyst, enclosed space for direct heating.
  • a reactor device in which the reactor housing and / or the individual reactor have a heat insulation layer has reduced heat losses.
  • a heat-insulating layer is arranged on an underside of the bottom plate facing away from the heat unit.
  • the efficiency of the reactor device is improved.
  • a reactor apparatus having a purification unit for separating entrained and / or vaporized educt in the released gas improves the quality, in particular the purity, of the reaction product. As a result of the reaction, it is hardly avoidable that reactant constituents remain in the released gas.
  • the purification unit which can be connected in particular to the gas collecting space, these unwanted educt constituents are removed.
  • these constituents are removed by a fabric material, in particular a fabric sheath, through which the gas / educt mixture flows, in particular when it leaves the gas collecting space through the at least one gas discharge opening.
  • the fabric jacket serves as a droplet catcher for entrained, dehydrogenated educt, in particular dehydrated LOHC.
  • the fabric sheath is arranged in particular between stacked bottom plates and / or in the form of a filter at a gas discharge opening.
  • the purification unit is designed in particular as a droplet catcher.
  • the fabric may include, for example, woven fibers, oriented fibers, unoriented and nonwoven compressed fibers.
  • the fabric may be made homogeneous, for example made of textile or plastic, or of various other materials.
  • the deposition can also be effected by condensation and / or adsorption.
  • a reactor apparatus in which the reactor housing is made substantially cylindrical, allows a particularly compact and space-saving arrangement of a plurality of circular or annular bottom plates of individual reactors along the longitudinal axis of the reactor housing.
  • the individual reactors are spaced apart along the longitudinal axis. arranged one another.
  • the distance along the longitudinal axis between two adjacent individual reactors is in particular at least 10 mm.
  • a reactor device in which the heat unit has a spiral-shaped heat transfer flow channel allows an increased flow length of the heat transfer medium in the heat unit.
  • the heat input from the heat transfer medium via the heat transfer flow channel to the educt and / or catalyst in the educt flow channel is improved.
  • the heat transfer flow channel may be in the form of an archimetric spiral or a logarithmic spiral.
  • the educt flow channel is designed as a gap between two adjacent spiral turns of the heat transfer flow channel. This means that two adjacent spiral turns serve as flow guide elements.
  • the residence time of the educt in the educt flow channel is increased. The flow length and thus the residence time of the educt in the single reactor is increased.
  • the open geometry ie the outflow area of the educt flow channel in the gas collecting space is increased.
  • the volume of the gas to be released is increased.
  • the total length of the educt flow channel is increased.
  • the educt flow channel is particularly uncomplicated and inexpensive.
  • a reactor device with a collection chamber of the single reactor allows a particularly effective supply and discharge of the heat transfer medium and / or the educt.
  • the collection chamber is arranged in particular centrally and in particular concentrically to the longitudinal axis of the reactor housing. About the collection chamber, the connection of two adjacent single-reactors along the longitudinal axis is simplified.
  • the collection chamber may include a collection chamber housing to which in particular at collection chamber end faces, collecting chamber connecting elements can be arranged, which favors the modular connection of individual reactors. For example, arranged in the collection chamber heat transfer medium and / or educt lines via standardized connection interfaces can be connected to each other in a simplified manner.
  • the reactor device may also have a reactor housing which is designed substantially cuboid or prismatic.
  • the bottom plates of the individual reactors are correspondingly polygonal, in particular rectangular, designed.
  • the floor panels can also be triangular, pentagonal, hexagonal or in another form.
  • baffles serve as guide elements.
  • the baffles can be flexibly and reliably connected to the bottom plate, for example by welding. It is also conceivable that the baffles are variably fixed by means of a provided on the bottom plate grid structure. For this purpose, provided in a grid arrangement holes may be provided in the bottom plate. In the holes holding elements can be introduced, which are used for clamping support of the baffles. It is also conceivable that holding pins are integrally formed on a lower end face of the baffles, which are inserted into the bores of the bottom plate.
  • the educt flow channel is in particular along the rectangular bottom plate meander-shaped.
  • the residence time of the educt in the single reactor and thus the reactivity of the reactor device is increased overall.
  • a reactor device in which the bottom plate has a gradient directed from an educt feed opening to an educt discharge opening and / or an educt feed pump is provided ensures a reliable educt flow through the single reactor. The risk of educt congestion adversely affecting the reaction volume of the gas to be released is reduced.
  • FIG. 1 is a sectional, schematic overall view of a reactor device according to a first embodiment
  • Fig. 2 is an enlarged perspective view of a single reactor of the reactor apparatus in Fig. 1 and Fig. 3 is a Fig. 2 corresponding representation of a single reactor according to a second exemplary embodiment.
  • a reactor device 1 shown in FIGS. 1 and 2 serves to liberate hydrogen from liquid LOHC.
  • the reactor device 1 is a dehydrating device.
  • the reactor device 1 is a plate dehydrogenator. In principle, the reactor device is suitable for releasing a gas from a, in particular liquid, educt.
  • the reactor device 1 has a schematically illustrated reactor housing 2.
  • the reactor housing 2 is essentially cylindrical and has a longitudinal axis 3.
  • the reactor housing 2 is a pressure vessel.
  • six individual reactors 4 are arranged along the longitudinal axis 3 according to the embodiment shown.
  • the individual reactors 4 are each made identical. By increasing the number of individual reactors 4, the performance of the reactor apparatus 1, in particular the reaction volume, can be increased.
  • the individual reactors 4 can be connected together as often as desired along the longitudinal axis 3.
  • the reactor device 1 is modular. The addition or removal of individual reactors 4 is uncomplicated and possible in particular with reduced installation costs.
  • the individual reactors 4 each have an annular base plate 5 with a central opening.
  • the annular bottom plate 5 is limited to the longitudinal axis 3 by an inner cylinder web 6 and to the reactor housing 2 with an outer cylinder land 7.
  • Through the annular bottom plate 5, the inner cylinder web 6 and the outer cylinder web. 7 is a reaction space of the single reactor 4 limited.
  • the reaction space of the single reactor 4 is designed to be open at the top, ie in a direction away from the bottom plate 5.
  • Within the inner cylinder land 6, a collection chamber 8 is arranged within the inner cylinder land 6, a collection chamber 8 is arranged.
  • the collection chamber 8 is designed substantially cylindrical and serves to supply the single reactor 4 with heat transfer medium, which is sold for example with the trade name Marlotherm SH of Sasol, and starting material, so LOHC.
  • heat transfer medium which is sold for example with the trade name Marlotherm SH of Sasol, and starting material, so LOHC.
  • the individual reactors 4 are coupled together.
  • the four in the collection chamber 8 arranged supply / discharge lines are coupled together. It is possible to provide a central supply unit which supplies the interconnected collection chambers 8 of the individual reactors 4 with educt and heat transfer medium.
  • a heat transfer medium supply line 9 is provided, which enters from the inner cylinder web 6 and adjacent to the bottom plate 5 in the reaction space.
  • a spiral-shaped heat carrier flow channel 10 is formed by the heat transfer medium pipeline, which results, starting from the inner cylinder web 6, as an Archimedean spiral to the outside.
  • Two adjacent spiral lines of the heat transfer flow channel 10 have an identical, radially oriented to the longitudinal axis 3 distance.
  • the heat transfer flow channel 10 is arranged in a heat carrier plane, which is oriented parallel to the bottom plate 5. According to the embodiment shown, the spiral of the heat carrier flow channel 10 is designed such that four complete revolutions are provided around the longitudinal axis 3 of the heat transfer pipe.
  • the heat transfer pipe Adjacent to the bottom plate 5, the heat transfer pipe is led out through the outer cylinder land 7 and returned to the collection chamber 8 by means of a heat transfer medium return line 11.
  • a heat transfer medium return line 11 About the collection chamber 8, the heat transfer medium supply line 9 and the heat transfer medium return line 11 may be connected to an external heat transfer medium supply.
  • the heat transfer medium flow direction is thus along the heat transfer flow channel 10 spirally from the inside, the inner cylinder land 6, outwardly, to the outer cylinder land 7, oriented.
  • the helical arrangement of the heat transfer flow channel 10 results in intermediate spaces, either between the inner cylinder web 6 and the heat transfer flow channel 10, between two adjacent turns of the heat transfer flow channel 10 or between the heat transfer flow channel 10 and the outer cylinder land 7.
  • Test Zwi Ranges are also essentially spiral-shaped.
  • the interspaces form a reactant flow channel 12.
  • the feed of the starting material to the educt flow channel 12 takes place via an educt feed line 13 on the outer cylinder web 7.
  • the educt is discharged via the educt discharge line 14 of the collecting chamber 8.
  • the educt thus flows with respect to the longitudinal axis 3 substantially from outside to inside.
  • the educt flow direction is oriented opposite to the heat carrier flow direction.
  • the heat exchange takes place in countercurrent process and is therefore particularly efficient.
  • feedstock supply line 13 and feedstock discharge line 14 a central supply of starting material from a reactant store 15, which according to the exemplary embodiment shown can be arranged in the bottom area of the reactor housing 2, is possible. It is also conceivable that in the collecting chamber 8, a central heating is arranged.
  • the heat transfer flow channel can then be dispensable.
  • a catalyst in the form of a loose bed of catalyst particles is provided in the educt flow channel 12. Starting material flowing along the educt flow channel 12, comes directly in contact with the catalyst.
  • a closed circulation line system may be provided along which a feed pump, not shown, for conveying the heat transfer medium is provided.
  • the educt flow channel 12 can be designed for flow promotion with a gradient that is carried out from the educt supply line 13 to the educt discharge line 14.
  • the bottom plate 5 could be designed with a gradient from the outer cylinder web 7 toward the inner cylinder web 6. In this case, the bottom plate is frustoconical.
  • the educt flow channel 12 is designed to be open at the top. In particular, an upper cover of the educt flow channel 12 is not provided.
  • the educt flow channel 12 is designed to be open at the top along its entire length and thus connected directly to a gas collecting space 16 located above it.
  • the gas collecting space 16 is arranged within the individual reactor 4 and in the radial direction relative to the longitudinal axis 3 through the inner cylinder web 6 and the outer ren cylinder web 7 limited.
  • a plurality, according to the exemplary embodiment shown eight gas discharge openings 17 are provided to purge the gas released from the starting material from the gas collecting space via the gas Abmhrötechniken 17 and connected thereto, not shown gas discharge lines.
  • the gas is discharged through an annular space between the individual reactors 4 and the reactor housing 2 in the reactor apparatus 1.
  • the gas can be passed through a tissue jacket designed as a droplet catcher in order to deposit unintentionally entrained or evaporated educt in the gas.
  • the inner diameter of the pressure vessel is greater than the outer diameter of the bottom plate 5 and the outer cylinder land 7.
  • the radially outwardly leading pipes for example, the heat transfer return line 1 1, the educt feed line 13 and / or the gas discharge lines, not shown, have minimized contact surfaces on to heat losses to the outside, ie from the individual reactors 4 out to reduce.
  • the educt supply line 13 may be connected via a, in particular centrally controlled, educt pump. In particular, this makes it possible to allow a pressure-controlled educt feed to the bottom plates 5.
  • the hydrogenated educt can be metered into the bottom plate 5, on which optimum reaction conditions for dehydrogenation prevail as a function of pressure and / or temperature.
  • the individual reactors 4 of the reactor device 1 are fed with starting material as LOHC liquid via the educt feed line 13, that is to say in the region of the outer cylinder web 7.
  • the educt flows along the educt flow channel 12 in a tapering spiral towards the inner cylinder web 6 and there opens, in particular automatically, as a result of a gradient in the Edukt- discharge line 14 of the collection chamber 8.
  • the educt flow is additionally supported by a central pump device, with which the liquid educt is circulated.
  • catalyst particulate material is provided.
  • the heat transfer medium gives off heat to the catalyst particle material and to the educt in the educt flow channel 12. Due to the elevated temperature and contact of the reactant with the catalyst, hydrogen gas is released. The hydrogen gas can escape independently along the entire length of the upwardly open educt flow channel 12 into the gas collecting space 16 of the single reactor 4. From the gas collecting space 16, the hydrogen gas can be discharged through the gas discharge openings 17 and the gas discharge lines, not shown.
  • the reactor device 1 is uncomplicated and inexpensive and allows a particularly efficient implementation of the separation process from.
  • Structurally identical parts receive the same reference numerals as in the first embodiment, to the description of which reference is hereby made.
  • Structurally different but functionally similar parts receive the same reference numerals with a following a.
  • FIG. 3 shows a single reactor 4a, in which the bottom plate 5a has a rectangular shape.
  • the single reactor 4a is designed in a cuboid.
  • a plurality of individual reactors 4a can be arranged one above the other along a longitudinal axis, which is oriented perpendicular to the bottom plates 5a.
  • a circumferential boundary web 7a is provided on an outer circumference of the bottom plate 5a.
  • heat transfer medium supply openings 9a and on the respective opposite side walls of heat transfer return lines I Ia are provided.
  • four heat carrier flow channels 10a are passed through the single reactor 4a.
  • the heat carrier flow channels 10a are oriented parallel to each other and in particular parallel to the longer side edges of the rectangular boundary web 7a. It can also be provided more or less than four heat transfer flow channels 10a. According to the embodiment shown, the heat carrier flow channels 10a are designed as hollow cylinder tubes. The pipes may also have a different cross section.
  • lateral flow guide elements in the form of baffles 18 are provided.
  • the baffles 18 each extend from the longer side walls of the rectangular skirt 7a alternately over about 80% of the width of the bottom plate 5a.
  • a meandering educt flow channel 12a is predetermined.
  • the educt feed line 13a is provided in accordance with FIG. 3 at the top right and the educt discharge line 14a according to FIG. 3 at the bottom left. That is, the main flow direction of the reactant follows substantially along the width direction of the bottom plate 5a.
  • the meandering flow is directed in particular perpendicular to the linear flow direction through the heat transfer flow channels 10a.
  • the catalyst particles are arranged.
  • the bed is not higher than the height of the flow baffle 18. At the same time, the starting material should completely cover the catalyst pellets.
  • the meandering design of the educt flow channel 12a ensures a comparatively long residence time of the educt in the individual reactor 4a.
  • the educt flow channel 12a is designed to be open at the top so that the released gas can automatically escape upward in accordance with the first embodiment.
  • a double jacket 19 is provided for additional heating of the educt and / or the catalyst.
  • the bottom plate 5a can also be designed with a double jacket. According to the exemplary embodiment shown, the bottom plate 5a is arranged inclined so that the educt feed line 13a forms the highest and the educt discharge line 14a the lowest point of the individual reactor 4a. An automatic flow of the educt along the educt flow channel 12a is favored thereby. Even a forced flow by means of a pump can be considered.

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Abstract

Eine Reaktor-Vorrichtung (1) zum Freisetzen eines Gases aus einem Edukt umfasst ein eine Längsachse (3) aufweisendes Reaktorgehäuse (2) und mindestens einen in dem Reaktorgehäuse (2) angeordneten Einzel-Reaktor (4) mit einer quer zur Längsachse (3) orientierten Bodenplatte (5), mit einem eine Edukt-Strömungsrichtung vorgebenden Edukt-Strömungskanal (12), mit einem in dem Edukt-Strömungskanal (12) angeordneten Katalysator, mit einer Wärme-Einheit zum Erwärmen des Katalysators und/oder des Edukts und mit einem oberhalb des Edukt-Strömungskanals (12) angeordneten Gas-Sammelraum (16) zum Sammeln des aus dem Edukt freigesetzten Gases.

Description

REAKTOR-VORRICHTUNG ZUM FREISETZEN EINES GASES AUS EINEM EDUKT
Die vorliegende Patentanmeldung nimmt die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 10 2015 208 009.9 in Anspruch, deren Inhalt durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird. Die Erfindung betrifft eine Reaktor- Vorrichtung zum Freisetzen eines Gases aus einem Edukt.
Die WO 2014/044 706 AI offenbart einen Reaktor zum Freisetzen von Wasserstoffgas, also zum Dehydrieren, aus einem flüssigen Wasserstoff- trägermedium als Edukt. Die Strömung des Edukts in dem Reaktor, insbesondere durch eine Katalysatorpackung, verursacht Druckverlust und Strömungs-Totzonen. Die Strömung des Edukts in dem Reaktor ist kaum beeinflussbar. Eine Beheizung des Katalysators ist nur von unten möglich. Der Wärmeeintrag in das Reaktionsmedium, dem Edukt, ist beeinträchtigt. Das Reaktionsvolumen ist reduziert. Der Katalysator ist ineffektiv.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Reaktor- Vorrichtung zu schaffen, mit der ein Gas aus einem Edukt wirtschaftlich effizient freigesetzt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Reaktor- Vorrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, dass eine Reaktor- Vorrichtung mindestens einen in einem Reaktorgehäuse angeordneten Einzel-Reaktor mit offener Geometrie aufweist. Die offene Geometrie ergibt sich dadurch, dass ein Edukt-Strömungskanal, in dem ein Katalysator eingebracht ist, mit einem oberhalb des Edukt-Strömungska- nals angeordneten Gas-Sammelraum zum Sammeln des aus dem Edukt freigesetzten Gases verbunden ist. Gas, insbesondere Wasserstoff, das aus dem, insbesondere in flüssiger Form vorliegenden, Edukt, insbesondere ein liquid organic hydrogen carrier (LOHC) oder ein anderes hydriertes Material, freigesetzt worden ist, kann selbsttätig aus dem Edukt-Strömungskanal in den Gas -Sammelraum strömen und dort gesammelt werden. Das gesammelte Gas kann anschließend aus dem Einzel-Reaktor in das Reaktor- gehäuse und aus der Reaktor- Vorrichtung abgeführt werden. Das Reaktorgehäuse ist insbesondere ein Druckbehälter, der insbesondere entlang einer Längsachse eine konstante Geometrie, insbesondere eine konstante Querschnittsfläche, aufweist. Quer und insbesondere senkrecht zu der Längsachse ist eine Bodenplatte des Einzel-Reaktors orientiert. Der Edukt- Strömungskanal dient zum Durchströmen von Edukt und verläuft insbesondere entlang der Bodenplatte. Der Edukt-Strömungskanal gibt eine Edukt-Strömungsrichtung vor. Die Strömung des Edukts ist kanalisiert. Trotz offener Geometrie der Reaktor- Vorrichtung folgt das flüssige Edukt einer gezielten Strömungsrichtung. Es ist möglich, hohe Verweilzeiten für das Edukt in der Reaktor- Vorrichtung, insbesondere in dem Einzel- Reaktor, zu gewährleisten. Aufgrund der hohen Verweilzeit des Edukts in dem Einzel-Reaktor ist die Reaktionsrate der Reaktor- Vorrichtung erhöht. Die Menge des freigesetzten Gases aus dem Edukt ist erhöht. Die Edukt- Strömungsrichtung ist insbesondere in einer Edukt-Strömungsebene ange- ordnet, die parallel zur Bodenplatte ausgerichtet ist. In dem Edukt- Strömungskanal ist ein Katalysator vorgesehen. Der Katalysator begünstigt das Freisetzen des Gases aus dem Edukt. Das Edukt kontaktiert den Katalysator unmittelbar. Eine Wärme-Einheit dient zum, insbesondere unmittelbaren, Erwärmen des Katalysators und/oder des Edukts. Die erfmdungs- gemäße Reaktor- Vorrichtung ermöglicht eine verbesserte Wärmeübertragung von der Wärme-Einheit in den Katalysator und/oder in das Edukt. Insbesondere ermöglicht die erfindungsgemäße Reaktor- Vorrichtung ein erhöhtes Verhältnis von Oberfläche der Wärme-Einheit zu Volumen von Edukt und/oder Katalysator. Der Wärmeeintrag von der Wärme-Einheit in den Katalysator und/oder in das Edukt ist erhöht. Für einen rechtwinkligen Strömungskanal mit einer Kanalbreite von etwa 2 cm und einer Kanallänge von etwa 1 m beträgt das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen etwa 150 m"1.
Aufgrund der offenen Geometrie der Reaktor- Vorrichtung und insbesondere des Einzel-Reaktors ist die Freisetzung des Wasserstoffs vereinfacht und damit begünstigt. Dadurch ist die Reaktion, mit der aus einem reduzierten Volumen des flüssigen Edukts ein überproportional großes Gas-Volumen abtrennbar ist, unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten sinnvoll durchführbar. Es ist insbesondere möglich, das theoretisch abtrennbare Gasvolumen gezielt abzuführen und einer weiteren Verwendung, insbesondere einer Verwertung, insbesondere in einer Brennstoffzelle, zuzuführen. Das Gas- Volumen ist bis zu 700mal größer als das Volumen des flüssigen Edukts. Dadurch, dass die Reaktor- Vorrichtung und insbesondere der Einzel- Reaktor mit einer offenen Geometrie ausgeführt ist, kann das freigesetzte Gas unmittelbar und insbesondere selbsttätig aus dem Edukt- Strömungskanal in den Gas-Sammelraum gelangen. Es ist insbesondere nicht erforderlich, das freigesetzte Gas entlang des Edukt-Strömungskanals gemeinsam mit dem Edukt zu fördern. Insbesondere wird dadurch vermieden, dass am Ende des Edukt-Strömungskanals das Reaktionsgas mit großer Geschwindigkeit austritt. Ferner ist der Austrag des Trägermaterials, insbesondere des LOHC reduziert. Eine Blockade des Katalysators durch Gas ist vermieden. Die Handhabung und das Betreiben der Reaktor- Vorrichtung sind vereinfacht. Unfallrisiken und insbesondere das Risiko einer Beschädigung des Reaktors sind reduziert. Die Reaktor- Vorrichtung ist insbesondere modular aufgebaut. Das bedeutet, dass auch mehr als ein Einzel-Reaktor in der Reaktor- Vorrichtung angeordnet sein kann. Durch die Modularität kann ein Einzel-Reaktor flexibel und insbesondere mit re- duziertem Montageaufwand in dem Reaktorgehäuse montiert bzw. demontiert werden. Die Veränderung der Anzahl der Einzel-Reaktoren in der Reaktor-Vorrichtung ist unkompliziert. Die Reaktor- Vorrichtung kann durch Verändern der Anzahl der Einzel-Reaktoren unkompliziert an ein ge- wünschtes bzw. gefordertes Arbeitsvolumen des freizusetzenden Gases an- gepasst werden. Die Einzel-Reaktoren können entlang der Längsachse derart angeordnet sein, dass die jeweiligen Bodenplatten parallel zueinander, beabstandet angeordnet sind. Jeder Einzel-Reaktor ermöglicht ein konkretes, insbesondere festlegbares Reaktionsvolumen, also ein vorgegebenes Gasvolumen, das aus dem Edukt abtrennbar ist. Durch die Erhöhung der Anzahl der Einzel-Reaktoren wird unmittelbar das Gesamt-Gasvolumen, das aus dem Edukt abtrennbar ist, erhöht. Insbesondere ist es durch die modulare Bauweise der Reaktor- Vorrichtung möglich, durch unmittelbares Verändern der Anzahl der Einzel-Reaktoren, das Reaktionsvolumen der Reaktor- Vorrichtung für eine bevorstehende Reaktion individuell anzupassen. Die Reaktor- Vorrichtung ist an eine durchzuführende Reaktion hinsichtlich der Reaktionsleistungsmerkmale flexibel anpassbar.
Der Einzel-Reaktor ist insbesondere unkompliziert herstellbar. Insbesonde- re ist der Edukt-Strömungskanal durch Leitbleche und/oder Wärmeübertragerrohre festgelegt. Der Edukt-Strömungskanal ist entlang der Edukt- Strömungsrichtung seitlich durch Begrenzungselemente begrenzt. Begrenzungselemente können beispielsweise Leitbleche und/oder Wärmeübertragerrohre und/oder das Reaktorgehäuse selbst, insbesondere eine Seiten- wand des Reaktorgehäuses, sein. Die Leitbleche und/oder Wärmeübertragerrohre können vorgebogen sein. Der fertigungstechnische Aufwand ist reduziert. Die Wärme-Einheit ermöglicht insbesondere ein direktes Erwärmen des Katalysators, also des Katalysatormaterials. Insbesondere ist es möglich, den Katalysator als lose Schüttung von Katalysator-Partikeln entlang des Edukt-Strömungskanals anzuordnen. Die Höhe der Schüttung entspricht insbesondere der Höhe der Begrenzungselemente, insbesondere der Wärmeübertragerrohre und/oder der Leitbleche. Die Leitbleche können insbesondere direkt beheizt werden. Der Wärmeübergang von der Wärme- Einheit in den Katalysator ist dadurch verbessert. Die Reaktor- Vorrichtung, insbesondere die Teile des Reaktor-Gehäuses, die unmittelbar mit dem Katalysatormaterial in Berührung kommen oder zumindest katalysatornah, also reaktionsnah, angeordnet sind, kann aus Metall, insbesondere aus Kupfer oder Messing, hergestellt sein. Insbesondere sind die Teile des Reaktor-Gehäuses, aufweichen das Katalysatorma- terial als lose Schüttung aufgebracht ist, also beispielsweise eine Bodenwand und/oder die Begrenzungselemente, aus gut wärmeleitfähigem Material hergestellt. Überraschend wurde gefunden, dass die Reaktionsbedingungen für die endotherme Reaktion im Reaktor durch diese Materialien aufgrund ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit verbessert sind. Insbesondere ist Wärmetransport in die endotherme Reaktion verbessert. Insbesondere können die Bodenplatte und/oder der Edukt-Strömungskanal bzw. die den Edukt-Strömungskanal begrenzenden Elemente wie Leitbleche und/oder Wärmeübertragerelemente, aus diesen Materialien hergestellt sein. Eine Reaktor- Vorrichtung, bei der der Edukt-Strömungskanal entlang einer ersten Länge unmittelbar mit dem Gas -Sammelraum verbunden ist, vereinfacht das Entweichen des Gases aus dem Edukt. Insbesondere beträgt die erste Länge mindestens die Hälfte einer Gesamtlänge des Edukt- Strömungskanals, insbesondere mindestens 60%, insbesondere mindestens 80%, insbesondere mindestens 90%, insbesondere mindestens 95% und insbesondere höchstens 100% der Gesamtlänge. Dadurch ist gewährleistet, dass das freigesetzte Gas über einen Großteil der Länge des Edukt- Strömungskanals und insbesondere entlang der Gesamtlänge des Edukt- Strömungskanals frei nach oben in den Gas-Sammelraum selbsttätig entweichen kann. Insbesondere gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Reaktor- Vorrichtungen mit geschlossener, rohrförmiger Geometrie, bei der das freigesetzte Gas, insbesondere Wasserstoff, nur in Flussrichtung transportiert und abgegeben werden kann, ergibt sich eine erhöhte Reaktivität für die Reaktor- Vorrichtung.
In einer Reaktorvorrichtung, bei der der Gas-Sammelraum ein Gas- Sammelraum- Volumen aufweist, das größer ist als das Volumen des Edukt-Strömungskanals, ist das Freisetzen des Gases aus dem Edukt nicht behindert. Das freigesetzte Gasvolumen, das bis zu 700 Mal größer ist als das Volumen des flüssigen Edukts, ist räumlich nicht beschränkt. Das freigesetzte Gas, insbesondere Wasserstoffgas, kann sich unbehindert entwickeln und insbesondere frei aus dem Edukt-Strömungskanal entweichen. Das Gas-Sammelraum- Volumen ist um ein Vielfaches größer als das Edukt-Strömungskanal- Volumen, wobei das Vielfache größer ist als 1. Das Gas-Sammelraum- Volumen beträgt insbesondere mehr als 150 % des Volumens des Edukt-Strömungskanals, insbesondere mindestens 200 %, insbesondere mindestens 300 %, insbesondere mindestens 400 %, insbesondere mindestens 500 %, insbesondere mindestens 750 %, insbesondere min- destens 1000 % und insbesondere höchstens 10.000 % des Volumens des Edukt- S trömungskanals .
Eine Reaktor- Vorrichtung, bei der eine Gasströmungs-Richtung quer und insbesondere senkrecht zur Edukt-Strömungsrichtung orientiert ist, ermög- licht ein ungehindertes Freisetzen des Gases aus dem Edukt. Die Gas- Strömungsrichtung ist durch den Edukt-Strömungskanal als Gasquelle und den Gas-Sammelraum als Gas-Ziel festgelegt. Die Gas-Strömungsrichtung ist von dem Edukt-Strömungskanal zu dem Gas -Sammelraum orientiert.
Eine Reaktor- Vorrichtung, bei der der Edukt-Strömungskanal dem Gas- Sammelraum zugewandt offen ausgeführt ist, ermöglicht ein selbsttätiges Entweichen des freigesetzten Gases, insbesondere von Wasserstoffgas. Insbesondere ist ein Abdecken des Edukt-Strömungskanals entbehrlich. Der Edukt-Strömungskanal ist unkompliziert ausgeführt. Die Herstellung des Edukt-Strömungskanals ist vereinfacht und dadurch kostengünstig.
Eine Reaktor- Vorrichtung mit mindestens einer Gas-Abführöffnung des Gas-Sammelraums dient zum gezielten Abführen des Gases aus dem Gas- Sammelraum. An der mindestens einen Gas-Abführöffnung können jeweils geeignete Gas-Abführleitungen angeschlossen sein. Über die Gas- Abführleitungen kann das Gas aus dem Gas-Sammelraum einer Weiterverwendung gezielt zugeführt werden. Insbesondere können mehrere Gas- Abführöffnungen vorgesehen sein. Ein Durchflussquerschnitt, der durch die mindestens eine Gas-Abführöffnung für abzuführendes Gas bereitgestellt ist, ermöglicht das Abführen des Gases mit ausreichender Durchflussrate. Ein Überdruck in dem Gas -Sammelraum aufgrund einer Abflussbehinderung ist verhindert. Die mindestens eine Gas-Abführöffnung ist insbesondere mit rundem Querschnitt ausgeführt. Die Gas-Abführöffnung kann auch einen anderen Querschnitt aufweisen. Eine an der Gas- Abführöffnung angeordnete Gas-Abführleitung soll das freigesetzte Gas, insbesondere Wasserstoff, insbesondere ohne Einfluss einer Konvektions- wirkung, aus dem Druckbehälter ausströmen lassen. Die Gas- Abführleitung ist insbesondere in einem unteren Bereich des Druckbehäl- ters, also in einem Bodenbereich des Druckbehälters, angeordnet. Es ist aber grundsätzlich denkbar, dass die Gas-Abfuhrleitungen in einer anderen Anordnung im Druckbehälter vorgesehen sind. Eine Reaktor- Vorrichtung, bei der der Katalysator als lose Schüttung von Katalysator-Partikeln vorliegt, ermöglicht eine unkomplizierte und flexible Ausrüstung des Einzel-Reaktors mit dem Katalysator. Es ist beispielsweise denkbar, den Katalysator in Abhängigkeit der durchzuführenden Reaktion zu tauschen, indem die lose Schüttung eines ersten Katalysators von der Bodenplatte entfernt und eine lose Schüttung eines zweiten Katalysators auf der Bodenplatte angeordnet wird. Die Katalysator-Partikel liegen insbesondere als Pellets, also als Einzelpartikel vor. Der durchschnittliche Durchmesser liegt in einem Bereich von 0,01 mm bis 20 mm, insbesondere von 0,05 mm bis 10 mm, insbesondere von 0,1 mm bis 8 mm, insbesondere von 0,5 mm bis 5 mm und insbesondere von 1 mm bis 3 mm. Die Katalysator-Partikel sind auf der Bodenplatte und insbesondere in dem offenen Edukt-Strömungskanal angeordnet, der von dem Edukt durchströmt wird. Als Katalysatoren, insbesondere für die Dehydrierung von LOHC, werden insbesondere Mischungen aus mindestens einem Metall oder einem Me- talloxid mit einem Trägermaterial, insbesondere Edelmetalle, und einem anorganischen Trägermaterial, verwendet. Eine Mischung kann beispielsweise Platin mit Aluminiumoxid und Platin mit Kohlenstoff oder andere Metalle wie Nickel, Palladium, Rhodium, Gold, Iridium, Osmium, Rhenium, Kupfer und/oder Eisen sein.
Eine Reaktor- Vorrichtung, bei der die Wärme-Einheit mindestens einen von Wärmeträgermedium durchströmten Wärmeträger- Strömungskanal aufweist, ermöglicht eine vergleichsweise hohe Verweilzeit des Wärmeträgermediums in dem Einzel-Reaktor, bei gleicher Strömungsgeschwindig- keit. Das Verhältnis von Oberfläche der Wärme-Einheit zu Volumen von Edukt und/oder Katalysator ist zusätzlich erhöht. Gegenüber einer elektrischen Heizung weist ein Wärmeträgermedium einen Kostenvorteil auf. Zudem ist die Integration einer elektrischen Heizung in ein bereits bestehen- des Wärmenetzwerk kompliziert. Die Wärme-Einheit mit einem Wärmeträgermedium kann unkompliziert an ein bereits bestehendes Wärmenetzwerk angeknüpft werden. Darüber hinaus ist es möglich, Abwärme des Wärmeträgermediums für andere Prozesse zu nutzen. Der Wärmeträger- Strömungskanal weist eine Rohrleitung auf, wobei dafür geschlossene Rohre vorgesehen sind. Es kann Halbzeug aus dem Stahlbau verwendet werden. Die Rohre für den Wärmeträger-Strömungskanal können verschieden geformte Querschnitte aufweisen wie beispielsweise rund, viereckig, vieleckig, oval, sternförmig, wobei die Außenfläche eine gewisse Mindest-Rauhigkeit und/oder eine Beschichtung aufweisen kann. Als Be- Schichtung kann beispielsweise ein Katalysator oder ein Rauhigkeitsbildner dienen. Die Wanddicke der Rohre für den Wärmeträger-Strömungskanal ist möglichst gering zu wählen. Die Mindest- Wanddicke der Rohre kann in Abhängigkeit der Festigkeitsanforderungen beispielsweise mindestens 0,5 mm betragen. Es ist auch denkbar, dass die Mindest- Wanddicke 1,0 mm oder mehr beträgt. Der Wärmeträger-Strömungskanal ist insbesondere entlang der Bodenplatte und insbesondere beabstandet zu der Bodenplatte angeordnet. Der Wärmeträger-Strömungskanal ist insbesondere fest mit der Bodenplatte verbunden, beispielsweise mittels mehrerer punktförmiger Verbindungsstellen, insbesondere Schweißpunkte. Die Verbindungsstellen dienen gleichzeitig als Abstandshalter. Der Wärmeträger-Strömungskanal ist insbesondere parallel zur Bodenplatte und insbesondere quer und/oder parallel zum Edukt- Strömungskanal orientiert. Insbesondere ist die Wärmeträgermedium-Strömungsrichtung der Edukt-Strömungsrichtung entgegengesetzt. Eine Wärmeübertragung von dem Wärmeträgermedium auf das Edukt erfolgt bevorzugt im Gegenstromverfahren, da es hinsichtlich der Wärmeübertragung besonders effektiv ist. Alternativ ist es möglich, die Wärmeübertragung im Gleichstrom- oder im Kreuzstromverfahren durchzuführen. Anstelle eines rohrförmigen Wärmeträger- Strömungskanals kann die Wärme-Einheit als Brenner mit einem unterhalb des Katalysators angeordneten, abgeschlossenen Raum zur direkten Beheizung ausgeführt sein. Grundsätzlich sind verschiedene Beheizungsmöglichkeiten denkbar, die von anderen Reaktor- Vorrichtungen bekannt sind. Wesentlich ist, dass die Bodenplatte des Einzel-Reaktors im Wesentlichen flächig und homogen beheizt wird. Eine Reaktor- Vorrichtung mit den Edukt-Strömungskanal festlegenden, seitlichen Strömungsleit-Elementen vereinfacht eine gezielte Festlegung des Edukt-Strömungskanals. Seitliche Strömungsleit-Elemente können beispielsweise durch den Wärmeträger-Strömungskanal selbst oder an der Bodenplatte angebrachte, also zusätzliche Strömungsleit-Elemente, ausgeführt sein. Es ist aber auch denkbar, dass an der Bodenplatte des Einzel-Reaktors eine Struktur derart aufgebracht wird, dass der Edukt-Strömungskanal an der Bodenplatte beispielsweise durch Fräsen, eingearbeitet wird. In diesem Fall erfolgt die Herstellung des Edukt-Strömungskanals durch ein spanendes Fertigungs Verfahrens. Die Flexibilität hinsichtlich der Festlegung der Geometrie des Edukt-Strömungskanals ist bei einer Strukturierung der Oberfläche verbessert.
Eine Reaktor- Vorrichtung, bei der das Reaktorgehäuse und/oder der Einzel-Reaktor eine Wärme-Isolationsschicht aufweisen, weist reduzierte Wärmeverluste auf. Insbesondere ist eine Wärme-Isolationsschicht an einer der Wärme-Einheit abgewandten Unterseite der Bodenplatte angeordnet. Der Wirkungsgrad der Reaktor- Vorrichtung ist verbessert. Eine Reaktor- Vorrichtung mit einer Aufreinigungs-Einheit zum Abscheiden von mitgerissenem und/oder verdampftem Edukt in dem freigesetzten Gas verbessert die Qualität, insbesondere die Reinheit, des Reaktionsprodukts. Infolge der Reaktion ist es kaum vermeidbar, dass Edukt- Bestandteile in dem freigesetzten Gas verbleiben. Mittels der Aufreinigungs-Einheit, die insbesondere an den Gas-Sammelraum anschließbar ist, werden diese unerwünschten Edukt-Bestandteile entfernt. Insbesondere erfolgt das Entfernen dieser Bestandteile durch ein Gewebematerial, insbesondere einen Gewebemantel, durch den das Gas/Edukt-Gemisch, insbe- sondere beim Austreten aus dem Gas-Sammelraum durch die mindestens eine Gas-Abführöffnung, strömt. Der Gewebemantel dient als Tröpfchenfänger für mitgeschlepptes, dehydriertes Edukt, insbesondere dehydriertes LOHC. Der Gewebemantel ist insbesondere zwischen übereinander angeordneten Bodenplatten und/oder in Form eines Filters an einer Gas- Abführöffnung angeordnet. Die Aufreinigungs-Einheit ist insbesondere als Tröpfchenfänger ausgeführt. Das Gewebe kann beispielsweise gewebte Fasern, orientierte Fasern, unorientierte und zu einem Vlies verpresste Fasern aufweisen. Das Gewebe kann homogen, beispielweise aus Textil oder Kunststoff, oder aus verschiedenen anderen Materialien ausgeführt sein.
Alternativ kann das Abscheiden auch durch Kondensation und/oder Adsorption erfolgen.
Eine Reaktor- Vorrichtung, bei der das Reaktorgehäuse im Wesentlichen zylinderförmig ausgeführt ist, ermöglicht eine besonders kompakte und platzsparende Anordnung mehrerer kreisförmiger oder ringförmiger Bodenplatten von Einzel-Reaktoren entlang der Längsachse des Reaktorgehäuses. Die Einzel-Reaktoren sind entlang der Längsachse beabstandet zu- einander angeordnet. Der Abstand entlang der Längsachse zwischen zwei benachbarten Einzel-Reaktoren beträgt insbesondere mindestens 10 mm.
Eine Reaktor- Vorrichtung, bei der die Wärme-Einheit einen spiralförmigen Wärmeträger-Strömungskanal aufweist, ermöglicht eine vergrößerte Strömungslänge des Wärmeträgermediums in der Wärme-Einheit. Der Wärmeeintrag von dem Wärmeträgermedium über den Wärmeträger-Strömungskanal auf das Edukt und/oder Katalysator im Edukt-Strömungskanal ist verbessert. Der Wärmeträger-Strömungskanal kann in Form einer archime- dischen Spirale oder einer logarithmischen Spirale ausgeführt sein. Insbesondere ist der Edukt-Strömungskanal als Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Spiralwindungen des Wärmeträger-Strömungskanal ausgeführt. Das bedeutet, dass zwei benachbarte Spiralwindungen als Strö- mungsleit-Elemente dienen. Die Verweildauer des Edukts in dem Edukt- Strömungskanal ist vergrößert. Die Strömungslänge und damit die Verweildauer des Edukts in dem Einzel-Reaktor ist erhöht. Dadurch ist die offene Geometrie, also die Ausströmfläche von dem Edukt-Strömungskanal in den Gas-Sammelraum vergrößert. Das Volumen des freizusetzenden Gases ist erhöht. Insbesondere ist die Gesamtlänge des Edukt-Strömungs- kanals erhöht. Der Edukt-Strömungskanal ist besonders unkompliziert und unaufwendig ausgeführt.
Eine Reaktor- Vorrichtung mit einer Sammelkammer des Einzel-Reaktors ermöglicht eine besonders effektive Zu- und Abführung des Wärmeträger- mediums und/oder des Edukts. Die Sammelkammer ist insbesondere zentral und insbesondere konzentrisch zur Längsachse des Reaktorgehäuses angeordnet. Über die Sammelkammer ist die Verbindung von zwei benachbarten Einzel-Reaktoren entlang der Längsachse vereinfacht. Die Sammelkammer kann ein Sammelkammer-Gehäuse aufweisen, an dem, insbesondere an Sammelkammer-Stirnflächen, Sammelkammer- Verbindungselemente angeordnet sein können, die das modulare Verbinden von Einzel-Reaktoren begünstigt. Beispielsweise können in der Sammelkammer angeordnete Wärmeträgermedium- und/oder Edukt-Leitungen über standardisierte Verbindungsschnittstellen vereinfacht miteinander verbindbar sein. Insbesondere ist eine zentrale Zu- und Abfuhr von Wärmeträgermedium und/oder Edukt über die miteinander verbundenen Sammelkammern der Einzel-Reaktoren effektiv möglich. Die Reaktor- Vorrichtung kann auch ein Reaktorgehäuse aufweisen, das im Wesentlichen quaderförmig oder prismenförmig ausgeführt ist. Die Bodenplatten der Einzel-Reaktoren sind entsprechend polygonförmig, insbesondere rechteckförmig, ausgeführt. Die Bodenplatten können auch dreieckig, fünfeckig, sechseckig oder in einer anderen Form ausgeführt sein.
Eine Reaktor- Vorrichtung, bei der der Edukt-Strömungskanal durch flächige, sich von der Bodenplatte insbesondere senkrecht wegerstreckende, Leitelemente festgelegt ist, ermöglicht eine unkomplizierte und gezielte Festlegung des Edukt-Strömungskanals. Insbesondere dienen Leitbleche als Leitelemente. Die Leitbleche können flexibel und zuverlässig mit der Bodenplatte beispielsweise durch Anschweißen verbunden werden. Es ist auch denkbar, dass die Leitbleche mittels einer an der Bodenplatte vorgesehenen Rasterstruktur veränderlich festlegbar sind. Dazu können in einer Rasteranordnung vorgesehene Bohrungen in der Bodenplatte vorgesehen sein. In die Bohrungen können Halteelemente eingeführt werden, die zur klemmenden Halterung der Leitbleche dienen. Es ist auch denkbar, dass an einer unteren Stirnseite der Leitbleche Haltezapfen einstückig angeformt sind, die in die Bohrungen der Bodenplatte eingesetzt werden. Der Edukt- Strömungskanal ist entlang der rechteckförmigen Bodenplatte insbesondere mäanderförmig ausgeführt. Dadurch ist die Verweildauer des Edukts in dem Einzel-Reaktor und damit die Reaktivität der Reaktor- Vorrichtung insgesamt erhöht. Eine Reaktor- Vorrichtung, bei der die Bodenplatte ein von einer Edukt- Zuführöffnung zu einer Edukt- Abführöffnung gerichtetes Gefälle aufweist und/oder eine Edukt-Förderpumpe vorgesehen ist, gewährleistet eine zuverlässige Edukt-Strömung durch den Einzel-Reaktor. Das Risiko, dass ein Edukt-Stau das Reaktionsvolumen des freizusetzenden Gases beeinträch- tigt, ist reduziert.
Sowohl die in den Patentansprüchen angegeben Merkmale als auch die in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Vorrichtung angegebenen Merkmale sind jeweils für sich alleine oder in Kom- bination miteinander geeignet, den erfindungsgemäßen Gegenstand weiterzubilden. Die jeweiligen Merkmalskombinationen stellen hinsichtlich der Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes keine Einschränkung dar, sondern weisen im Wesentlichen lediglich beispielhaften Charakter auf. Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 eine geschnittene, schematische Gesamtansicht einer Reaktor- Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 eine vergrößerte, perspektivische Ansicht eines Einzel-Reaktors der Reaktor- Vorrichtung in Fig. 1 und Fig. 3 eine Fig. 2 entsprechende Darstellung eines Einzel-Reaktors gemäß einem zweiten Ausfuhrungsbeispiel.
Eine in Fig. 1 und 2 dargestellte Reaktor- Vorrichtung 1 dient zum Freiset- zen von Wasserstoff aus flüssigem LOHC. Die Reaktor- Vorrichtung 1 ist eine Dehydrier- Vorrichtung. Die Reaktor- Vorrichtung 1 ist ein Platten- Dehydrierer. Grundsätzlich ist die Reaktor- Vorrichtung zum Freisetzen eines Gases aus einem, insbesondere flüssigen, Edukt geeignet. Die Reaktor- Vorrichtung 1 weist ein schematisch dargestelltes Reaktorgehäuse 2 auf. Das Reaktorgehäuse 2 ist im Wesentlichen zylinderförmig ausführt und weist eine Längsachse 3 auf. Das Reaktorgehäuse 2 ist ein Druckbehälter. In dem Reaktorgehäuse 2 sind entlang der Längsachse 3 gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel sechs Einzel-Reaktoren 4 angeordnet. Die Einzel-Reaktoren 4 sind jeweils identisch ausgeführt. Durch die Erhöhung der Anzahl der Einzel-Reaktoren 4 kann die Leistungsfähigkeit der Reaktor-Vorrichtung 1, insbesondere das Reaktionsvolumen, gesteigert werden. Die Einzel-Reaktoren 4 sind entlang der Längsachse 3 im Wesentlichen beliebig oft miteinander verbindbar. Die Reaktor- Vorrichtung 1 ist modular aufgebaut. Die Ergänzung bzw. Entnahme von Einzel-Reaktoren 4 ist unkompliziert und insbesondere mit reduziertem Montageaufwand möglich. Die Einzel-Reaktoren 4 weisen jeweils eine ringförmige Bodenplatte 5 mit einer zentrischen Öffnung auf. Die ringförmige Bodenplatte 5 ist zur Längsachse 3 durch einen inneren Zylindersteg 6 und zu dem Reaktorgehäuse 2 mit einem äußeren Zylindersteg 7 begrenzt. Durch die ringförmige Bodenplatte 5, den inneren Zylindersteg 6 und den äußeren Zylindersteg 7 ist ein Reaktionsraum des Einzel-Reaktors 4 begrenzt. Der Reaktionsraum des Einzel-Reaktors 4 ist nach oben, also in einer von der Bodenplatte 5 weggerichteten Richtung offen ausgeführt. Innerhalb des inneren Zylinderstegs 6 ist eine Sammelkammer 8 angeordnet. Die Sammelkammer 8 ist im Wesentlichen zylinderförmig ausgeführt und dient zum Versorgen des Einzel-Reaktors 4 mit Wärmeträgermedium, das beispielsweise mit dem Handelnamen Marlotherm SH von Sasol vertrieben wird, und Edukt, also LOHC. Über die Sammelkammer 8 sind die Einzel-Reaktoren 4 miteinander koppelbar. Insbesondere sind die in der Sammelkammer 8 vier angeordneten Zu-/ Abführleitungen miteinander koppelbar. Es ist möglich, eine zentrale Versorgungs-Einheit vorzusehen, die die miteinander verbundenen Sammelkammern 8 der Einzel-Reaktoren 4 mit Edukt und Wärmeträgermedium versorgt.
In der Sammelkammer 8 ist eine Wärmeträgermedium-Zuführleitung 9 vorgesehen, die aus dem inneren Zylindersteg 6 und benachbart zur Bodenplatte 5 in den Reaktionsraum eintritt. Innerhalb des Reaktionsraums ist durch die Wärmeträgermedium-Rohrleitung ein spiralförmiger Wärmeträ- ger-Strömungskanal 10 gebildet, der sich ausgehend von dem inneren Zylindersteg 6 als archimedische Spirale nach außen ergibt. Zwei benachbarte Spiralleitungen des Wärmeträger-Strömungskanals 10 weisen einen identischen, radial zur Längsachse 3 orientierten Abstand auf. Der Wärmeträger- Strömungskanal 10 ist in einer Wärmeträgerebene, die parallel zur Boden- platte 5 orientiert ist, angeordnet. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Spirale des Wärmeträger- Strömungskanals 10 derart ausgeführt, dass vier vollständige Umläufe um die Längsachse 3 der Wärmeträger-Rohrleitung vorgesehen sind. Benachbart zu der Bodenplatte 5 ist die Wärmeträger- Rohrleitung durch den äußeren Zylindersteg 7 herausgeführt und mittels einer Wärmeträgermedium-Rückführleitung 11 zur Sammelkammer 8 zurückgeführt. Über die Sammelkammer 8 können die Wärmeträgermedium-Zuführleitung 9 und die Wärmeträgermedium-Rückführleitung 11 mit einer externen Wärmeträgermedium- Versorgung verbunden sein.
Die Wärmeträgermedium- Strömungsrichtung ist also entlang des Wärmeträger-Strömungskanals 10 spiralförmig von innen, dem inneren Zylindersteg 6, nach außen, zu dem äußeren Zylindersteg 7, orientiert. Durch die spiralförmige Anordnung des Wärmeträger-Strömungskanals 10 ergeben sich Zwischenräume, entweder zwischen dem inneren Zylindersteg 6 und dem Wärmeträger- Strömungskanal 10, zwischen zwei benachbarten Windungen des Wärmeträger- Strömungskanals 10 oder zwischen dem Wärmeträger-Strömungskanal 10 und dem äußeren Zylindersteg 7. Diese Zwi- schenräume sind im Wesentlichen ebenfalls spiralförmig ausgeführt. Diese Zwischenräume bilden einen Edukt-Strömungskanal 12. Die Zufuhr des Edukts zu dem Edukt-Strömungskanal 12 erfolgt über eine Edukt- Zuführleitung 13 am äußeren Zylindersteg 7. An dem inneren Zylindersteg 6 wird das Edukt über die Edukt- Abführleitung 14 der Sammelkammer 8 abgeführt. Das Edukt strömt also bezogen auf die Längsachse 3 im Wesentlichen von außen nach innen. Die Edukt-Strömungsrichtung ist der Wärmeträger- Strömungsrichtung entgegengesetzt orientiert. Der Wärmeaustausch erfolgt im Gegenstromverfahren und ist dadurch besonders effizient. Mittels Edukt-Zuführleitung 13 und Edukt- Abführleitung 14 ist eine zentrale Versorgung mit Edukt aus einem Edukt-Speicher 15 der gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel im Bodenbereich des Reaktorgehäuses 2 angeordnet sein kann, möglich. Es ist auch denkbar, dass in der Sammelkammer 8 eine zentrale Heizung angeordnet ist. Der Wärmeträger-Strömungskanal kann dann entbehrlich sein. In dem Edukt-Strömungskanal 12 ist ein Katalysator in Form einer losen Schüttung von Katalysator-Partikeln vorgesehen. Edukt, das entlang des Edukt-Strömungskanals 12 strömt, kommt unmittelbar mit dem Katalysator in Kontakt. Um die Strömung des Wärmeträgermediums durch den Wärmeträger- Strömungskanal 10 zu verbessern und insbesondere eine kontinuierliche Strömung zu gewährleisten, kann ein geschlossenes Kreislauf- Leitungssystem vorgesehen sein, entlang dessen eine nicht dargestellte Förderpumpe zum Fördern des Wärmeträgermediums vorgesehen ist. Ent- sprechend kann der Edukt-Strömungskanal 12 zur Strömungsbegünstigung mit einem Gefälle ausgeführt sein, dass von der Edukt-Zuführleitung 13 zu der Edukt- Abführleitung 14 hin ausgeführt ist. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel des Einzel-Reaktors 4 in Fig. 2 könnte die Bodenplatte 5 mit einem Gefälle von dem äußeren Zylindersteg 7 hin zu dem inneren Zy- lindersteg 6 ausgeführt sein. In diesem Fall ist die Bodenplatte kegel- stumpfförmig ausgeführt.
Der Edukt-Strömungskanal 12 ist nach oben offen ausgeführt. Insbesondere ist eine obere Abdeckung des Edukt-Strömungskanals 12 nicht vorgese- hen. Der Edukt-Strömungskanal 12 ist entlang seiner gesamten Länge nach oben geöffnet ausgeführt und damit unmittelbar mit einem darüber sich befindlichen Gas-Sammelraum 16 verbunden. Der Gas-Sammelraum 16 ist innerhalb des Einzel-Reaktors 4 angeordnet und in radialer Richtung bezogen auf die Längsachse 3 durch den inneren Zylindersteg 6 und den äuße- ren Zylindersteg 7 begrenzt. In dem äußeren Zylindersteg 7 sind mehrere, gemäß den gezeigten Ausfuhrungsbeispiel acht Gas-Abfuhröffnungen 17 vorgesehen, um das aus dem Edukt freigesetzte Gas aus dem Gas- Sammelraum über die Gas-Abmhröffnungen 17 und daran angeschlossene, nicht dargestellte Gas-Abführleitungen gezielt abzuführen. Insbesondere wird das Gas durch einen ringförmigen Zwischenraum zwischen den Einzel-Reaktoren 4 und dem Reaktorgehäuse 2 in der Reaktor- Vorrichtung 1 abgeführt. Das Gas kann durch einen als Tröpfchenfänger ausgebildeten Gewebemantel geführt werden, um unbeabsichtigt mitgerissenes oder ver- dampftes Edukt in dem Gas abzuscheiden.
Der Innendurchmesser des Druckbehälters ist größer als der Außendurchmesser der Bodenplatte 5 bzw. des äußeren Zylinderstegs 7. Die radial nach außen führenden Rohrleitungen beispielsweise die Wärmeträger- Rückfuhrleitung 1 1, die Edukt-Zuführleitung 13 und/oder die nicht dargestellten Gas-Abführleitungen weisen minimierte Kontaktflächen auf, um Wärmeverluste nach außen, also aus den Einzel-Reaktoren 4 heraus, zu reduzieren. Die Edukt-Zuführleitung 13 kann über eine, insbesondere zentral gesteuerte, Edukt-Pumpe verbunden sein. Insbesondere ist es dadurch möglich, eine druckgeregelte Edukt-Zuführung zu den Bodenplatten 5 zu ermöglichen. Das hydrierte Edukt kann insbesondere gezielt dosiert der Bodenplatte 5 zugeführt werden, auf der für eine Dehydrierung optimale Reaktionsbedin- gungen in Abhängigkeit von Druck und/oder Temperatur herrschen. Dazu sind Druck- und/oder Temperatursensoren in den einzelnen Einzel- Reaktoren 4 vorzusehen, die mit einer zentralen Regelungseinheit in Signalverbindung stehen. Nachfolgend wird die Funktionsweise der Reaktor- Vorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Den Einzel-Reaktoren 4 der Reaktor- Vorrichtung 1 wird Edukt als LOHC-Flüssigkeit über die Edukt- Zuführleitung 13, also im Bereich des äußeren Zylinderstegs 7, zugeführt. Das Edukt strömt entlang des Edukt-Strömungskanals 12 in einer sich verjüngenden Spirale hin zu dem inneren Zylindersteg 6 und mündet dort, insbesondere selbsttätig, in Folge eines Gefälles in der Edukt- Abführleitung 14 der Sammelkammer 8. Die Edukt-Strömung wird zusätzlich unterstützt durch eine zentrale Pumpeneinrichtung, mit der das flüssige Edukt umge- wälzt wird. Entlang des Edukt-Strömungskanals 12 ist Katalysator- Partikelmaterial vorgesehen. Entlang des Wärmeträger-Strömungskanals 10 wird erhitztes Wärmeträgermedium gefördert. Das Wärmeträgermedium gibt Wärme an das Katalysator-Partikelmaterial und an das Edukt im Edukt-Strömungskanal 12 ab. Aufgrund der erhöhten Temperatur und des Kontakts des Edukts mit dem Katalysator wird Wasserstoffgas freigesetzt. Das Wasserstoffgas kann entlang der gesamten Länge des nach oben offenen Edukt-Strömungskanals 12 selbstständig nach oben in den Gas- Sammelraum 16 des Einzel-Reaktors 4 entweichen. Von dem Gas- Sammelraum 16 kann das Wasserstoffgas durch die Gas-Abführöffnungen 17 und die nicht dargestellte Gas-Abführleitungen abgeführt werden.
Aufgrund der offenen Geometrie des Einzel-Reaktors kann das entstehende, freigesetzte Gas mit einem hohen Volumenstrom also auch bei einer hohen Reaktionsgeschwindigkeit ohne Limitierung der Freisetzungsreakti- on, abgeführt werden. Die Reaktor- Vorrichtung 1 ist unkompliziert und unaufwendig ausgeführt und ermöglicht eine besonders effiziente Durchführung des Ab trennungs Verfahrens. Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Konstruktiv identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie beim ersten Ausführungsbeispiel, auf dessen Beschreibung hiermit verwiesen wird. Konstruktiv unterschiedliche, jedoch funktionell gleichartige Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten a.
Fig. 3 zeigt einen Einzel-Reaktor 4a, bei dem die Bodenplatte 5a rechteck- förmig ausgeführt ist. Der Einzel-Reaktor 4a ist entsprechend quaderförmig ausgeführt. In einer entsprechenden, nicht dargestellten Reaktor- Vorrichtung können mehrere Einzel-Reaktoren 4a übereinander entlang einer Längsachse, die jeweils senkrecht zu den Bodenplatten 5a orientiert ist, angeordnet sein. An einem äußeren Umfang der Bodenplatte 5a ist ein umlaufender Begrenzungssteg 7a vorgesehen. An den jeweils kürzeren Sei- tenwänden des rechteckförmigen Begrenzungs Stegs 7a sind Wärmeträgermedium-Zuführöffnungen 9a und an den jeweils gegenüberliegenden Seitenwänden Wärmeträger-Rückführleitungen I Ia vorgesehen. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind vier Wärmeträger-Strömungskanäle 10a durch den Einzel-Reaktor 4a geführt. Die Wärmeträger- Strömungskanäle 10a sind jeweils parallel zueinander und insbesondere parallel zu den längeren Seitenkanten des rechteckförmigen Begrenzungsstegs 7a orientiert. Es können auch mehr oder weniger als vier Wärmeträger-Strömungskanäle 10a vorgesehen sein. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Wärmeträger- Strömungskanäle 10a als Hohlzylin- der-Rohre ausgeführt. Die Rohrleitungen können auch einen andersartig ausgeführten Querschnitt aufweisen.
In dem Einzel-Reaktor 4a sind seitliche Strömungsleit-Elemente in Form von Leitblechen 18 vorgesehen. Die Leitbleche 18 erstrecken sich jeweils von den längeren Seitenwänden der rechteckförmigen Umrandung 7a abwechselnd über etwa 80% der Breite der Bodenplatte 5a. Dadurch wird ein mäanderförmiger Edukt- Strömungskanal 12a vorgegeben. Die Edukt- Zuführleitung 13a ist gemäß Fig. 3 oben rechts und die Edukt- Abfuhrleitung 14a gemäß Fig. 3 unten links vorgesehen. Das bedeutet, dass die Hauptströmungsrichtung des Edukts im Wesentlichen entlang der Breitenrichtung der Bodenplatte 5a folgt. Die mäanderförmige Strömung ist insbesondere senkrecht zu der linearen Strömungsrichtung durch die Wärmeträger-Strömungskanäle 10a gerichtet. In dem Edukt-Strömungskanal 12a sind die Katalysator-Partikel angeordnet. Die Schüttung ist dabei nicht höher als die Höhe der Strömungsleitbleche 18. Gleichzeitig sollte das Edukt die Katalysatorpellets vollständig bedecken. Die mäanderförmige Ausführung des Edukt-Strömungskanals 12a ist eine vergleichsweise hohe Verweildauer des Edukts in dem Einzel-Reaktor 4a gewährleistet.
Der Edukt-Strömungskanal 12a ist nach oben geöffnet ausgeführt, sodass das freigesetzte Gas entsprechend der ersten Ausführungsform selbsttätig nach oben entweichen kann. An den längeren Seitenkanten der äußeren Stege ist ein Doppelmantel 19 zur zusätzlichen Beheizung des Edukts und/oder des Katalysators vorgesehen. Die Bodenplatte 5a kann ebenfalls mit einem Doppelmantel ausgeführt sein. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Bodenplatte 5a derart geneigt angeordnet, dass die Edukt-Zuführleitung 13a den höchs- ten und die Edukt- Abführleitung 14a den tiefsten Punkt des Einzel- Reaktors 4a bilden. Eine selbsttätige Strömung des Edukts entlang des Edukt-Strömungskanals 12a ist dadurch begünstigt. Auch eine gezwungene Durchströmung mittels einer Pumpe kann angedacht werden.

Claims

Patentansprüche
Reaktor- Vorrichtung zum Freisetzen eines Gases aus einem Edukt umfassend
a) ein eine Längsachse (3) aufweisendes Reaktorgehäuse (2), b) mindestens einen in dem Reaktorgehäuse
(2) angeordneten Einzel-
Reaktor (4; 4a) mit
i. einer quer zur Längsachse (3) orientierten Bodenplatte (5; 5a), ii. einem eine Edukt-Strömungsrichtung vorgebenden Edukt- Strömungskanal (12; 12a),
iii. einem in dem Edukt-Strömungskanal (12; 12a) angeordneten Katalysator,
iv. einer Wärme-Einheit zum Erwärmen des Katalysators
und/oder des Edukts,
v. einem oberhalb des Edukt-Strömungskanals (12; 12a) angeordneten Gas-Sammelraum (16) zum Sammeln des aus dem Edukt freigesetzten Gases.
Reaktor- Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Edukt-Strömungskanal (12; 12a) entlang einer ersten Länge (Li) unmittelbar mit dem Gas-Sammelraum (16) verbunden ist, wobei die erste Länge (Li) mindestens die Hälfte einer Gesamtlänge (Lges) des Edukt-Strömungskanals (12; 12a) beträgt und wobei insbesondere gilt: Li > 0,6 · Lges, insbesondere Li > 0,8 · Lges, insbesondere Li > 0,9 · Lges, insbesondere Li > 0,95 · Lges und insbesondere Li < Lges.
3. Reaktor- Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Gas-Sammelraum- Volumen um ein Vielfaches größer ist als ein Edukt-Strömungskanal- Volumen. Reaktor- Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gas-Strömungsrichtung, die i besondere von dem Edukt-Strömungskanal (12; 12a) zu dem Gas- Sammelraum (16) orientiert ist, quer, insbesondere senkrecht, zur Edukt-Strömungsrichtung orientiert ist.
Reaktor- Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Edukt-Strömungskanal (12; 12a) dem Gas-Sammelraum (16) zugewandt offen ausgeführt ist.
Reaktor- Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eine Gas-Abführöffnung (17) des Gas-Sammelraums (16), insbesondere an einer Außenwand (7) des Gas-Sammelraums (16), zum gezielten Abführen des Gases aus dem Gas-Sammelraum (16).
7. Reaktor- Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator als lose Schüttung von Katalysator-Partikeln vorliegt, wobei die Katalysator-Partikel insbesondere als Pellets, insbesondere mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 1 mm bis 3 mm und insbesondere auf der Bodenplatte (5; 5 a) vorliegen.
8. Reaktor- Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme-Einheit mindestens einen von Wärmeträgermedium durchströmten Wärmeträger- Strömungskanal (10; 10a) aufweist, wobei der mindestens eine Wärmeträger-Strömungskanal (10; 10a) insbesondere entlang der Boden- platte (5; 5a), insbesondere parallel zur Bodenplatte (5; 5a) und insbesondere quer und/oder parallel zum Edukt-Strömungskanal (12; 12a) orientiert ist.
9. Reaktor- Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch seitliche Strömungsleit-Elemente (10; 18), die den Edukt-Strömungskanal (12; 12a) festlegen.
10. Reaktor- Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktorgehäuse (2) und/oder der
Einzel-Reaktor (4; 4a) eine Wärme-Isolationsschicht aufweisen.
11. Reaktor- Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine, insbesondere an den Gas-Sammelraum (16) angeschlossene, Aufreinigungs-Einheit zum Abscheiden von mitgerissenem und/oder verdampften Edukt in dem freigesetzten Gas, wobei die Aufreinigungs-Einheit insbesondere als Tröpfchenfänger oder De- mister ausgeführt ist.
12. Reaktor- Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktorgehäuse (2) im Wesentlichen zylinderförmig ausgeführt ist, wobei die Bodenplatte (5) kreisförmig oder ringförmig ausgeführt ist.
13. Reaktor- Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme-Einheit einen spiralförmigen Wärmeträger- Strömungskanal (10) aufweist, wobei der Edukt-Strömungskanal (12) durch den Freiraum zwischen zwei benachbarten Spiralwindungen als Strömungsleit-Elemente festgelegt ist,und/oder wobei eine, insbeson- dere zentral und konzentrisch zur Längsachse (3) angeordnete, Sammelkammer (8) des Einzel-Reaktors (4) vorgesehen ist.
14. Reaktor- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Reaktorgehäuse (2) im Wesentlichen quaderförmig oder prismenförmig ausgeführt ist, wobei die Bodenplatte (5a) polygonförmig, insbesondere rechteckförmig, ausgeführt ist.
15. Reaktor- Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Edukt-Strömungskanal (12a) durch flächige Leitelemente, insbesondere in Form von Leiteblechen (18), festgelegt ist, wobei der Edukt-Strömungskanal (12a) insbesondere mäanderförmig ausgeführt ist, und/oder wobei die Bodenplatte (5a) ein von einer Edukt- Zuführöffnung (13a) zu einer Edukt-Abführöffnung (14a) gerichtetes Gefälle aufweist und/oder eine Edukt-Förderpumpe vorgesehen ist.
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