WO2020048556A1 - Hydrogen reactor and regenerative chemical method - Google Patents

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WO2020048556A1
WO2020048556A1 PCT/DE2018/000255 DE2018000255W WO2020048556A1 WO 2020048556 A1 WO2020048556 A1 WO 2020048556A1 DE 2018000255 W DE2018000255 W DE 2018000255W WO 2020048556 A1 WO2020048556 A1 WO 2020048556A1
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reactor
hydrogen
reaction
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Christoph Gregor WANDZIK
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Wandzik Christoph Gregor
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    • Y02P20/10Process efficiency
    • Y02P20/133Renewable energy sources, e.g. sunlight

Definitions

  • Topic Gas / solid phase reaction of water with elemental iron and sulfur.
  • the invention relates to a thermal process with the aid of a pressure tube reactor for the continuous flow of some chemical
  • the essence of the invention is a solar thermal process based on concentrated solar energy with trough collectors, and the product is a pressure tube reactor for the continuous production of
  • the solar chemical process has six production steps, which can be divided into four main processes: water splitting, regeneration, roasting and rinsing.
  • Hydrogen like electric current, is not a primary energy source, but must first be artificial and with lower efficiencies and yields from others
  • JP 03205302 A describes the production of high-purity hydrogen using activated magnetite as a reactive catalyst. • [0006]
  • JP 2001270701 A produces hydrogen by reacting metallic zinc, magnetite and water with each other at 600 ° C.
  • M. Inoue et al. from Solar Energy (2003) describe the production of hydrogen using a water-Zn0-MnFe2S04 system.
  • the corresponding ferrite powder of the type M x 2+ Zni -x 2+ Fe2S04 can be produced by the method of S. Lorentzou et al., Presented at the Partec 2004 conference. Too complicated in my opinion.
  • the aim of the present invention is therefore a process engineering cycle process for the production of hydrogen gas, which in particular in one
  • Reaction pressure tube can be carried out, in which no solid has to be exchanged.
  • Mixing with mechanical methods may be advantageous, whereby the metals are kept porous.
  • the metals are elementary and are mixed through the cooling pipes on a ring line, after which they can be reacted again.
  • Another object is to provide a solar-powered pressure tube reactor with a parabolic mirror in a vertical design, in which above all
  • Hydrogen gas is continuously produced as a product.
  • Rinsing necessarily run in succession or in parallel in several modules simultaneously.
  • the metal oxide is regenerated with sulfur gas (S (2-) g ). Bound oxygen is released as sulfur dioxide and sulfur trioxide so that the metal is reduced.
  • the remaining metal pyrite is increased compared to the second process step
  • the hydrogen synthesis by water vapor gas splitting is mainly carried out in the process according to the invention in the DRR.
  • the regeneration of the metal redox system takes place in a second reaction space.
  • the invention consists of a method of thermally splitting water vapor in a multi-stage cycle process by using concentrated light irradiation or by waste heat and, as a result, to generate solar hydrogen gas (H2g).
  • the object of the invention has been shown to thermally split water vapor by means of concentrated sunlight and to bind oxygen in an auto-oxidation reaction and thereby generate hydrogen gas (H2g).
  • the hot steam flowing past the metal in a turbulent manner is split by binding the oxygen to the excited metal grid at temperatures of predominantly 500 ° C to 900 ° C.
  • Hydrogen gas (hteg) is released.
  • the oxygen previously incorporated into the metal lattice is released again to the double molecular sulfur gas (S (2-) g) or phosphorus gas (Pg) (substitution reaction); the metal oxide is partially regenerated or reduced back to the more energetic state.
  • the metal pyrite lattice is broken up by a roasting process at somewhat higher temperatures of approx. 1200 ° C to 1350 ° C, whereby sulfur dioxide and sulfur trioxide are produced again.
  • the reaction space is then flushed with nitrogen and the gases are separated off.
  • iron (II, III) and iron gas (H2) ⁇ are formed from iron and water vapor.
  • iron (III) oxide reacts to iron (II) oxide and oxygen (O2).
  • pyrite FeS2
  • FeS2 iron (II) oxide
  • sulfur gas S2-
  • SO2 ⁇ + vanadium (V) SO3 ⁇ should be approx.
  • the reactor is flushed completely with nitrogen and thereby for the rest
  • a significant innovation of the process is the combination of a metal bed made of at least two metals - firstly made of iron and secondly made of vanadium
  • Pressure tube reactor module or double jacket pressure reactor can be heated.
  • the iron and vanadium powder fill which is evenly distributed with metals, forms the mixture in a modular pressure tube reactor, which is fixed in a cylindrical basket.
  • a light concentrating solar system preferably a solar gutter collector in a vertical design
  • Porylysed ruckroh rreaktor brought to the required temperature by the concentrated sunlight. The reactions take place on the surface of the
  • the pressure tube reactor is preferably in a small pilot plant for checking and optimizing the
  • This pilot plant primarily comprises
  • Water vapor dosing system the data acquisition and control systems and measuring systems for pressure and temperature as well as for the product gas aftertreatment.
  • the analysis of the concentrations of hydrogen gas produced or of released sulfur dioxide gas and sulfur trioxide gas is carried out by a mass spectrometer. .
  • the process parameters can be carried out by adapting the energy heating output, the recurring, cyclical temperature and by several gas changes in one reaction chamber.
  • the steam gas is split at a temperature in the range of 500 ° C to 900 ° C and the metal oxide is regenerated at a temperature of 450 ° C to 650 ° C with sulfur gas (S2-) or phosphorus gas.
  • S2- sulfur gas
  • the metal pyrite is then roasted at a temperature of 900 ° C to 1350 ° C, producing elemental metal.
  • the required temperature in the reaction spaces of the modules is modified by periodically changing the heating output for the purpose of one
  • the differentiated thermal positioning of the reactors and / or concave mirrors firstly causes synchronous reactions of water splitting at a given temperature and secondly causes regeneration at a lower temperature.
  • the roasting process is carried out at higher temperatures than water splitting. The sequence of these different batch processes thus enables the continuous production of hydrogen.
  • the procedure is mainly according to the different
  • Energy demand quantities of the successive reactions involved are sequenced.
  • the periodic change in the temperatures of the metals is achieved by modifying the energy heating power. First the split takes place, then the regeneration and then the roasting and rinsing.
  • Temperature are generated by burning fossil fuels and / or using the waste heat energy from the exhaust gas flow from vehicles, because common methods use these energy sources.
  • the generation of the required temperature by means of light energy is also advantageous and essential because conventional energy generation systems by burning fossil energy is not resource-saving and light energy such as sunlight is available everywhere, even in space.
  • optical devices can be built as paraboloid concentrators
  • Solar tower systems parabolic trough collectors, elliptical or spherical mirrors, solar ovens, or line-focusing concentrators.
  • these optical structures can be used to generate hydrogen on a large industrial scale as a sustainable, secondary energy source without carbon dioxide emissions that are harmful to the climate.
  • the reaction modules are mainly rotated on a turret device in order to align them with the radiation source and thus to change the heating power. This can be used to change the temperature at the same
  • Radiant heating output can be achieved easily.
  • reaction paraboloid can be positioned by rotation so that the light from the radiation source is redirected to a desired module. This can also be used to change the temperature at the same
  • a third possibility for the methods listed in points 0028 and 0029 consists in the focus position of several mirrors arranged in fields or To change concave mirrors. A change in temperature can also be achieved in this way.
  • optical components are suitable for reducing and / or increasing the radiation of the solar energy.
  • Light transmission variable optical half mirrors diaphragms, deflecting mirrors or optical filters.
  • Heat transfer media are heated. With preheating, the fluids no longer require as much radiant heating power in the reactor room.
  • the hydrogen synthesis by water splitting can advantageously take place in one reactor and the regeneration of the metal oxide by sulfur and / or phosphorus gas reduction in a further reactor. These two steps are carried out simultaneously for the purpose of preparing the roasting in a further pressure tube reactor module.
  • the process is carried out in several successive production cycles in order to achieve continuous flow reproducibility. It is estimated that a production cycle takes 0.5 to 1.5 hours. With a dis-continuous flow process, this has above all economic advantages. With this method, the production cycles can also be significantly shorter or longer.
  • the temperature and the concentration of hydrogen can be changed - until the metal filling capacity is completely exhausted.
  • the aim of the invention is achieved as follows: With the aid of a reactor for the thermal production of hydrogen from water vapor on a surface in a gas-solid phase reaction with at least two connected pipes, the gas stream of educt gases into and out of a reaction space
  • Heat source at least two metals being provided as reactants in a reaction space.
  • the required temperature in the reaction rooms of the pressure tube reactors is changed by a periodic change in the heat output, which results in a continuous flow of production.
  • the modified thermal control of sunlight on the pressure tube reactors enables the simultaneous reaction sequence of water splitting at a certain temperature and
  • the first pressure tube reactor has a connected cooling pipe system, which enables a liquid flow (permeate) into the reaction space of the first pressure pipe reactor and a flow of water vapor from the cooling system, which feeds into a second pressure pipe reactor.
  • a heat source e.g. engine exhaust or turbine exhaust nozzle
  • the metal powders iron and vanadium each ⁇ 50pm are provided as reactants in a reaction chamber.
  • the metal powders are preferably of one in the double-jacket reactor
  • Feed water cooling is also required so that the operating conditions (i.e. the heating output) can be varied.
  • the sulfur regeneration is made possible with at least one connected pipe, which allows a gas flow of starting gas into a reaction vessel and product gases out of this vessel.
  • the following metals are particularly popular for the metal powder fillings in the pressure tube reactor rooms: iron, manganese and nickel. Vanadium is or are added to one or more of these substances.
  • the following metals can also be used: Ti, Li, Cr, Er, Hf, Ho, Lu, Mo, Nb, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Sc, Si, Ta, Tc, Tb, Th, Tm, Ti, W, Y, Zr, Co.
  • These metals can also be used as individual substances or as mixtures, since these - both in pure form and as a mixture - can be used particularly efficiently in hydrogen splitting, the melting point temperature must be above 1400 ° C. The higher the valence of the metal ion, the more hydrogen per atom can be generated.
  • the reaction chamber is cylindrical (tube) and blackened from the outside with heat-resistant black lacquer.
  • the tube is covered with a transparent
  • reaction space there are components between the reaction space and the energy source that weaken and / or intensify the energy flow so that better control of the reactions is made possible.
  • the heat exchanger tubes primarily contain a fluid (permeate), since this enables the heat exchange to be individually tailored.
  • the water vapor is generated in one reactor and passed into another reactor, which is used to return the water vapor to the first reactor.
  • the reactor is equipped with two four-way valves (left and right of the module) to enable the gaseous starting materials to be fed in and the products to be discharged.
  • gaseous products can be discharged separately.
  • the reactor turret is ideally of modular construction - from at least two, better still three reaction pressure tube reactors, since this makes the continuous flow process described above particularly easy to handle.
  • the two reaction modules are used alternately
  • a concentrating solar thermal system is mainly used as the energy supplier - this includes the following variants: a paraboloid concentrator, a solar tower system, a sun oven, an elliptical or spherical mirror and a line-focusing concentrator.
  • a paraboloid concentrator a paraboloid concentrator
  • a solar tower system a sun oven
  • an elliptical or spherical mirror a line-focusing concentrator.
  • an engine exhaust or a turbine exhaust gas space can be used as an energy source, as explained above.
  • the required radiant light output is achieved using a group of heliostats.
  • the radiation power required for regeneration is made possible by another group of heliostats.
  • Hydrogen gas generation can be done using the pressurized gas reactor presented
  • Drawing No .: 01 shows the pressure tube reactor module system, whereby the water vapor is fed into the apparatus with a four-way valve from the left side.
  • the sunlight-focused radiation energy is transferred from the outside to the
  • Pressure tube reactor module blasted.
  • the energy heating power of the incident light can be adjusted by means of an aperture.
  • the pressure tube reactor is based on the already described connection of the metal-gas system with a metal powder filling inside, which consists of a finely divided, loose particle powder structure (10).
  • the metal powder filling is in a modular cell; it is filled with the metals and installed in a cylindrical tube housing (10).
  • the borosilica glass (evacuated) enables high temperatures to be generated in a directly absorbing vacuum with low reflection losses (9).
  • Point (02) steam pipe made of high-alloy steel
  • Point (03) four-way valve (heat-resistant, pressure-resistant)
  • Point (1 1) Feed water cooling system with ring line in the center of the chamber
  • Point (13) flow of cooling system line (permeate from reverse osmosis system)
  • Point (14) right flange connection to the pressure chamber or reaction chamber
  • the operation of the flow reactor is based on the simultaneous use of both modules. While water is split in one of the two reaction rooms, regeneration with sulfur gas takes place in the other reaction room. After the reactions have ended, the regenerated module is switched over to cleavage by changing the gas supply. Requirements for this continuous operation and the
  • Hydrogen production is the separate supply of nitrogen gas, which is called
  • Carrier gas or purge gas is used, as well as the same supply of water vapor.
  • another line is on the one hand for the products of the cleavage and on the other hand for the regeneration gas containing regeneration gas
  • Completion of a reaction step can be switched.
  • One of these valves has to withstand high temperatures up to 600 ° C.
  • the two steps of the process are carried out in the same reactor at different temperature levels with different heat requirements.
  • Regeneration is endothermic and takes place at 450 ° C.
  • the steam splitting is slightly exothermic and takes place at 900 ° C. This is why some of the modules are required
  • EP1019316B1 May 5, 1999 March 24, 2004 Shec Labs - Method for

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Abstract

The invention relates to a thermal method with the aid of a pressure pipe reactor for carrying out, under continuous flow conditions, some chemical reactions on the surface of at least one solid reactant in a gas/solid phase reaction. The core of the invention is a solar-thermal method based on concentrated solar energy with trough collectors, and the product is a pressure pipe reactor for continuous production of split hydrogen gas (H2) from water vapour gas (H2Og). Owing to the absorption and/or adsorption on the surface of metal mixtures of certain metals, the following reactions are performed at temperatures ranging from 500°C to 1350°C: cleaving, autooxidation, substitution, decomposition. The method has four main processes: water splitting, regeneration, roasting, flushing and evacuation. Problem: Hydrogen first has to be produced artificially and with lower degrees of efficacy from other energy sources (fossil energy, nuclear energy, or renewable energies). By contrast, concepts for future hydrogen economies usually provide for hydrogen recovery from renewable energies. Solution: The pressure pipe reactor and the regenerative above method; my invention. The costs of hydrogen manufacture are thus reduced, and in the long term large-scale production is made possible. My innovation constitutes the new generation of renewable energies and is devoid of harmful emissions. Merely schematic regeneration sequence (no reaction equation) (I)

Description

Titel: Wasserstoffreaktor und das regenerative Chemie-Verfahren  Title: Hydrogen reactor and the regenerative chemistry process
Thema: Gas-/ Festphasenreaktion von Wasser mit elementaren Eisen und Schwefel. Topic: Gas / solid phase reaction of water with elemental iron and sulfur.
• [0001] • [0001]
Gegenstand der Erfindung ist ein thermisches Verfahren unter Zuhilfenahme eines Druckrohrreaktors für die fließkontinuierliche Durchführung einiger chemischer The invention relates to a thermal process with the aid of a pressure tube reactor for the continuous flow of some chemical
Reaktionen auf der Oberfläche mindestens eines festen Reaktanten in einer Reactions on the surface of at least one solid reactant in one
Gas-/ Festphasenreaktion. Der Kern der Erfindung ist ein solarthermisches Verfahren auf der Basis von konzentrierter Sonnenlichtenergie mit Rinnenkollektoren, und das Produkt ist ein Druckrohrreaktor zur fließkontinuierlichen Herstellung von Gas / solid phase reaction. The essence of the invention is a solar thermal process based on concentrated solar energy with trough collectors, and the product is a pressure tube reactor for the continuous production of
Wasserstoffspaltgas aus Wasserdampfgas auf der Oberfläche mindestens eines Metalls in einer Gas-/ Festphasenreaktion bei Temperaturen in Bereich von 500°C bis 1350°C. Das solarchemische Verfahren hat sechs Produktionsschritte, die sich in vier Hauptprozesse gliedern lassen: Wasserspaltung, Regeneration sowie Rösten und Spülen. Hydrogen fission gas from water vapor gas on the surface of at least one metal in a gas / solid phase reaction at temperatures in the range from 500 ° C to 1350 ° C. The solar chemical process has six production steps, which can be divided into four main processes: water splitting, regeneration, roasting and rinsing.
• [0002] • [0002]
Wasserstoff ist wie elektrischer Strom kein Primärenergieträger, sondern muss erst künstlich und mit niedrigeren Wirkungsgraden und Ausbeuten aus anderen Hydrogen, like electric current, is not a primary energy source, but must first be artificial and with lower efficiencies and yields from others
Energiequellen (fossile Energie, Kernenergie oder erneuerbare Energien) erzeugt werden. Energy sources (fossil energy, nuclear energy or renewable energies) are generated.
Heute ist der größte Teil des Wasserstoffs aus fossilen Primärstoffen (Kohle, Erdöl, Erdgas) hergestellt. Konzepte für zukünftige Wasserstoffwirtschaften sehen hingegen zumeist die Wasserstoffgewinnung aus erneuerbaren Energien vor, wodurch eine solche Energieversorgung emissionsfrei sein könnte. Allerdings erfordern eine Today, most of the hydrogen is made from fossil primary materials (coal, oil, natural gas). Concepts for future hydrogen economies, on the other hand, mostly provide for hydrogen generation from renewable energies, which means that such an energy supply could be emission-free. However, require one
Begrenzung der Ressourcen und die Forderung nach zunehmender Reduktion der Treibhausgase (vor allem Kohlenstoffdioxid) die Erschließung alternativer Quellen. Die Wasserspaltung mit Hilfe der Elektrolyse unter Einsatz von Solarstrom ist möglich, hat aber den Nachteil, dass die Kosten für die solarthermischen Systeme sehr hoch sind. Die direkte Nutzung konzentrierter Solarstrahlung für die thermochemische Wasserspaltung vermeidet hohe Kosten und hat einen höheren Wirkungsgrad. So werden die Kosten der Wasserstoffherstellung gesenkt, und langfristig wird eine großtechnische Produktion ermöglicht. Restricting resources and calling for an increasing reduction in greenhouse gases (especially carbon dioxide) tapping alternative sources. Splitting water with the help of electrolysis using solar power is possible, but has the disadvantage that the costs for the solar thermal systems are very high. The direct use of concentrated solar radiation for thermochemical Splitting water avoids high costs and is more efficient. This reduces the costs of hydrogen production and enables large-scale production in the long term.
. [0003] . [0003]
Zur thermischen Herstellung von Wasserstoff steht eine Anzahl von Verfahren zur Verfügung. Diese sind entweder Teuer oder unpraktisch in der Handhabung und somit kompliziert oder erzeugen schädliche Emissionen. Meine Idee war es eine A number of methods are available for the thermal production of hydrogen. These are either expensive or impractical to use and therefore complicated or generate harmful emissions. My idea was one
Großtechnische Produktion an Wasserstoff ohne schädliche Emissionen Large-scale production of hydrogen without harmful emissions
(Kohlenstoffdioxid, Chlor, usw.) zu Entwickeln. Mein Ziel habe ich durch meine (Carbon dioxide, chlorine, etc.) to develop. I have my goal through mine
Arbeitserfahrung, als Staatlich geprüfter Chemietechniker und Fachliteratur Work experience, as a state-certified chemical technician and specialist literature
„Chemietechnik Europa Verlag E:Nr.:70415 Seite 415, Schluss endlich habe ich alleine, Versuche zur meiner Thematik meiner Idee durchgeführt mittels einer kleinen "Chemietechnik Europa Verlag E: No.: 70415 page 415, finally I have alone, carried out experiments on the subject of my idea using a small one
Versuchsapparatur im Labormaßstab im meinem Keller. Meine Erfindung ist neu, weil sie nicht dem heutigen Stand der Technik entspricht. Experimental apparatus on a laboratory scale in my basement. My invention is new because it does not correspond to the current state of the art.
[0004] [0004]
Nach einer Pressemitteilung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt vom 15.10.2004 wurde im Sonnenofen erstmals Wasserstoff durch solarthermische According to a press release by the German Aerospace Center on October 15, 2004, hydrogen was first generated in the solar oven by solar thermal
Wasserspaltung erzeugt. Bei dem hier beschriebenen Verfahren wird der Wasserstoff diskontinuierlich erzeugt, indem der Wasserdampf über Metalloxide gespalten und das Metalloxid durch Reduktion teilweise regeneriert wird. Es entsteht ein reduziertes Eisenoxid, dass wieder zur Oxidation geführt werden kann. Neuste Stand der Technik mit weinig Wasserstoffgas Ausbeute (Technikum Maßstab). Water splitting generated. In the process described here, the hydrogen is generated discontinuously by splitting the water vapor over metal oxides and partially regenerating the metal oxide by reduction. A reduced iron oxide is formed which can be oxidized again. State of the art with a little hydrogen gas yield (pilot plant scale).
. [0005] . [0005]
JP 03205302 A beschreibt die Herstellung von hochreinem Wasserstoff mittels aktiviertem Magnetit als reaktivem Katalysator. • [0006] JP 03205302 A describes the production of high-purity hydrogen using activated magnetite as a reactive catalyst. • [0006]
In JP 2001270701 A wird Wasserstoff hergestellt, indem metallisches Zink, Magnetit und Wasser miteinander bei 600°C reagieren. JP 2001270701 A produces hydrogen by reacting metallic zinc, magnetite and water with each other at 600 ° C.
. [0007] . [0007]
In DE 42 26 496 A1 wird Wasserstoff in einem modifizierten kontinuierlichen Eisen- Wasserdampf-Prozess erzeugt. Das hierbei entstehende Eisenoxid wird anschließend der Stahlerzeugung wieder zugeführt. Umständliche Rückführung des Eisenoxid 's. In DE 42 26 496 A1, hydrogen is generated in a modified continuous iron-water vapor process. The resulting iron oxide is then fed back to steelmaking. Cumbersome recycling of the iron oxide's.
[0008] [0008]
M. Inoue et al. aus Solar Energy (2003) beschreiben die Herstellung von Wasserstoff mittels eines Wasser-Zn0-MnFe2S04-Systems. Das entsprechende Ferritpulver des Typs Mx 2+Zni-x 2+Fe2S04 kann nach der Methode von S. Lorentzou et al., präsentiert auf der Konferenz Partec 2004, hergestellt werden. Zu kompliziert meiner Meinung nach. M. Inoue et al. from Solar Energy (2003) describe the production of hydrogen using a water-Zn0-MnFe2S04 system. The corresponding ferrite powder of the type M x 2+ Zni -x 2+ Fe2S04 can be produced by the method of S. Lorentzou et al., Presented at the Partec 2004 conference. Too complicated in my opinion.
• [0009] • [0009]
So wird in DE 44 10 915 A1 Wasserstoff durch die Reaktion von Eisen mit Kohlensäure unter solarthermischer Energiezugabe gebildet. Das gebildete Eisenoxid wird mittels Kohlenmonoxid wieder reduziert und steht dem Prozess zur Verfügung. Nachteil Kohlenstoffdioxid. In DE 44 10 915 A1, hydrogen is formed by the reaction of iron with carbonic acid with the addition of solar thermal energy. The iron oxide formed is reduced again by means of carbon monoxide and is available for the process. Disadvantage of carbon dioxide.
[0010] [0010]
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es also ein verfahrenstechnischen Kreislaufprozess zur Herstellung von Wasserstoffgas, der im Besonderen in einem einzigen The aim of the present invention is therefore a process engineering cycle process for the production of hydrogen gas, which in particular in one
Reaktionsdruckrohr durchgeführt werden kann, bei dem kein Feststoff ausgewechselt werden muss .Von Vorteil wäre eventuell eine Durchmischung mit Mechanischen Verfahren, wobei die Metalle porös gehalten werden. Die Metalle liegen elementar vor und werden durch die Kühlungsrohre auf einer Ringleitung vermischt, anschließend können sie neu zur Reaktion gebracht werden. Reaction pressure tube can be carried out, in which no solid has to be exchanged. Mixing with mechanical methods may be advantageous, whereby the metals are kept porous. The metals are elementary and are mixed through the cooling pipes on a ring line, after which they can be reacted again.
Das Verfahren verläuft in optimaler Weise fließkontinuierlich bei möglichst niedrigen Temperaturen. Eine weitere Aufgabe ist es, einen solarbetriebenen Druckrohrreaktor mit Parabolspiegel in senkrechter Bauweise bereitzustellen, in dem vor allem The process runs optimally in a continuous flow at the lowest possible temperatures. Another object is to provide a solar-powered pressure tube reactor with a parabolic mirror in a vertical design, in which above all
Wasserstoffgas als Produkt fließkontinuierlich hergestellt wird. Die vier Hydrogen gas is continuously produced as a product. The four
Verfahrensstufen der Wasserspaltung (Spaltung, Regenerierung, Röstung und Process stages of water splitting (splitting, regeneration, roasting and
Spülung) verlaufen notwendigerweise nacheinander bzw. parallel in mehreren Modulen gleichzeitig. Rinsing) necessarily run in succession or in parallel in several modules simultaneously.
. [001 1] . [001 1]
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem und damit die verbundene Aufgabe werden zum einen mit einem konkreten Verfahren und zum anderen mit einer konkreten Apparatur gelöst: Herbeigeführt werden muss ein thermisches Verfahren zur The problem on which the invention is based and the associated object are solved on the one hand with a specific method and on the other hand with a specific apparatus: a thermal method must be brought about for
Herstellung von Wasserstoffgas aus Wasserdampf an einer Oberfläche eines Metalls in einer Festphasen-Gas-Reaktion. Als Apparatur ist ein Druckrohrreaktor-Reaktionsraum bereitzustellen. Durch die konkreten Erfindungsgegenstände ist meine Erfindung nicht allgemein und auch nicht neuster Stand der heutigen Chemietechnik. en nutzen. Prozessschritt wird Wasserdampf durch die Anlagerung von Sauerstoff an die hoch angeregten Metalle durch Autooxidation thermisch gespalten. Es wird Production of hydrogen gas from water vapor on a surface of a metal in a solid phase gas reaction. A pressure tube reactor reaction space is to be provided as apparatus. Due to the specific subject matter of the invention, my invention is not general and is also not the latest state of the art in chemical engineering today. use. In the process step, water vapor is thermally split by the addition of oxygen to the highly excited metals by auto-oxidation. It will
Wasserstoffgas (H2g) freigesetzt. In einem zweiten Prozessschritt bei einer gegenüber dem ersten Schritt niedrigeren Temperatur wird das Metalloxid mit Schwefelgas (S(2-)g) regeneriert. Gebundener Sauerstoff wird als Schwefeldioxid und Schwefeltrioxid freigesetzt, so dass das Metall reduziert wird. In einem dritten Prozessschritt wird der verbleibende Metallpyrit bei gegenüber dem zweiten Prozessschritt erhöhter Hydrogen gas (H2g) released. In a second process step at a lower temperature than the first step, the metal oxide is regenerated with sulfur gas (S (2-) g ). Bound oxygen is released as sulfur dioxide and sulfur trioxide so that the metal is reduced. In a third process step, the remaining metal pyrite is increased compared to the second process step
Temperatur metallisch geröstet; danach wird der Reaktionsraum mit Stickstoff gespült, und es stehen die elementaren Metalle für weitere Produktionen zur Verfügung. Temperature roasted metallic; the reaction chamber is then flushed with nitrogen and the elemental metals are available for further production.
Die zugrundeliegende Aufgabe, einen solarbetriebenen Druckrohrreaktor The underlying task, a solar powered pressure tube reactor
bereitzustellen, in die zwei Produkte (insbesondere Wasserstoff) fließkontinuierlich in vier Verfahrensschritten hergestellt werden (Spaltung, Regeneration, Röstung und Spülung), sollen notwendigerweise nacheinander ablaufen. [0012] To provide, in which two products (especially hydrogen) are continuously produced in four process steps (cleavage, regeneration, roasting and rinsing) should necessarily take place in succession. [0012]
Die Wasserstoffsynthese durch Wasserdampfgasspaltung wird hauptsächlich in dem Verfahren gemäß der Erfindung Im DRR hergeführt In einem zweiten Reaktionsraum erfolgt, die Regenerierung des Metalle-Redox-Systems. Im nachfolgenden The hydrogen synthesis by water vapor gas splitting is mainly carried out in the process according to the invention in the DRR. The regeneration of the metal redox system takes place in a second reaction space. In the following
Produktionszyklus wird bei höherer Temperatur der Röstvorgang durchgeführt und anschließend können in dem regenerierten Reaktionsraum dann neue Reaktionsschritte wieder durchführt werden. Somit kann die thermische Erzeugung von Wasserstoff Fließkontinuierlich erfolgen und im Großtechnischen Maßstab realisiert und einfach als unbekannten technologischen Hintergrund des Gebietes definiert. Die hier in meiner Erfindung offenbarten Informationen sind nicht Stand der Technik, weil sie nicht naheliegend und nicht Abgeleitet von andren Patenten worden sind. Somit wie es in der Beschreibung offenbart wird überragt das Wissen und Können dieser Erfindung den Kenntnissen und Fertigkeiten eines Durchschnittlichen Fachmanns erheblich. Production cycle, the roasting process is carried out at a higher temperature and then new reaction steps can then be carried out again in the regenerated reaction space. Thus, the thermal production of hydrogen can flow continuously and realized on an industrial scale and simply defined as the unknown technological background of the area. The information disclosed in my invention is not prior art because it is not obvious and has not been derived from other patents. Thus, as disclosed in the description, the knowledge and skill of this invention significantly exceeds the knowledge and skills of one of ordinary skill in the art.
. [0013] . [0013]
Die Erfindung besteht aus einem Verfahren, Wasserdampf in einem mehrstufigen Kreislaufprozess durch Nutzung konzentrierter Licht-Aufstrahlung oder durch Abwärme thermisch zu spalten und infolgedessen solares Wasserstoffgas (H2g) zu erzeugen. The invention consists of a method of thermally splitting water vapor in a multi-stage cycle process by using concentrated light irradiation or by waste heat and, as a result, to generate solar hydrogen gas (H2g).
[0014] [0014]
Mit dem Erfindungsgegenstand gelingt es erwiesenermaßen, Wasserdampf durch gebündeltes Sonnenlicht thermisch zu spalten sowie in einer Autooxidationsreaktion Sauerstoff zu binden und dadurch Wasserstoffgas (H2g) zu erzeugen. The object of the invention has been shown to thermally split water vapor by means of concentrated sunlight and to bind oxygen in an auto-oxidation reaction and thereby generate hydrogen gas (H2g).
Dieser grundlegende Sachverhalt der Chemie bildet die Basis zur Entwicklung der hier vorliegenden Erfindung eines Verfahrens zur solarthermischen Erzeugung von This basic fact of chemistry forms the basis for the development of the present invention of a method for the solar thermal generation of
Wasserstoffgas. Es erfolgt eine Regeneration mit Schwefelgas (S(2-)g) oder Hydrogen gas. Regeneration with sulfur gas (S (2-) g) or
Phosphorgas. Dieses chemische Verfahren beschreibt einen Sachverhalt wie es in der Chemietechnik eines„Katalysators“ entspricht. Dieses chemische Verfahren entspricht nicht dem heutigen Stand der Technik. Der grundlegende Beweis bzw. Merkmal meiner Erfindung wurde hier im Artikel offenbart. Im Gegensatz zur direkten thermischen Wasserspaltung, die erst bei ca. 2700°C erfolgt, wird hier im Vorfeld in einem vierstufigen Kreislaufprozess bei Temperaturen zwischen 600°C und 1350°C aus Wasserdampf, Wasserstoffgas erzeugt. Im Produktionskreislauf wird ein Metalle-Vanadium-System zur Anwendung gebracht, so dass der Sauerstoff aus Wassermolekülen abgespalten und umkehrbar in eine Gasverbindung eingebunden werden kann. Mein chemisches Verfahren und der Gegenstand der Erfindung, dass WANDZIK'sche Rohr sind nach meiner Recherche nirgendwo auf dem Planeten Erde bekannt. Diese Tatsache verhindert jedoch nicht die gewerbliche Produktion meiner Erfindung, weil sie mit der Chemietechnik jederzeit nach meiner Anleitung gewerblich, durch einen Industriemechaniker herstellbar ist. Und von einem Chemikant betrieben werden kann. Phosphorus gas. This chemical process describes a situation as it corresponds to a “catalyst” in chemical engineering. This chemical process does not correspond to the current state of the art. The basic evidence or feature of my invention was disclosed here in the article. In contrast to direct thermal water splitting, which only takes place at approx. 2700 ° C, water vapor and hydrogen gas are generated in advance in a four-stage cycle process at temperatures between 600 ° C and 1350 ° C. A metal-vanadium system is used in the production cycle so that the oxygen can be split off from water molecules and reversibly incorporated into a gas compound. According to my research, my chemical process and the object of the invention, that WANDZIK ' s pipe, are nowhere known on planet Earth. However, this fact does not prevent the commercial production of my invention, because with chemical engineering it can be produced commercially by an industrial mechanic at any time according to my instructions. And can be operated by a chemist.
• [0015] • [0015]
Es werden hauptsächlich elementare Metalle (Metallelemente) mit hohen There are mainly elemental metals (metal elements) with high
Schmelzpunkten (ab 1500°C) eingesetzt, die nacheinander autooxidierend wirken und durch ein Reduktionsmittel (Schwefelgas oder Phosphorgas) reduziert werden. Dabei helfen Vanadium-Katalysatoren, die Reaktionen zu beschleunigen. Im ersten Melting points (from 1500 ° C) are used, which have an auto-oxidizing effect one after the other and are reduced by a reducing agent (sulfur gas or phosphorus gas). Vanadium catalysts help accelerate the reactions. In the first
Produktionsschritt wird der am Metall turbulent vorbeiströmende heiße Wasserdampf durch Bindung des Sauerstoffs an das angeregte Metallegitter bei Temperaturen von überwiegend 500°C bis 900°C gespalten. Wasserstoffgas (hteg) wird freigesetzt. Im zweiten Produktionsschritt wird bei Temperaturen vorzugsweise von 450°C bis 650°C der zuvor in das Metallgitter eingebundene Sauerstoff an das zweifach molekulare Schwefelgas (S(2-)g) oder Phosphorgas (Pg) wieder abgegeben (Substitutionsreaktion); das Metalloxid wird zum Teil regeneriert bzw. wieder hin zum energiereicheren Zustand reduziert. In the production step, the hot steam flowing past the metal in a turbulent manner is split by binding the oxygen to the excited metal grid at temperatures of predominantly 500 ° C to 900 ° C. Hydrogen gas (hteg) is released. In the second production step, at temperatures of preferably 450 ° C. to 650 ° C., the oxygen previously incorporated into the metal lattice is released again to the double molecular sulfur gas (S (2-) g) or phosphorus gas (Pg) (substitution reaction); the metal oxide is partially regenerated or reduced back to the more energetic state.
Im dritten Produktionsschritt wird das Metallpyritgitter durch einem Röstvorgang bei etwas höheren Temperaturen von ca. 1200°C bis 1350°C aufgebrochen, wobei wieder Schwefeldioxide und Schwefeltrioxide entstehen. Anschließend wird der Reaktionsraum mit Stickstoff gespült und die Gase werden abgetrennt. In the third production step, the metal pyrite lattice is broken up by a roasting process at somewhat higher temperatures of approx. 1200 ° C to 1350 ° C, whereby sulfur dioxide and sulfur trioxide are produced again. The reaction space is then flushed with nitrogen and the gases are separated off.
Insgesamt wird also mit Hilfe der als Phantom-Katalysator wirkenden Metalle Overall, with the help of the metals acting as a phantom catalyst
Wasserdampf in seine Elemente gespalten. Die verwendeten Metalle sind im elementaren Zustand optimalerweise mit Vanadiumpartikeln homogen verteilte Eisenpartikel-Schüttungen. Splitting water vapor into its elements. The metals used are in elementary state optimally with vanadium particles homogeneously distributed iron particle beds.
• [0016] • [0016]
• Sachverhalt des Produktionsverfahrens / Reaktionen (Hintergrundinformation) • Facts of the production process / reactions (background information)
1. Produktionsschritt im thermochemischen Kreislaufprozess im FERROHYDRO-PORYLESEROHRREAKTOR 1st production step in the thermochemical cycle process in the FERROHYDRO-PORYLESER TUBE REACTOR
Aus Eisen und Wasserdampf entstehen bei Temperaturen von 560 °C bis 1350°C Eisen(ll, lll)oxid und in reiner Form Wasserstoffgas (H2)†. At temperatures of 560 ° C to 1350 ° C, iron (II, III) and iron gas (H2) † are formed from iron and water vapor.
3 Fetest + 4 H20gas† —► Fe304fest + 4 H2gas† (exotherm) 3 fat test + 4 H20 gas † —► Fe304 solid + 4 H2 gas † (exothermic)
Eisen Wasser Eisen(ll)oxid Wasserstoff Iron water iron (ll) oxide hydrogen
2. Produktionsschritt im thermochemischen Kreislaufprozess im FERROHYDRO-PORYLESEROHRREAKTOR 2. Production step in the thermochemical cycle process in the FERROHYDRO-PORYLESER TUBE REACTOR
Bei Temperaturen oberhalb von 1200°C reagiert das Eisen(lll)oxid zu Eisen(ll)oxid und Sauerstoff (O2). At temperatures above 1200 ° C the iron (III) oxide reacts to iron (II) oxide and oxygen (O2).
6 Fe203fest 4 Fe304fest + 02gas† (endotherm) Eisen(lll)oxid Eisen(ll)oxid Sauerstoff 3. Produktionsschritt im thermochemischen Kreislaufprozess im FERROHYDRO-PORYLESEROHRREAKTOR 6 Fe203 solid 4 Fe304 solid + 02gas † (endothermic) iron (III) oxide iron (II) oxide oxygen 3rd production step in the thermochemical cycle process in the FERROHYDRO-PORYLESER TUBE REACTOR
Aus Eisen(ll)oxid und Schwefelgas (S2-) entsteht bei Temperaturen oberhalb von 1200°C bis 1350°C der Pyrit (FeS2). Aus SO2† + Vanadium(V) soll SO3† bei ca. At temperatures above 1200 ° C to 1350 ° C, pyrite (FeS2) is formed from iron (II) oxide and sulfur gas (S2-). From SO2 † + vanadium (V) SO3 † should be approx.
unterhalb von 600°C bis 450°C (exotherm) entstehen. Im weiteren Reaktions-Verlauf reagiert der Pyrit zur elementaren Eisen. below 600 ° C to 450 ° C (exothermic). In the further course of the reaction, the pyrite reacts to the elemental iron.
4. Produktionsschritt im thermochemischen Kreislaufprozess im FERROHYDRO-PORYLESEROHRREAKTOR 4. Production step in the thermochemical cycle process in the FERROHYDRO-PORYLESER TUBE REACTOR
Diverse Eisenschwefel und deren Oxid-Verbindungen werden bei Tl= x< 650°C regeneriert (Gleichgewichtsreaktion exotherm) und bei TU† = 1200°C bis 1350°C geröstet, wobei elementares Eisen und Vanadium(IV)oxid entstehen. Die Reaktion benötigt Energie und ist deshalb im zweiten Regenerationsschritt endotherm. Various iron sulfur and its oxide compounds are regenerated at Tl = x <650 ° C (equilibrium reaction exothermic) and roasted at TU † = 1200 ° C to 1350 ° C, whereby elemental iron and vanadium (IV) oxide are formed. The reaction requires energy and is therefore endothermic in the second regeneration step.
5. Produktionsschritt im thermochemischen Kreislaufprozess im FERROHYDRO-PORYLESEROHRREAKTOR 5th production step in the thermochemical cycle process in the FERROHYDRO-PORYLESER TUBE REACTOR
Nach der erfolgten Regeneration wird unter Vakuum und anschließend unter Inertgas Atmosphäre ein Spülvorgang vorgenommen, bis schließlich das Schwefeltrioxidrestgas (SO3) einen H20-Wäscher passiert. Das Nebenprodukt wandelt sich über Schwefel ige Säure (H2S03-Lösung) + H20(demin.) in Schwefel-Säure (H2S04-Lösung) um. Es entsteht am Ende das Oleum (H2S207-Lösung). After the regeneration has taken place, a rinsing process is carried out under vacuum and then under an inert gas atmosphere until the sulfur trioxide residual gas (SO3) finally passes through an H20 scrubber. The by-product converts to sulfuric acid (H2S04 solution) via sulfuric acid (H2S03 solution) + H20 (demin.). In the end, the oleum (H2S207 solution) is formed.
S03(gas)† + H2OJ, -» H2SO3 + H2SO4 (beide in Lsg.)— > H2S2O7 (exotherm) S03 (gas) † + H2OJ, - »H2SO3 + H2SO4 (both in solution) -> H2S2O7 (exothermic)
Schwefeltrioxid Wasser schwefelige Säure Schwefelsäure Oleum 6. Prozessschritt im thermochemischen Kreislaufprozess im FERROHYDRO-PORYLESEROHRREAKTOR Sulfur trioxide water sulfuric acid sulfuric acid oleum 6. Process step in the thermochemical cycle process in the FERROHYDRO-PORYLESER TUBE REACTOR
Der Reaktor wird mit Stickstoff restlos gespült und dadurch für den weiteren The reactor is flushed completely with nitrogen and thereby for the rest
Wasserstoff-Spaltungszyklus (Produktion) vorbereitet. Hydrogen fission cycle (production) prepared.
Alle genannten Prozessschritte kann man wie folgt zusammenfassen. All of the process steps mentioned can be summarized as follows.
Spaltschritt: M(elementar) + H20(eq)—► M304(oxidiert) + 4 H2 (gas) Splitting step: M (elementary) + H20 (eq) —► M30 4 (oxidized) + 4 H2 (gas)
Regenerationsschritte: M304(oxidiert) + S(gas)- MxS2(reduziert) + MS04 + S03(gas) Regeneration steps: M304 (oxidized) + S (gas) - MxS2 (reduced) + MS04 + S03 (gas)
Rösten und Waschen: MS2(reduziert) + M2S2(reduziert) + S03(gas)— M(elementar) + H2SO4 Roasting and washing: MS2 (reduced) + M2S2 (reduced) + S03 (gas) - M (elementary) + H2SO4
Spülen und Trocknen: Stickstoffgas (N2) spült und trocknet das Eisen im Rohr wasserfrei. Rinsing and drying: Nitrogen gas (N2) flushes and dries the iron in the pipe without water.
Am Ende stehen die elementaren Metalle zur weiteren Produktion von Wasserstoff im evakuierten DRR zu Verfügung In the end, the elemental metals are available for the further production of hydrogen in the evacuated DRR
. [0017] . [0017]
Eine bedeutsame Innovation des Verfahrens ist die Kombination einer Metallschüttung aus mindestens zwei Metallen - erstens aus Eisen und zweitens aus Vanadium die mittels Verbrennungskraftmaschinen mit Auspuffanlage an der heißen Oberfläche oder an konzentrierter Sonneneinstrahlung auf hohe Temperaturen im einzigen A significant innovation of the process is the combination of a metal bed made of at least two metals - firstly made of iron and secondly made of vanadium
Druckrohrreaktormodul bzw. Doppelmanteldruckreaktor erhitzt werden können. Pressure tube reactor module or double jacket pressure reactor can be heated.
Im Inneren dieser Apparaturen befindet sich das Metalle-Redoxsystem und der Vanadium-Katalysator, die in der Lage sind, Wasserdampf reversibel zu spalten und sich selbstregenerieren lassen. Hierfür werden in erster Linie poröse, fein verteilte Metalle in Partikelform (x < 50pm), die als Wärmestrahlungsabsorber fungieren, mit dem Vanadium-Katalysator vermischt und zur Autooxidation gebracht. Dieses Verfahren hat gegenüber vergleichbaren Prozessen Vorteile, da hier der komplette Produktions-Kreislaufprozess in einem einzigen Druckrohrreaktorraum durchgeführt werden kann. Somit müssen keine Feststoffe im Kreis geführt werden; und durch die Bindung des Sauerstoffs an die Metalle reduziert sich die Produktseparierung auf zwei Gastrennungen. Zudem ermöglicht dieses Synthesesystem, den Inside these devices are the metal redox system and the vanadium catalyst, which are able to reversibly split water vapor and can be self-regenerated. For this purpose, primarily porous, finely divided metals in particle form (x <50pm), which act as heat radiation absorbers, are mixed with the vanadium catalyst and brought to auto-oxidation. This process has advantages over comparable processes, since here the complete production cycle process can be carried out in a single pressure tube reactor room. This means that no solids have to be circulated; and by binding the oxygen to the metals, product separation is reduced to two gas separations. This synthesis system also enables the
Wasserspaltungsprozess bei deutlich niedrigeren, materialtechnisch beherrschbaren Temperaturen ablaufen zu lassen. Im Besonderen wird das als Katalysator eingesetzte Eisen-Vanadium-System zurückgewonnen, so dass lediglich Wasserdampf und Let the water splitting process take place at significantly lower, technically controllable temperatures. In particular, the iron-vanadium system used as a catalyst is recovered, so that only water vapor and
Schwefel verbraucht wird. All diese technischen Vorteile eröffnen auch ökonomische und ökologische Vorzüge gegenüber anderen Produktions-Verfahren zur Sulfur is consumed. All of these technical advantages also open up economic and ecological advantages over other production processes
Wasserstoffgewinnung. Von zusätzlichem Nutzen ist, dass die notwendige Wärme für die Reaktionen auch aus der Partikelschüttung zugeführt werden kann. Hydrogen production. An additional benefit is that the heat required for the reactions can also be supplied from the particle bed.
. [0018] . [0018]
Die mit Metallen gleich verteilte Eisen- und Vanadium-Pulverschüttung bildet das Gemisch in einem Modul-Druckrohrreaktor, das in einem zylindrischen Korb fixiert ist. Durch Ankopplung an eine das Licht konzentrierende Solaranlage (vorzugsweise ein Solarrinnenkollektor in senkrechter Bauform) wird die Metallpulverschüttung im The iron and vanadium powder fill, which is evenly distributed with metals, forms the mixture in a modular pressure tube reactor, which is fixed in a cylindrical basket. By coupling to a light concentrating solar system (preferably a solar gutter collector in a vertical design), the metal powder filling in the
Porylysed ruckroh rreaktor durch die konzentrierte Sonnenaufstrahlung auf die geforderte Temperatur gebracht. Die Reaktionen finden auf der Oberfläche der Porylysed ruckroh rreaktor brought to the required temperature by the concentrated sunlight. The reactions take place on the surface of the
Metallpulverschüttung im Inneren des Druckrohrreaktors statt. Der Druckrohrreaktor ist vorzugsweise in eine kleine Pilotanlage zur Überprüfung und Optimierung des Metal powder filling takes place inside the pressure tube reactor. The pressure tube reactor is preferably in a small pilot plant for checking and optimizing the
Betriebsverhaltens während der Wasserspaltung und Regeneration sowie während des Röstens und Spülens integriert. Diese Versuchsanlage umfasst in erster Linie Operating behavior integrated during water splitting and regeneration as well as during roasting and rinsing. This pilot plant primarily comprises
Armaturen und Massenstromregler zur Zufuhr der benötigten Gase, ein Fittings and mass flow controllers for supplying the required gases
Wasserdampfdosiersystem, die Datenerfassungs- und Steuerungs-Systeme und Messsysteme für Druck und Temperatur sowie für die Produktgasnachbehandlung. Die Analyse der Konzentrationen an produziertem Wasserstoffgas bzw. an freigesetztem Schwefeldioxidgas und Schwefeltrioxidgas erfolgt durch ein Massenspektrometer. . [0019] Water vapor dosing system, the data acquisition and control systems and measuring systems for pressure and temperature as well as for the product gas aftertreatment. The analysis of the concentrations of hydrogen gas produced or of released sulfur dioxide gas and sulfur trioxide gas is carried out by a mass spectrometer. . [0019]
Für eine optimale Nutzung des Druckrohrreaktors ist es notwendig, dass ein For optimal use of the pressure tube reactor, it is necessary that a
fließkontinuierlicher Betrieb zur Erzeugung des Produktes Wasserstoff stattfinden kann. Die drei Reaktionen mit unterschiedlichen physikalischen Bedingungen sind continuous flow operation to produce the product hydrogen can take place. The three reactions are with different physical conditions
nacheinander durchzuführen: Es muss zeitlich ein periodischer Wechsel der to be carried out one after the other: There must be a periodic change of the time
Reaktionsbedingungen bzw. der Gase sowie der benötigten Wärmeenergiemengen (Temperaturen) erfolgen. Reaction conditions or the gases and the required amounts of thermal energy (temperatures).
. [0020] . [0020]
In dem verfahrenstechnischen Prozess gemäß der Erfindung werden alle reversiblen Schritte der chemischen Reaktionen nacheinander folgend in dem gleichem In the process engineering process according to the invention, all reversible steps of the chemical reactions are successively in the same in the same
Reaktionsraum durchgeführt. Somit kann die Trennung oder Isolierung von Reaction space carried out. Thus, the separation or isolation from
Zwischenprodukten hintereinander erfolgen. Die Prozessparameter können Intermediate products take place in succession. The process parameters can
entsprechend der Fahrweise eingestellt werden. can be set according to the driving style.
[0021] [0021]
Die Prozessparameter sind durch Anpassung der Energieheizleistung, der immer wieder kehrenden, zyklischen Temperatur und durch mehrere Gaswechsel in einem Reaktionsraum durchzuführen. The process parameters can be carried out by adapting the energy heating output, the recurring, cyclical temperature and by several gas changes in one reaction chamber.
. [0022] . [0022]
Es ist notwendig, dass das Wasserdampfgas bei einer Temperatur im Bereich von 500°C bis 900°C gespalten und das Metalloxid bei einer Temperatur von 450°C bis 650°C mit Schwefelgas (S2-) oder Phosphorgas regeneriert wird. Anschließend wird der Metallpyrit bei einer Temperatur von 900°C bis 1350°C geröstet, wobei elementares Metall entsteht. Bei bislang üblicher thermischer Wasserspaltung müssen It is necessary that the steam gas is split at a temperature in the range of 500 ° C to 900 ° C and the metal oxide is regenerated at a temperature of 450 ° C to 650 ° C with sulfur gas (S2-) or phosphorus gas. The metal pyrite is then roasted at a temperature of 900 ° C to 1350 ° C, producing elemental metal. With conventional thermal water splitting so far
Temperaturen von einigen tausend Grad verwendet werden. Der nun geringere Temperatures of a few thousand degrees can be used. The lesser now
Temperaturbereich ist materialtechnisch leichter handhabbar ist. [0023] Temperature range is technically easier to handle. [0023]
In erster Linie wird die erforderliche Temperatur in den Reaktionsräumen der Module durch periodisches Ändern der Heizleistung zu dem Zweck modifiziert, einen First and foremost, the required temperature in the reaction spaces of the modules is modified by periodically changing the heating output for the purpose of one
fließkontinuierlichen Produktstrom zu bewirken. Auch bewirkt die differenzierte thermische Positionierung der Reaktoren und/ oder Hohlspiegel erstens gleichlaufende Reaktionen der Wasserspaltung bei einer vorgegebenen Temperatur und zweitens die Regeneration bei einer niedrigeren Temperatur. Der Röstvorgang wird bei gegenüber der Wasserspaltung höheren Temperaturen gehandhabt. Somit ermöglicht die Abfolge dieser verschiedenen Chargenverfahren eine fließkontinuierliche Herstellung von Wasserstoff. to cause continuous flow of product. The differentiated thermal positioning of the reactors and / or concave mirrors firstly causes synchronous reactions of water splitting at a given temperature and secondly causes regeneration at a lower temperature. The roasting process is carried out at higher temperatures than water splitting. The sequence of these different batch processes thus enables the continuous production of hydrogen.
. [0024] . [0024]
Vornehmlich wird das Verfahren entsprechend der unterschiedlichen The procedure is mainly according to the different
Energiebedarfsmengen der beteiligten, aufeinander folgenden Reaktionen sequenziert. Der periodische Wechsel der Temperaturen der Metalle wird durch modifizieren der Energieheizleistung erreicht. Es finden nacheinander zuerst die Spaltung, dann die Regeneration und anschließend die Röstung und Spülung statt. Energy demand quantities of the successive reactions involved are sequenced. The periodic change in the temperatures of the metals is achieved by modifying the energy heating power. First the split takes place, then the regeneration and then the roasting and rinsing.
. [0025] . [0025]
Normalerweise kann die in diesem Prozess (siehe Punkt 0024) erforderliche Usually, the one required in this process (see point 0024)
Temperatur durch Verbrennung fossiler Energieträger und/ oder Nutzung der Abwärme- Energie aus dem Abgasstrom von Fahrzeugen erzeugt werden, weil gängige Verfahren diese Energiequellen nutzen. Temperature are generated by burning fossil fuels and / or using the waste heat energy from the exhaust gas flow from vehicles, because common methods use these energy sources.
[0026] [0026]
Auch die Erzeugung der erforderlichen Temperatur mittels Lichtenergie ist von Vorteil und wesentlich, weil konventionelle Energieerzeugungssysteme durch Verbrennung von fossiler Energie nicht ressourcenschonend sind und Lichtenergie wie Sonnenlicht überall, im Weltall sogar immer, zur Verfügung steht. The generation of the required temperature by means of light energy is also advantageous and essential because conventional energy generation systems by burning fossil energy is not resource-saving and light energy such as sunlight is available everywhere, even in space.
. [0027] . [0027]
In erster Linie kann mit Hilfe optischer Einrichtungen oder Anordnungen Sonnenlicht auf die Reaktionsmodule einstrahlen, um die erforderliche Temperatur zu erreichen. Gebaut werden können diese optischen Vorrichtungen als Paraboloid-Konzentratoren, Primarily, sunlight can shine on the reaction modules with the aid of optical devices or arrangements in order to reach the required temperature. These optical devices can be built as paraboloid concentrators,
Solarturmsysteme, Parabolidrinnenkollektoren, elliptische oder sphärische Spiegel, Sonnenöfen, oder linienfokussierende Konzentratoren. Mittels solar-thermochemischer Wasserspaltung kann Wasserstoff mit Hilfe dieser optischen Bauten als nachhaltiger, sekundärer Energieträger ohne klimaschädliche Emission von Kohlendioxid in großtechnischem Maße erzeugt werden. Solar tower systems, parabolic trough collectors, elliptical or spherical mirrors, solar ovens, or line-focusing concentrators. By means of solar-thermochemical water splitting, these optical structures can be used to generate hydrogen on a large industrial scale as a sustainable, secondary energy source without carbon dioxide emissions that are harmful to the climate.
[0028] [0028]
Dabei werden die Reaktionsmodule hauptsächlich auf einer Revolvereinrichtung verdreht, um sie zur Strahlungsquelle auszurichten und damit um die Heizleistung zu verändern. Hiermit kann eine Änderung der Temperatur bei gleicher The reaction modules are mainly rotated on a turret device in order to align them with the radiation source and thus to change the heating power. This can be used to change the temperature at the same
Strahlungsheizleistung unkompliziert erreicht werden. Radiant heating output can be achieved easily.
. [0029] . [0029]
Alternativ dazu kann das Reaktionsrinnenparaboloid durch Drehung so positioniert werden, dass das Licht der Strahlungsquelle auf ein gewünschtes Modul umgelenkt wird. Hiermit kann ebenfalls eine Veränderung der Temperatur bei gleicher Alternatively, the reaction paraboloid can be positioned by rotation so that the light from the radiation source is redirected to a desired module. This can also be used to change the temperature at the same
Strahlungsheizleistung unkompliziert stattfinden. Radiant heating output take place easily.
[0030] [0030]
Eine dritte Möglichkeit zu den in den Punkten 0028 und 0029 angeführten Verfahren besteht darin, die Fokusposition von mehreren, zu Feldern angeordneten Spiegeln bzw. Hohlspiegeln zu verändern. Auch auf diese Weise kann eine Temperatur-Änderung erreicht werden. A third possibility for the methods listed in points 0028 and 0029 consists in the focus position of several mirrors arranged in fields or To change concave mirrors. A change in temperature can also be achieved in this way.
• [0031] • [0031]
Zum Zwecke der solarthermischen Heizleistung eignen sich hauptsächlich optische Bauteile zur Reduktion und/ oder Erhöhung der Einstrahlung der solaren Energie. For the purpose of solar thermal heating power, mainly optical components are suitable for reducing and / or increasing the radiation of the solar energy.
Hierzu verwendet man räumlich verschiebbare oder hinsichtlich ihrer For this one uses spatially displaceable or in terms of their
Lichtdurchlässigkeit variable optische Halbspiegel, Blenden, Umlenkspiegel oder optische Filter. Light transmission variable optical half mirrors, diaphragms, deflecting mirrors or optical filters.
[0032] [0032]
Es ist üblich, dass die absorbierte Wärme der Apparatur zur Erwärmung von Fluiden durch die Rückführung von Edukten genutzt wird. Im Idealfall durchlaufen Rohre das Innere des Druckrohrreaktionsraumes. Die Wärmemenge, die dabei aufgenommen wird, wird zur Verdampfung von Flüssigkeiten oder Gasen genutzt. Vorteilhaft ist es, wenn diese Fluide mit anderen Reaktionspartnern, Hilfsstoffen oder It is common for the absorbed heat from the apparatus to be used to heat fluids by recycling starting materials. Ideally, pipes pass through the interior of the pressure pipe reaction space. The amount of heat that is absorbed is used to evaporate liquids or gases. It is advantageous if these fluids with other reactants, auxiliaries or
Wärmeträgermedien erwärmt werden. Mit der Vorwärmung benötigen die Fluide nicht mehr so viel Strahlungsheizleistung im Reaktorraum. Heat transfer media are heated. With preheating, the fluids no longer require as much radiant heating power in the reactor room.
. [0033] . [0033]
Zur fließkontinuierlichen Herstellung von Wasserstoffgas aus Wasserdampf an einer Oberfläche eines Metalls und mit anschließender Regeneration der Oberfläche ist es von Vorteil, wenn eine periodisch versetzte kontinuierliche Produktion in mindestens zwei Reaktionsräumen durchführt wird. So kann vorteilhafterweise im Verfahren gemäß dieser Erfindung in einem Reaktor die Wasserstoffsynthese durch Wasserspaltung und in einem weiteren Reaktor die Regeneration des Metalloxids durch Schwefel- und/ oder Phosphorgas-Reduktion stattfinden. Diese beiden Schritte vollziehen sich gleichzeitig zu dem Zweck, in einem weiteren Druckrohrreaktormodul die Röstung vorzubereiten.For the continuous flow production of hydrogen gas from water vapor on a surface of a metal and subsequent regeneration of the surface, it is advantageous if a periodically offset continuous production is carried out in at least two reaction spaces. Thus, in the process according to the invention, the hydrogen synthesis by water splitting can advantageously take place in one reactor and the regeneration of the metal oxide by sulfur and / or phosphorus gas reduction in a further reactor. These two steps are carried out simultaneously for the purpose of preparing the roasting in a further pressure tube reactor module.
Die fachgerechte Handhabung aller dieser Schritte wird in drei senkrecht ausgerichteten Druckrohrreaktormodulen durchgeführt werden, die an einer Revolvereinrichtung mit Drehmotor hängen. The professional handling of all these steps is aligned in three vertically Pressure tube reactor modules are carried out, which hang on a turret device with a rotary motor.
. [0034] . [0034]
Das Verfahren wird in mehreren aufeinanderfolgenden Produktionszyklen durchgeführt, um eine fließkontinuierliche Reproduzierbarkeit zu erreichen. Schätzungsweise dauert ein Produktionszyklus 0,5 bis 1,5 Stunden. Bei einem dis-kontinuierlichen Fließprozess hat dies vor allem wirtschaftliche Vorteile. Bei eben diesem Verfahren können die Produktionszyklen auch wesentlich kürzer oder länger sein. Bei beiden The process is carried out in several successive production cycles in order to achieve continuous flow reproducibility. It is estimated that a production cycle takes 0.5 to 1.5 hours. With a dis-continuous flow process, this has above all economic advantages. With this method, the production cycles can also be significantly shorter or longer. By both
Produktionsweisen sind die Temperatur und die Konzentration des Wasserstoffs veränderbar - bis zur völligen Erschöpfung der Metallschüttungkapazität. Production methods, the temperature and the concentration of hydrogen can be changed - until the metal filling capacity is completely exhausted.
. [0035] . [0035]
Das erfindungsgemäße Ziel wird wie folgt erreicht: Mit Hilfe eines Reaktors zur thermischen Herstellung von Wasserstoff aus Wasserdampf an einer Oberfläche in einer Gas-festphasigen Reaktion mit mindestens zwei angeschlossenen Rohren, das einen Gasstrom von Edukt-Gasen in einen Reaktionsraum hinein und von The aim of the invention is achieved as follows: With the aid of a reactor for the thermal production of hydrogen from water vapor on a surface in a gas-solid phase reaction with at least two connected pipes, the gas stream of educt gases into and out of a reaction space
Produktgasen aus diesem Reaktionsraum heraus. Notwendig ist auch eine Product gases out of this reaction space. One is also necessary
Wärmequelle, wobei in einem Reaktionsraum mindestens zwei Metalle als Reaktanten vorgesehen sind. Heat source, at least two metals being provided as reactants in a reaction space.
. [0036] . [0036]
Die erforderliche Temperatur in den Reaktionsräumen der Druckrohrreaktoren wird durch einen periodischen Wechsel der Wärmeheizleistung verändert, womit ein fließkontinuierlicher Produktionsstrom realisiert wird. Die modifizierte thermische Ansteuerung des Sonnenlichtes auf die Druckrohrreaktoren ermöglicht die gleichzeitige Reaktionsabfolge der Wasserspaltung bei bestimmter Temperatur und der The required temperature in the reaction rooms of the pressure tube reactors is changed by a periodic change in the heat output, which results in a continuous flow of production. The modified thermal control of sunlight on the pressure tube reactors enables the simultaneous reaction sequence of water splitting at a certain temperature and
Regeneration bei einer bestimmten niedrigen Temperatur. Die Aneinanderreihung dieser verschiedenen Prozesse gewährleistet eine kaskadenähnliche Regeneration at a certain low temperature. The sequence of these different processes ensures a cascade-like one
fließkontinuierliche Wasserstoffgasproduktion. Der erste Druckrohrreaktor verfügt über ein angeschlossenes Kühlrohrsystem, das einen Flüssigkeitsstrom (Permeat) in den Reaktionsraum des ersten Druckrohrreaktors hinein und einen Strom von Wasserdampf aus dem Kühlsystem, in einem zweiten Druckrohrreaktor speist, ermöglicht. continuous hydrogen gas production. The first pressure tube reactor has a connected cooling pipe system, which enables a liquid flow (permeate) into the reaction space of the first pressure pipe reactor and a flow of water vapor from the cooling system, which feeds into a second pressure pipe reactor.
• [0037] • [0037]
Es gibt noch eine weitere Variante, um das erfindungsgemäße Ziel zu erreichen: die Verwendung eines Doppelmantelreaktors zur thermischen Herstellung von Wasserstoff aus Wasserdampf an einer Oberfläche in einer Festphasen-Gas-Reaktion. An diesen Reaktor angeschlossen ist mindestens ein Kühlrohrsystem und zwei Gasrohre, das einen Gasstrom von Edukt Gasen in einen Reaktionsbehälter hinein und von There is yet another variant to achieve the object of the invention: the use of a double-jacket reactor for the thermal production of hydrogen from water vapor on a surface in a solid-phase gas reaction. Connected to this reactor is at least one cooling pipe system and two gas pipes which carry a gas stream of educt gases into and out of a reaction vessel
Produktgasen aus diesem Behälter heraus ermöglicht. Notwendig ist eine Wärmequelle (z.B.: Motorauspuff oder Turbinenabgasdüse), wobei in einem Reaktionsraum die Metallpulver Eisen und Vanadium (je <50pm) als Reaktanten vorgesehen sind. Allows product gases out of this container. A heat source (e.g. engine exhaust or turbine exhaust nozzle) is required, whereby the metal powders iron and vanadium (each <50pm) are provided as reactants in a reaction chamber.
[0038] [0038]
Vorzugsweise sind im Doppelmantelreaktor die Metallpulver von einem The metal powders are preferably of one in the double-jacket reactor
hitzebeständigen und zunderbeständigen Doppel mantel-Werkstoff aus NiMo16Cr15V um den Abgaskanal umschlossen. Dieser Doppelmantel hat den Vorteil, dass die Metalle nicht zerstört werden, also immer zur Verfügung stehen und so optimal im Mantelreaktor der Wärmequelle ausgesetzt sind. heat-resistant and scale-resistant double jacket material made of NiMo16Cr15V enclosed around the exhaust duct. This double jacket has the advantage that the metals are not destroyed, so they are always available and are optimally exposed to the heat source in the jacket reactor.
. [0039] . [0039]
Nötig ist zusätzlich eine Speisewasserkühlung, damit die Betriebsbedingungen (also die Heizleistung) variiert werden können. Außerdem wird die Schwefelregeneration mit mindestens einem angeschlossenen Rohr ermöglicht, dem einen Gasstrom von Edukt Gas in einen Reaktionsbehälter hinein und von Produktgasen aus diesem Behälter heraus ermöglicht. [0040] Feed water cooling is also required so that the operating conditions (i.e. the heating output) can be varied. In addition, the sulfur regeneration is made possible with at least one connected pipe, which allows a gas flow of starting gas into a reaction vessel and product gases out of this vessel. [0040]
Favoriten für die Metallpulverschüttungen in den Druckrohrreaktorräumen sind vor allem folgende Metalle: Eisen, Mangan und Nickel. Einer oder mehrere dieser Stoffe wird bzw. werden mit Vanadium versetzt. Neben den genannten Favoriten können auch folgende Metalle zum Einsatz kommen: Ti, Li, Cr, Er, Hf, Ho, Lu, Mo, Nb, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Sc, Si, Ta, Tc, Tb, Th, Tm, Ti, W, Y, Zr, Co. Diese Metalle können ebenfalls als einzelne Stoffe oder als Mischungen zum Einsatz kommen, da diese - sowohl in Reinform als auch als Mischung - besonders effizient bei der Wasserstoffspaltung einsetzbar sind, wobei die Schmelzpunkttemperatur über 1400°C liegen muss. Je höher die Wertigkeit des Metallions ist, desto mehr Wasserstoff pro Atom, lässt sich erzeugen. The following metals are particularly popular for the metal powder fillings in the pressure tube reactor rooms: iron, manganese and nickel. Vanadium is or are added to one or more of these substances. In addition to the favorites mentioned, the following metals can also be used: Ti, Li, Cr, Er, Hf, Ho, Lu, Mo, Nb, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Sc, Si, Ta, Tc, Tb, Th, Tm, Ti, W, Y, Zr, Co. These metals can also be used as individual substances or as mixtures, since these - both in pure form and as a mixture - can be used particularly efficiently in hydrogen splitting, the melting point temperature must be above 1400 ° C. The higher the valence of the metal ion, the more hydrogen per atom can be generated.
• [0041] • [0041]
Der Reaktionsraum ist zylinderförmig (Rohr) und von außen mit hitzebeständigem schwarzen Lack geschwärzt. Umkleidet ist das Rohr mit einem transparenten The reaction chamber is cylindrical (tube) and blackened from the outside with heat-resistant black lacquer. The tube is covered with a transparent
Wärmestrahlungsschutz, einem Borosilicatglasrohr (evakuiert). Thermal radiation protection, a borosilicate glass tube (evacuated).
. [0042] . [0042]
Im Idealfall befinden sich zwischen dem Reaktionsraum und der Energiequelle Bauteile, die den Energiefluss abschwächen und/ oder verstärken, damit eine bessere Kontrolle der Reaktionen ermöglicht wird. Ideally, there are components between the reaction space and the energy source that weaken and / or intensify the energy flow so that better control of the reactions is made possible.
[0043] [0043]
Vornehmlich enthalten die Wärmeaustauscherrohre ein Fluid (Permeat), da hierdurch der Wärmeaustausch individuell abgestimmt werden kann. Der Wasserdampf wird in einem Reaktor erzeugt und in einen weiteren Reaktor geleitet, der zur Rückführung des Wasserdampfes in den ersten Reaktor dient. [0044] The heat exchanger tubes primarily contain a fluid (permeate), since this enables the heat exchange to be individually tailored. The water vapor is generated in one reactor and passed into another reactor, which is used to return the water vapor to the first reactor. [0044]
Der Reaktor ist mit zwei Vier-Wege-Ventilen (links und rechts des Moduls) versehen, um die Zufuhr der gasförmigen Edukte und die Ableitung der Produkte zu ermöglichen. The reactor is equipped with two four-way valves (left and right of the module) to enable the gaseous starting materials to be fed in and the products to be discharged.
. [0045] . [0045]
Vorzugsweise sind diese beiden Mehr-Wege-Ventile so geschaltet, dass die These two multi-way valves are preferably switched so that the
gasförmigen Produkte getrennt abgeführt werden können. gaseous products can be discharged separately.
[0046] [0046]
Der Reaktorrevolver ist idealerweise modular aufgebaut - aus mindestens zwei, besser noch drei Reaktionsdruckrohrreaktoren, da hierdurch das oben beschriebene fließkontinuierliche Verfahren besonders leicht handhabbar ist. The reactor turret is ideally of modular construction - from at least two, better still three reaction pressure tube reactors, since this makes the continuous flow process described above particularly easy to handle.
. [0047] . [0047]
Hierbei werden im Besonderem die beiden Reaktionsmodule abwechselnd mit In particular, the two reaction modules are used alternately
Wasserdampf, Schwefelgas und / oder Phosphorgas bzw. Stickstoff versorgt. Danach werden die Module evakuiert. Die Schaltung erfolgt so, dass eine zeitlich konstante Wasserstoffherstellung gelingt. Steam, sulfur gas and / or phosphorus gas or nitrogen supplied. The modules are then evacuated. The switching takes place in such a way that hydrogen production is constant over time.
[0048] [0048]
Hauptsächlich wird als Energielieferant ein konzentrierendes solarthermisches System eingesetzt - dazu gehören folgende Varianten: ein Paraboloid-Konzentrator, ein Solarturmsystem, ein Sonnenofen, ein elliptischer oder sphärischer Spiegel und ein linienfokussierender Konzentrator. Alternativ dazu kommt als Energiequelle, wie oben ausgeführt, beispielsweise ein Motorauspuff oder ein Turbinenabgasraum in Frage. [0049] A concentrating solar thermal system is mainly used as the energy supplier - this includes the following variants: a paraboloid concentrator, a solar tower system, a sun oven, an elliptical or spherical mirror and a line-focusing concentrator. As an alternative to this, an engine exhaust or a turbine exhaust gas space can be used as an energy source, as explained above. [0049]
Idealerweise wird die erforderliche Strahlungslichtleistung durch eine Gruppe von Heliostaten erreicht. Die zur Regeneration erforderliche Strahlungsleistung wird durch eine weitere Gruppe von Heliostaten ermöglicht. Ideally, the required radiant light output is achieved using a group of heliostats. The radiation power required for regeneration is made possible by another group of heliostats.
. [0050] . [0050]
Im Folgenden wird mit Hilfe einer schematischen Darstellung ein funktionsfähiges Modell eines fließkontinuierlichen Druckrohrreaktors präsentiert und näher beschrieben. Außerdem wird mit Hilfe einer weiteren schematischen Darstellung eine In the following, a functional model of a flow-continuous pressure tube reactor is presented and described in more detail with the aid of a schematic representation. In addition, with the help of another schematic representation
solarthermische Pilotanlage vorgestellt, die auch in anderen Model Iversionen vorstellbar ist. An dieser Stelle sei betont, dass die Patentschutzansprüche nicht allein auf die beiden vorgestellten Schemata beschränkt sind, sondern auch gute weitere prinzipiell ähnliche Modellversionen umfassen. Dieser Sachverhalt lässt mich meine Erfindung als selbstständig, zusammenhängende Erfindungseinheit meiner Ideen verwirklichen. Solar thermal pilot system presented, which is also conceivable in other model versions. At this point it should be emphasized that the patent protection claims are not limited to the two schemes presented, but also include other good, basically similar model versions. This fact enables me to realize my invention as an independent, coherent unit of invention of my ideas.
[0051] [0051]
Das erfindungsgemäße Verfahren der solar-thermochemischen Wasserspaltung auf Metalle-Basis mit Schwefelgas-Regeneration zur fließkontinuierlichen The inventive method of solar-thermochemical water splitting based on metals with sulfur gas regeneration for continuous flow
Wasserstoffgaserzeugung kann mittels des vorgestellten Druckgasreaktors Hydrogen gas generation can be done using the pressurized gas reactor presented
fastkontinuierlich - also: annähernd kontinuierlich - durchgeführt werden. Wobei der Druck im Innern des Druckrohrreaktors, noch für mehr Wasserstoff-Ausbeute sorgen wird. Steigt der Druck in der Apparatur so verlagert sich das chemische Gleichgewicht zugunsten des Produkts (H2) auf der rechten Seite der Reaktionsgleichung. almost continuously - almost continuously. The pressure inside the pressure tube reactor will ensure even more hydrogen yield. If the pressure in the apparatus increases, the chemical equilibrium shifts in favor of the product (H2) on the right side of the reaction equation.
(siehe RG. [16.1]). Das gleiche Prozedere gelingt auch bei der Regeneration mit Schwefelgas und/ oder Phosphorgas Produkten, somit wird mit Druck die  (see RG. [16.1]). The same procedure also works for the regeneration with sulfur gas and / or phosphorus gas products, so the pressure
Geschwindichkeit der Reaktionen beschleunigt, was eine schnellere Regeneration zu Folge hat. • [0052] Reaction speeds up, which results in faster regeneration. • [0052]
Es wird präsentiert und dokumentiert: It is presented and documented:
• [0053] erstens eine perspektivische schematische Darstellung (vertikalhorizontaler Schnitt) des fließkontinuierlichen Druckrohrreaktor-Modulsystems nach der Hauptsache der Erfindung • First, a perspective schematic representation (vertical horizontal section) of the flow-continuous pressure tube reactor module system according to the main subject of the invention
Zu [0053] To [0053]
Zeichnung Nr.: 01 zeigt das Druckrohrreaktor-Modulsystem, wobei von der linken Seite der Wasserdampf in die Apparatur mit Vier-Wege-Ventil eingespeist wird. Die sonnenlichtkonzentrierte Strahlungsenergie wird von außen auf das Drawing No .: 01 shows the pressure tube reactor module system, whereby the water vapor is fed into the apparatus with a four-way valve from the left side. The sunlight-focused radiation energy is transferred from the outside to the
Druckrohrreaktormodul aufgestrahlt. Die Energieheizleistung des einfallenden Lichts kann durch eine Blende eingestellt werden. Der Druckrohrreaktor basiert auf der schon beschriebenen Verbindung des Metalle-Gase-Systems mit einer Metalle- Pulverschüttung im Innern, die aus einer feinverteilten, losen Partikelpulverstruktur besteht (10). Die Metallpulverschüttung befindet sich in einer modularen Zelle; sie ist mit den Metallen befüllt und in einem zylindrischen Rohrgehäuse eingebaut (10). Pressure tube reactor module blasted. The energy heating power of the incident light can be adjusted by means of an aperture. The pressure tube reactor is based on the already described connection of the metal-gas system with a metal powder filling inside, which consists of a finely divided, loose particle powder structure (10). The metal powder filling is in a modular cell; it is filled with the metals and installed in a cylindrical tube housing (10).
Das Borosilicaglas (evakuiert) ermöglicht in einem direkt absorbierenden Vakuum die Erzeugung hoher Temperaturen bei geringen Rückstrahlungsverlusten (9). The borosilica glass (evacuated) enables high temperatures to be generated in a directly absorbing vacuum with low reflection losses (9).
Punkt (01 ): Überhitzter Wasserdampf Eingang (aus Rückführung) Point (01): superheated steam inlet (from return)
Punkt (02): Wasserdampfleitung aus hochlegierten Stahl Punkt (03): Vier-Wege-Ventil (hitzebeständig, druckbeständig) Point (02): steam pipe made of high-alloy steel Point (03): four-way valve (heat-resistant, pressure-resistant)
Punkt (04): Ansaugleitung für Vakuum und Schwefelgas Austritt Punkt (05): Faltenbalg linke Abschluss Kappe Point (04): Suction line for vacuum and sulfur gas outlet Point (05): Bellows left end cap
Punkt (06): linke Flanschverbindung zur Druckkammer bzw. Reaktionsraum Punkt (07): Stickstoffspülleitung Eingang Point (06): left flange connection to the pressure chamber or reaction chamber Point (07): nitrogen purge line entrance
Punkt (08): Rücklauf Kühlsystemleitung (Wasserdampf aus Speisewasser) Point (08): return cooling system line (water vapor from feed water)
Punkt (09): Borosilicaglas 3.3 (evakuiert) Point (09): Borosilica glass 3.3 (evacuated)
Punkt (10): Reaktordruckraumleitung aus zunderbeständigen Werkstoff Point (10): reactor pressure chamber line made of scale-resistant material
Gefüllt mit feinverteilten, losen Partikelpulverstruktur der Metalle Eisen und Vanadium Filled with finely divided, loose particle powder structure of the metals iron and vanadium
Punkt (1 1 ): Speisewasserkühlsystem mit Ringleitung im Zentrum der Kammer Punkt (12): Faltenbalg rechte Abschluss Kappe Point (1 1): Feed water cooling system with ring line in the center of the chamber Point (12): Bellows right end cap
Punkt (13): Vorlauf Kühlsystemleitung (Permeat aus Umkehr-Osmose-Anlage) Punkt (14): rechte Flanschverbindung zur Druckkammer bzw. Reaktionsraum Punkt (15): Stickstoffspülleitung Ausgang Punkt (16): Vier-Wege- Ventil (hitzebeständig, druckbeständig) Point (13): flow of cooling system line (permeate from reverse osmosis system) Point (14): right flange connection to the pressure chamber or reaction chamber Point (15): nitrogen purge line outlet Point (16): four-way valve (heat-resistant, pressure-resistant)
Punkt (17): Wasserstoffgasleitung Austritt zur Messung Point (17): Hydrogen gas line outlet for measurement
Punkt (18): Schwefelgasleitung Eintritt Point (18): sulfur gas line entry
Punkt (19): Sicherheitsventil Point (19): safety valve
Punkt (20): Nachgeschaltete Aufbereitungsanlagen Point (20): Downstream processing plants
-004- -004-
Legende der Zeichnung Nr.: 01/01 (nur Druckrohrreaktor ohne Leitungen) Legend of drawing no .: 01/01 (only pressure tube reactor without lines)
Maß x-Richtung = 1 : 20cm ; Maß y-Richtung = 1 : 1 cm ; Dimension x-direction = 1: 20cm; Dimension y-direction = 1: 1 cm;
Name des Zeichners: WANDZIK, Christoph, Gregor Datum: 07.07.2018 Name of the artist: WANDZIK, Christoph, Gregor Date: 07.07.2018
Titel: perspektivische schematische Darstellung (vertikalhorizontaler Schnitt) des fließkontinuierlichen Druckrohrreaktor-Modulsystems (WANDZIK'sches Rohr) Title: Perspective schematic representation (vertical horizontal section) of the flow-continuous pressure tube reactor module system (WANDZIK 's tube)
(siehe Zeichnung 1 / Seite1/1 ) [0054] (see drawing 1 / page 1/1) [0054]
Der Betrieb des Fließreaktors beruht auf der gleichzeitigen Nutzung beider Module. Während in einem der beiden Reaktionsräume Wasser gespalten wird, findet in dem anderen Reaktionsraum die Regenerierung mit Schwefelgas statt. Nach Beendigung der Reaktionen wird durch Wechsel der Gaszufuhr das regenerierte Modul zur Spaltung umgeschaltet. Voraussetzungen für diesen kontinuierlichen Betrieb und die The operation of the flow reactor is based on the simultaneous use of both modules. While water is split in one of the two reaction rooms, regeneration with sulfur gas takes place in the other reaction room. After the reactions have ended, the regenerated module is switched over to cleavage by changing the gas supply. Requirements for this continuous operation and the
Wasserstofferzeugung sind die getrennte Zuleitung von Stickstoffgas, das als Hydrogen production is the separate supply of nitrogen gas, which is called
Trägergas bzw. Spülgas eingesetzt wird, sowie die gleiche Zuleitung von Wasserdampf. Außerdem ist eine weitere Leitung einerseits für die Produkte der Spaltung und andererseits für das Schwefelgasfhaltige Regenerationsgas der Regeneration Carrier gas or purge gas is used, as well as the same supply of water vapor. In addition, another line is on the one hand for the products of the cleavage and on the other hand for the regeneration gas containing regeneration gas
notwendig. Dies wird durch zwei Vier-Wege-Ventile ermöglicht, die jeweils nach necessary. This is made possible by two four-way valves, each after
Beendigung eines Reaktionsschrittes umgeschaltet werden. Eines dieser Ventile muss hohen Temperaturen bis zu 600°C standhalten. Completion of a reaction step can be switched. One of these valves has to withstand high temperatures up to 600 ° C.
• [0055] • [0055]
Die beiden Schritte des Prozesses werden im selben Reaktor auf verschiedenen Temperaturniveaus mit unterschiedlichem Wärmebedarf durchgeführt. Die The two steps of the process are carried out in the same reactor at different temperature levels with different heat requirements. The
Regenerierung ist endotherm und verläuft bei 450°C. Die Wasserdampfspaltung ist leicht exotherm und findet bei 900°C statt. Deshalb benötigt ein Teil der Module Regeneration is endothermic and takes place at 450 ° C. The steam splitting is slightly exothermic and takes place at 900 ° C. This is why some of the modules are required
(Regeneration) eine niedrigere solare Flussdichte als der zweite Teil für die (Regeneration) a lower solar flux density than the second part for the
Wasserspaltung, die viel Energieflussdichte zur Kompensation von Wärmeverlusten beansprucht. Somit ist ein zyklischer Wechsel der Bestrahlungsstärke erforderlich, wenn der Zyklus von Regeneration zu Spaltung bzw. umgekehrt geschaltet wird. Dafür ist ein Wechsel der Spiegelfokussierung zwischen zwei gleichen Brennpunktlinien durch eine geeignete Adjustierung der konzentrierenden Spiegel der Solaranlage vorgesehen. Die periodische Veränderung der Bestrahlungsstärke wird durch zeitlich veränderliche optische Bauteile erreicht, z. B. durch optische Gitter als Abschwächer, Umlenkspiegel oder halbdurchlässige Spiegel. Ein solches Bauteil ist beweglich und befindet sich vor einer der beiden Apparaturen. Bei einem Wechsel des zugeführten Gases kann dessen Position entsprechend umgeschaltet werden. Ebenso möglich, aber technisch Water splitting, which requires a lot of energy flux density to compensate for heat losses. It is therefore necessary to change the irradiance cyclically if the cycle is switched from regeneration to fission or vice versa. For this purpose, the mirror focus is changed between two identical focal lines by a suitable adjustment of the concentrating mirrors of the solar system. The periodic change in the irradiance is achieved by time-varying optical components, e.g. B. by optical gratings as attenuators, deflecting mirrors or semi-transparent mirrors. Such a component is movable and is in front of one of the two devices. When the gas supplied is changed, its position can be switched accordingly. Also possible, but technically
aufwändiger ist eine zeitliche Veränderung der Receiverposition zwischen Orten unterschiedlicher Einstrahlungsintensität. [0056] It is more time-consuming to change the position of the receiver over time between locations with different levels of radiation. [0056]
Vorteile und Fazit zum WANDZIK'schen Rohr Advantages and conclusion on Wandzik 'rule pipe
1 1.0) Kohlenstoffdioxidfrei, chlorfreie, halogenfreie Chemie 1 1.0) Carbon dioxide free, chlorine free, halogen free chemistry
12.0) Hohe Ausbeute an Wasserstoff 12.0) High yield of hydrogen
13.0) Niedrige Kosten für Bau und Betrieb der Anlage 13.0) Low costs for the construction and operation of the plant
14.0) Platzsparende, senkrechte Bauweise möglich 14.0) Space-saving, vertical construction possible
15.0) Ressourcenschonend durch Regeneration der Reaktanden 15.0) Conserving resources through regeneration of the reactants
16.0) Mehrere Versionen der Erfindung auf allen technischen Gebieten 16.0) Several versions of the invention in all technical fields
17.0) Verwendung bzw. Einsatz unterschiedlicher Metalle möglich 17.0) Use of different metals possible
Ich empfehle diese Erfindung zu humanitären Nutzung und freue mich über eine Zusammenarbeit mit der Fachwelt und dem Deutschen Patentamt. Vielen Dank!!! I recommend this invention for humanitarian use and look forward to working with experts and the German Patent Office. Thank you very much!!!
Anhang (2 Seiten) -005- Appendix (2 pages) -005-
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG (Anhang [(2 Seiten)]) • QUOTES CONTAIN IN THE DESCRIPTION (Appendix [(2 Pages)])
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Zitierte Patentliteratur Patent literature cited
Chemietechnik Europa Lehrmittel Europa-Nr. : 70415 6. Auflage Seite : 415 DRR o DE 2438264 C2 [0004] Chemical engineering Europe Teaching aids Europe no. : 70415 6th edition page: 415 DRR or DE 2438264 C2 [0004]
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Patentzitate Patent quotes
Zitiertes Patent Eingetragen Veröffentlichungsdatum Antragsteller Titel  Patent cited Registered Date of publication Applicant Title
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Pa., Us  Pa., Us
Ga Technologies Ga Technologies
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Calif., USA  Calif., USA
Deutsches German
Thermische  Thermal
Zentrum für Luft- Center for air
14. Apr. WasserstoffherstellungApr 14th Hydrogen production
DE102005017216A1 19. Okt. 2006 und DE102005017216A1 Oct. 19, 2006 and
2005 in einer Gas- 2005 in a gas
Raumfahrttechnik Space technology
Festphasenreaktion e.V.  Solid phase reaction e.V.
EP1019316B1 5. Mai 1999 24. März 2004 Shec Labs - Verfahren zur EP1019316B1 May 5, 1999 March 24, 2004 Shec Labs - Method for
Solar Hydrogen Herstellung von Zitiertes Patent Eingetragen Veröffentlichungsdatum Antragsteller Titel Solar Hydrogen Manufacturing Patent cited Registered Date of publication Applicant Title
Energy Wasserstoff durchEnergy hydrogen through
Corporation thermische Corporation thermal
wasserzersetzung  water decomposition
Klassifizierungen Classifications
Internationale Klassifikation C01 B3/22. C01 B21/082. C01 B31/30 International classification C01 B3 / 22. C01 B21 / 082. C01 B31 / 30
Y02E60/364. C01 B3/042. C01B3/045. C01 B13/0207. Y02E60 / 364. C01 B3 / 042. C01B3 / 045. C01 B13 / 0207.
Unternehmensklassifikation  Company classification
CO 1 B21/0828. C01 B3/22  CO 1 B21 / 0828. C01 B3 / 22
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Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff durch thermische Wasserzersetzung EP 1019316 B1 Process for the production of hydrogen by thermal water decomposition EP 1019316 B1

Claims

Ansprüche [(31 ) 8 Seiten] -001 - Claims [(31) 8 pages] -001 -
1. Die Erfindung betrifft ein Verfahren mittels eines Reaktors für die fließkontinuierliche Durchführung mehrerer chemischer Reaktionen auf der 1. The invention relates to a method by means of a reactor for the continuous flow of several chemical reactions on the
Oberfläche zweier fester Reaktanden in einer Gas-Festphasenreaktion wobei, die Erfindung Insbesondere auf einem thermischen Verfahren unter Zuhilfenahme eines Druckrohrreaktors zur fließkontinuierlichen Herstellung von Wasserstoff aus Wasserdampf beruht, die auf den Oberflächen einer Metallpulverschüttung, die aus elementaren Eisen und Vanadium zusammengesetzt ist, die anschließend mit thermischer Schwefelgas- oder Phosphorgas- Regeneration, zur Wiederherstellung der elementaren Edukt-Metalle versehen ist.  Surface of two solid reactants in a gas-solid phase reaction whereby, the invention is based in particular on a thermal process with the aid of a pressure tube reactor for the continuous flow production of hydrogen from water vapor, which is based on the surfaces of a metal powder filling, which is composed of elemental iron and vanadium thermal sulfur gas or phosphorus gas regeneration, is provided to restore the basic educt metals.
Abk.: DRR : Druckrohrreaktor Abbr .: DRR: pressure tube reactor
2. Gegenstand der Erfindung ist ein thermisches Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff aus Wasserdampf. An einer vergrößerten, porösen Oberfläche einer Metallschüttung, die aus mindestens zwei Metallen besteht, wird eine Gas-/ Festphasenreaktion relativ rasch im Fließbetrieb eines 2. The invention relates to a thermal process for the production of hydrogen from water vapor. On an enlarged, porous surface of a metal bed, which consists of at least two metals, a gas / solid phase reaction occurs relatively quickly in flowing operation
Druckrohrreaktors realisiert, wobei sie dadurch gekennzeichnet ist,  Pressure tube reactor realized, which is characterized in that
2.1 ) In einem Reaktionsdruckrohrreaktor wird im ersten Schritt 2.1) In a reaction pressure tube reactor, the first step
Wasserdampfgas mit einer Energiequelle erzeugt. Im Innern des Reaktors, der mit mindestens zwei Metallen gefüllt ist (Eisen und Vanadium), vollziehen sich nun zwei Prozesse:  Steam gas generated with an energy source. Two processes are now taking place inside the reactor, which is filled with at least two metals (iron and vanadium):
2.2) Bei der Pyrolysereaktion erfolgt die Anlagerung von 2.2) In the pyrolysis reaction, the addition of
Sauerstoff an den thermisch hochangeregten  Oxygen on the thermally highly excited
Metalloberflächen. Dabei wird die chemische Verbindung (H20g) aufgespalten. Wasserstoffgas (H2) wird freigesetzt sowie Sauerstoffgas (O2) an den Metalle-Oberflächen gebunden. In einem zweiten Schritt wird - bei einer gegenüber dem ersten Verfahrensschritt niedrigeren Temperatur - das Metalloxid mit Schwefelgas (S2-) oder Phosphorgas (P) regeneriert. Metal surfaces. The chemical compound (H20g) is broken down. Hydrogen gas (H2) is released and oxygen gas (O2) is bound to the metal surfaces. In a second step, the metal oxide is regenerated with sulfur gas (S2-) or phosphorus gas (P) at a lower temperature than the first process step.
3.1) Durch eine Substitutionsumsetzungsreaktion wird der gebundene Sauerstoff durch Schwefeloxide oder Phosphoroxide ersetzt. Dabei entstehen aus der umgesetzten Metalleoxidschüttung die gebundenen Gase: das Schwefeldioxid und das Schwefeltrioxid. 3.1) Through a substitution conversion reaction, the bound oxygen is replaced by sulfur oxides or phosphorus oxides. The bound gases are created from the converted metal oxide fill: sulfur dioxide and sulfur trioxide.
3.2) Das freigesetzte Schwefeldioxid wird an der 3.2) The released sulfur dioxide is at the
angeregten Metalloberfläche eines Vanadium- Katalysators beschleunigt zur Reaktion gebracht, so dass der gebildete Metallpyrit für weitere Reaktionen zur Verfügung steht. In einem dritten Schritt wird der Festphasen-Gasreaktor zur Durchführung dieses Verfahrens wieder - wie in  excited metal surface of a vanadium catalyst accelerated to react, so that the metal pyrite formed is available for further reactions. In a third step, the solid phase gas reactor for carrying out this process is again - as in
Verfahrensschritt eins - auf eine erhöhte Temperatur gebracht, wobei die Pyrite geröstet werden und nur Process step one - brought to an elevated temperature, whereby the pyrites are roasted and only
Schwefeltrioxid verbleibt. (Schwefeldioxid in Spuren) Am Ende der zyklischen Kreisprozesse entstehen das Schwefeltrioxid und elementare Metalle Eisen und Sulfur trioxide remains. (Traces of sulfur dioxide) At the end of the cyclical cycle, sulfur trioxide and elementary metals iron and
Vanadium. Vanadium.
5.1 ) Die schwefeligen Gase werden mit Inertgas-Stickstoff ausgespeist und im Gaswäscher zur Schwefelsäure gelöst. 5.1) The sulfurous gases are fed out with inert gas nitrogen and dissolved in the gas scrubber to sulfuric acid.
5.2) Der Reaktor wird evakuiert und auf Temperatur 5.2) The reactor is evacuated and brought to temperature
gebracht. Erst nach dem dritten Verfahrensschritt ist die Regeneration der Festphase abgeschlossen. Nun stehen die elementaren Redox-Metalle zur weiteren Wasserstoff-Herstellung zur Verfügung. brought. The regeneration of the solid phase is only completed after the third process step. Now the elementary are Redox metals are available for further hydrogen production.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2., sind dadurch gekennzeichnet, dass man 3. The method according to claim 1 and 2, are characterized in that one
1) Wasserdampfgas in DRR. bei einer Temperatur im überkritischen Bereich von 500°C bis 900°C spaltet, 1) Steam gas in DRR. splits at a temperature in the supercritical range of 500 ° C to 900 ° C,
2) und das Metalloxid bei einer Temperatur von 450°C bis 650°C mit 2) and with the metal oxide at a temperature of 450 ° C to 650 ° C
molekularem Schwefelgas (S2-) oder Phosphorgas regeneriert und,  molecular sulfur gas (S2-) or phosphorus gas regenerates and,
3) anschließend bei 1000°C bis 1350°C abröstet und mit Stickstoff spült und evakuiert. 3) then roasted at 1000 ° C to 1350 ° C and flushed with nitrogen and evacuated.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und/ oder 2, wobei man entsprechend der 4. The method according to claim 1 and / or 2, wherein according to the
verschiedenen Wärmemengen für die mitwirkenden Reaktanden  different amounts of heat for the reactants involved
unterschiedliche durchzuführende Einzelreaktionen mittels eines periodischen Wechsels der Temperatur des Metallpulvers im Druckrohrreaktor durch Einstellung der Solarheizleistung zu gewährleisten hat.  has to ensure different individual reactions to be carried out by means of a periodic change in the temperature of the metal powder in the pressure tube reactor by adjusting the solar heating power.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei man durch Fokussierung von Solar-Energie mittels Solaranlagen und/ oder Nutzung von Abwärme- Energie aus Verbrennungskraftmotoren die erforderliche Temperatur auf der geschwärzten DRR-Oberfläche erzeugt. 5. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the required temperature is generated on the blackened DRR surface by focusing solar energy by means of solar systems and / or using waste heat energy from internal combustion engines.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei man durch Lichtenergie von Rinnenkollektoren über Verbrennungskraftmotoren mit Auspuffanlage und/ oder bis zur Strahlungswärme von Atomreaktoren die erforderliche Temperatur erzeugt. 6. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the required temperature is generated by light energy from channel collectors via internal combustion engines with an exhaust system and / or up to the radiant heat of nuclear reactors.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch 7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that
folgende Merkmale:  following features:
1) das Sonnenlicht mit Hilfe optischer Einrichtungen oder Anordnungen auf die geschwärzte Oberfläche des Druckrohrreaktors aufstrahlt, 2) bis die jeweils erforderliche Temperatur erreicht ist. Der Wärmedurchgang soll die nötige Wärmemenge nach innen des DRR transportieren. 1) the sunlight shines onto the blackened surface of the pressure tube reactor with the aid of optical devices or arrangements, 2) until the required temperature is reached. The heat transfer should transport the necessary amount of heat to the inside of the DRR.
8. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei man den Druckrohrreaktor 8. The method according to claim 5 or 6, wherein the pressure tube reactor
ausgerichtet zur Strahlungsquelle an einer Revolvereinrichtung dreht, um die Heizleistung zu verändern, dadurch wird vorteilhafterweise der  aligned with the radiation source on a turret device in order to change the heating power, thereby advantageously the
Kreislaufprozess optimaler ausgenutzt.  Circulation process optimally used.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei man die optischen 9. The method according to any one of claims 5 to 7, wherein the optical
Einrichtungen (Spiegel und/ oder Linsen bzw. Lichtblenden) zum  Devices (mirrors and / or lenses or light screens) for
Druckrohrreaktor hin oder weg verstellt, um die Strahlungs-Heizleistung zu variieren.  Pressure tube reactor adjusted to or away to vary the radiant heating power.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei man optische Linsen und/ oder Spiegel verwendet, die die Einstrahlung maximieren oder durch Blenden minimieren und dadurch die solarthermische Heizleistung verändern. 10. The method according to any one of claims 1 to 8, wherein optical lenses and / or mirrors are used which maximize the radiation or minimize it by means of diaphragms and thereby change the solar thermal heating power.
11. Verfahren nach Anspruch 9, wobei man die fokussierte Lichtenergie der 11. The method according to claim 9, wherein one of the focused light energy
optischen Bauteile oder durch drehen der Revolvereinrichtung, die benötigte Erwärmung von Rückführungs-Flüssigkeiten erreicht.  optical components or by rotating the turret, the required heating of return liquids is achieved.
12. Thermisches Verfahren erstens zur fließkontinuierlichen Herstellung von 12. Thermal process first for the continuous production of
Wasserstoffgas (H2g) aus Wasserdampfgas (H20g) an der Oberfläche einer homogenen Metallpulverschüttung und zweitens zur anschließenden  Hydrogen gas (H2g) from water vapor gas (H20g) on the surface of a homogeneous metal powder filling and secondly to the subsequent one
Regeneration der Oberflächen nach den vorherigen Ansprüchen 1 bis 10, wobei man die Herstellung von Wasserstoffgas (H2g) in mindestens zwei Druckrohrreaktor-Modulen durchführt. Regeneration of the surfaces according to the preceding claims 1 to 10, wherein the production of hydrogen gas (H2g) is carried out in at least two pressure tube reactor modules.
13. Verfahren nach Anspruch 1 1 , wobei man die erforderliche Temperatur in den Reaktionsräumen durch einen periodischen Wechsel der Strahlungslichtheizleistung anpasst und somit einen fließkontinuierlichen 13. The method according to claim 1 1, wherein one adjusts the required temperature in the reaction spaces by a periodic change in the radiant light heating power and thus a continuous flow
Produktmassestrom, aus dem DRR hinaus ermöglicht.  Product mass flow that enables DRR.
14. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Strahlungsenergie beheizten 14. The method of claim 1, wherein the radiant energy is heated
Druckrohrreaktoren als Innere Reaktionsräume ausgewiesen werden und modular gewerblich durch einen spezialisierten Fachmann produziert werden können.  Pressure tube reactors are identified as internal reaction spaces and can be produced in a modular, commercial manner by a specialist.
15. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, wobei die Temperatur zunächst auf einen Bereich von 500°C bis 900°C reguliert wird. Ist dadurch gekennzeichnet, dass 15. The method according to claim 1 and 2, wherein the temperature is first regulated to a range of 500 ° C to 900 ° C. Is characterized in that
7.0) sobald die Kapazität der Metalle erschöpft ist 7.0) as soon as the capacity of the metals is exhausted
8.0) die Temperatur in einem zweiten Schritt in einem weiteren Reaktionsraum auf einen Bereich von 450°C bis 650°C eingestellt wird. 8.0) the temperature is set in a second step in a further reaction space to a range from 450 ° C to 650 ° C.
9.0) Anschließend wird in einem dritten Reaktionsraum die 9.0) Subsequently, the
Temperatur auf 1350°C gebracht.  Temperature brought to 1350 ° C.
10.0) Des Weiteren wird in einem vierten Reaktionsraum die 10.0) Furthermore, the
Temperatur mit Stickstoff auf einen Bereich von 500°C bis 900°C gesengt.  Temperature sank with nitrogen to a range of 500 ° C to 900 ° C.
16. Verfahren nach Anspruch 1 1 und/ oder 14, wobei ein zyklischer Wechsel der Temperatur der Metalle durch vorsichtige auf- und Abstufung der Wärme- Heizleistung herbeigeführt wird - je nach den unterschiedlichen 16. The method according to claim 1 1 and / or 14, wherein a cyclical change in the temperature of the metals is brought about by careful gradation and gradation of the heating power - depending on the different
Energieanforderungen der beteiligten Reaktionen, mittels einer im Innern des DRR installierten, Gegenstromkühlung eingestellt wird. Energy requirements of the reactions involved are set by means of counterflow cooling installed inside the DRR.
17. Verfahren nach Anspruch 1 bis 15, wobei der Austausch von Gasströmen hin- ein und heraus mittels zwei Rohrleitungen mit zwei Vier-Wege-Ventilen geregelt wird. 17. The method according to claim 1 to 15, wherein the exchange of gas flows in and out is regulated by means of two pipes with two four-way valves.
18. Gegenstand der Erfindung ist ein Wasserstoff-Druckrohrreaktor 18. The invention relates to a hydrogen pressure tube reactor
(Wandzik'sches Rohr), der eine Gas-/ Festphasenreaktion herbeiführen soll. (Wandzik 's pipe), which is said to cause a gas / solid phase reaction.
Der Druckrohrreaktor ist nach folgenden Merkmalen gekennzeichnet, dass The pressure tube reactor is characterized according to the following features:
1.0) aus wasserstoffzunderbeständigen Legierungen wie NiMo16Cr15V oder NiMo16Cr15W gebaut ist, 1.0) is made of hydrogen scale resistant alloys such as NiMo16Cr15V or NiMo16Cr15W,
2.0) die von einem Borosilicatglasrohr umhüllt ist, 2.0) which is covered by a borosilicate glass tube,
3.0) Zwischen Glashülle und Druckrohr befindet sich ein Vakuum von 3.0) There is a vacuum of between the glass envelope and the pressure pipe
X S10- 3 mbar,  X S10 - 3 mbar,
4.0) die Oberfläche des Druckrohres ist mit einer Schicht aus 4.0) the surface of the pressure pipe is covered with a layer
hitzebeständigem Carbon-Lack intensiv geschwärzt.  heat-resistant carbon lacquer intensely blackened.
5.0) Im Inneren des Druckrohrreaktors befindet sich eine homogen verteilte Eisen-Vanadium-Pulver-Reaktionsmediumschüttung 5.0) Inside the pressure tube reactor there is a homogeneously distributed iron-vanadium powder reaction medium bed
(Korngröße x < 50 pm),  (Grain size x <50 pm),
6.0) Links und rechts am Rohrein- bzw. -ausgang befinden sich jeweils ein Vier-Wege-Druckventil (x > 20 bar/ x > 600°C), 6.0) On the left and right at the pipe inlet and outlet there are four-way pressure valves (x> 20 bar / x> 600 ° C),
7.0) Am Rohrausgang befindet sich ein Überdruckventil 7.0) There is a pressure relief valve at the pipe outlet
(entsprechend den Nenndruck des Reaktors).  (corresponding to the nominal pressure of the reactor).
19. Reaktor zur thermischen Herstellung von Wasserstoffgas (H2g) aus 19. Reactor for the thermal production of hydrogen gas (H2g)
Wasserdampfgas (H20g) an einer Oberfläche in einer festphasigen Gas- Reaktion mit mindestens zwei angeschlossenen Rohren, die einen Gasstrom von Edukt-Gas in einen Reaktionsraum hinein und von Produktgasen heraus ermöglichen. Das innere Rohr ist mit Verteilungslöchern versehen und dient der Einleitung der Regenerationsgase, wobei der Reaktionsraum wenigstens ein Metall als Reaktanten umfasst. Steam gas (H20g) on a surface in a solid-phase gas reaction with at least two connected pipes, which allow a gas flow of educt gas into a reaction chamber and out of product gases. The inner tube is provided with distribution holes and serves to introduce the regeneration gases, the reaction space comprising at least one metal as a reactant.
20. Reaktor nach Anspruch 18 und 19, wobei das Metall in homogen verteilter, loser Metallpulverschüttung vorliegt, die in einem durchlässigen Behälter (Korb) oder auf einer beschichteten Membran fixiert ist. 20. Reactor according to claim 18 and 19, wherein the metal is present in a homogeneously distributed, loose metal powder bed, which is fixed in a permeable container (basket) or on a coated membrane.
21. Reaktor nach Anspruch 20, wobei die Metallstruktur eine poröse 21. The reactor of claim 20, wherein the metal structure is a porous
Vanadiumpulver-Beimenge (x > 50 pm) beinhaltet.  Vanadium powder addition (x> 50 pm) included.
22. Reaktor nach einem der Ansprüche 18 bis 21 , wobei die Metalle Eisen, Mangan und Vanadium umfassen. 22. A reactor according to any one of claims 18 to 21, wherein the metals comprise iron, manganese and vanadium.
23. Reaktor nach einem der Ansprüche 18 bis 22, wobei die Metalle der 23. Reactor according to one of claims 18 to 22, wherein the metals of the
elementaren Eigenschaften und der Betriebs-Bedingungen entsprechen müssen. Dabei handelt es sich um alle metallischen Elemente, die den Temperaturbereich von 500°C bis 1350°C stabil entsprechen und nicht schmelzen oder Verdampfen.  elementary properties and the operating conditions must correspond. These are all metallic elements that stably correspond to the temperature range from 500 ° C to 1350 ° C and do not melt or evaporate.
24. Reaktor nach einem der Ansprüche 18 bis 23, wobei die Metalle Mischungen der elementaren Metalle sind. 24. Reactor according to one of claims 18 to 23, wherein the metals are mixtures of the elemental metals.
25. Reaktor nach einem der Ansprüche 18 bis 24, wobei der Druckrohrreaktor einen Temperatursensor und ein Drucksensor enthält, sowie ein 25. Reactor according to one of claims 18 to 24, wherein the pressure tube reactor contains a temperature sensor and a pressure sensor, and a
Produktvolumenmessapparat nach Austritt des Produktstroms beinhaltet.  Product volume measuring device included after the product flow.
26. Reaktor nach einem der Ansprüche 18 bis 25, der ein Vier-Wege-Ventil zur Zufuhr der gasförmigen Edukte umfasst. 26. Reactor according to one of claims 18 to 25, which comprises a four-way valve for supplying the gaseous starting materials.
27. Reaktor nach einem der Ansprüche 18 bis 25, der ein Vier-Wege-Ventil zur Trennung der gasförmigen Produkte umfasst. 27. A reactor according to any one of claims 18 to 25, which comprises a four-way valve for separating the gaseous products.
28. Reaktor nach einem der Ansprüche 18 bis 27, wobei der Reaktor modular aufgebaut ist: 28. Reactor according to one of claims 18 to 27, wherein the reactor has a modular structure:
- mit zusammenschraubbaren Teilen eines Druckrohrs, in dessen - With screwable parts of a pressure pipe, in the
inneren einen Metallepulverschüttung fixiert ist.  inside a metal powder filling is fixed.
- am DRR Anfang und Ende ein Faltenbalk zur Kompensation der Längenausdehnung des DRR installiert ist. - A fold bar is installed at the beginning and end of the DRR to compensate for the linear expansion of the DRR.
- am DRR befinden sich Rohrleitungen mit passenden Flanschen zum unverwechselbaren Aneinanderfügen der Vier-Wege-Ventile und der Anschluss Leitungen, der Vor.- bzw. Nachgeschalteten Anlagen. - The DRR has pipes with suitable flanges for the unmistakable joining of the four-way valves and the connection lines, the upstream and downstream systems.
29. Reaktor nach einem der Ansprüche 18 bis 28, der zwei Vier-Wege-Ventile umfasst. Diese Ventile können die Reaktionsräume abwechselnd mit Wasserdampf und Stickstoff bzw. Schwefel, Phosphor oder Vakuum versorgen. 29. A reactor according to any one of claims 18 to 28, which comprises two four-way valves. These valves can alternately supply the reaction spaces with water vapor and nitrogen or sulfur, phosphorus or vacuum.
- am Rohrausgang befindet sich eine Dosier-Schaltung, die eine zeitlich konstante Wasserstoffherstellung ermöglicht. - There is a metering circuit at the tube outlet, which enables hydrogen to be produced at a constant rate.
- Zusätzlich ist am Rohrausgang ein Drucksicherheitsventil (x > 25 bar) zur Druckspitzen-Vermeidung und zur Gewährleistung der Sicherheit vorhanden. - In addition, a pressure safety valve (x> 25 bar) is available at the pipe outlet to avoid pressure peaks and to ensure safety.
30. Reaktor nach einem der Ansprüche 18 bis 29, wobei nach folgenden 30. Reactor according to one of claims 18 to 29, wherein according to the following
Merkmallen des Reaktor, als Energiequelle eines der folgenden  Features of the reactor as an energy source one of the following
solarthermischen Systeme nutzt:  uses solar thermal systems:
- Solarturmsysteme, - solar tower systems,
Paraboloid Rinnen-Konzentratoren Paraboloid channel concentrators
Sonnenöfen - elliptische oder sphärische Spiegel, Solar ovens - elliptical or spherical mirrors,
- linienfokussierende Konzentratoren, - line focusing concentrators,
Möglich ist alternativ auch die Nutzung jeglicher Alternatively, the use of any is possible
Verbrennungskraftmotoren mit Abgasanlage, aller Turbinentriebwerke mit Abgasanlage, aller elektrischer Motoren, aller Brennstoffzellen, aller chemischen Produktionsanlagen wie Galvanischer Zellen, Elektrolyse- bzw. Lichtbogenöfen usw.  Internal combustion engines with exhaust system, all turbine engines with exhaust system, all electric motors, all fuel cells, all chemical production systems such as galvanic cells, electrolysis or arc furnaces, etc.
31. Reaktor nach Anspruch 30, wobei der Reaktor zurückgreift auf Heliostaten zur Erreichung der Strahlungsheizleistung und auf Heliostaten zur Regeneration der erforderlichen Strahlungsheizleistung, wobei letztere Heliostaten auf einzelne Reaktionsfelder umstellbar sind. 31. A reactor according to claim 30, wherein the reactor uses heliostats to achieve the radiant heating power and heliostats for the regeneration of the required radiant heating power, the latter heliostats being convertible to individual reaction fields.
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