WO2023073242A1 - Verfahren und vorrichtung zur synthese von organischen kohlenstoffverbindungen - Google Patents

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WO2023073242A1
WO2023073242A1 PCT/EP2022/080446 EP2022080446W WO2023073242A1 WO 2023073242 A1 WO2023073242 A1 WO 2023073242A1 EP 2022080446 W EP2022080446 W EP 2022080446W WO 2023073242 A1 WO2023073242 A1 WO 2023073242A1
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liquid
reaction chamber
reaction
plasma
cathode
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PCT/EP2022/080446
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Sebastian Becker
Alejandro NIEHOFF GUERRA
Olaf SCHACHT
Michael Oliver HAID
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Refuel.Green Consulting & Technologies Gmbh
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    • B01J2219/0892—Materials to be treated involving catalytically active material

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for synthesizing organic carbon compounds from feedstock mixtures containing carbon dioxide (CO2), possibly hydrogen (H2) and possibly short-chain hydrocarbons (CxHy), in particular for chemical conversion these starting materials by means of electrical energy in a so-called DBD reactor provided with a cathode and a counter-electrode/anode with a reaction chamber in which a silent electrical discharge or a dielectric barrier discharge or plasma discharge takes place.
  • CO2 carbon dioxide
  • H2 possibly hydrogen
  • CxHy possibly short-chain hydrocarbons
  • the inner electrode is connected to an alternating current (AC) high voltage source of 0 - 40 kV and a variable frequency of 50 - 1000 Hz, while the outer electrode is connected to ground.
  • the DBD reactor is arranged horizontally.
  • the reaction gases, in this case CH4 and N2O, are fed into the reaction chamber.
  • This arrangement is representative of the mechanical design of a typical DBD reactor as presented in a large number of publications to date.
  • Another DBD reactor is known from Renwu Zhou et al., "Underwater Microplasma Bubbles", Science of The Total Environment, Volume 750, 1 January 2021, 142 295, https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.142295.
  • a similar DBD reactor with a central electrode standing in a cylindrical vessel filled with water, openings being arranged in the lower area of the reaction chamber from which gas bubbles previously activated by plasma are to be directed into the cylindrical vessel.
  • the reaction space is connected to a compressed air source.
  • a stream of bubbles is generated in a fluid, in which a glow discharge is generated by applying an electric field, which glow discharge can be used in the electrolytic gas production in the gas phase.
  • An electrolyte can be considered as the liquid here, which can be mixed with diesel oil at up to 50% by volume. The added diesel oil is only used here as a dielectric.
  • the object of the present invention is to create a method and a device for synthesizing organic carbon compounds from feedstock mixtures which may contain carbon dioxide, hydrogen and possibly also short-chain hydrocarbons such as methane, ethane or propane, with which a significantly higher energy efficiency is achieved at the same time a high degree of chemical conversion can be achieved, the device for carrying out the method being switched on and off or switched on and off as quickly as possible.
  • feedstock mixtures which may contain carbon dioxide, hydrogen and possibly also short-chain hydrocarbons such as methane, ethane or propane, with which a significantly higher energy efficiency is achieved at the same time a high degree of chemical conversion can be achieved, the device for carrying out the method being switched on and off or switched on and off as quickly as possible.
  • the object on which the invention is based is achieved by the features of the independent method claim. Further refinements emerge from the respectively associated subclaims.
  • the object on which the invention is based is also achieved by the features of the independent device claim, with further configurations of the device emerging from the
  • the invention enables both continuous operation and fluctuating operation when directly coupled to systems for generating renewable energy, such as wind turbines or solar systems.
  • the components of what is referred to as feed gas The starting material mixture for the subsequent synthesis processes according to the method according to the invention, namely carbon dioxide, possibly hydrogen and possibly short-chain hydrocarbons, are either available anyway or can be obtained beforehand, for example from exhaust gases, from the ambient air (carbon dioxide) or from an upstream electrolysis (hydrogen), which are not part of the method according to the invention.
  • the method according to the invention comprises the following steps: Filling the reaction chamber of a coolable DBD reactor known from the prior art and having a cylindrical or planar design or the like. preferably with a solid catalyst and additionally, at least partially, with a liquid dielectric, such as diesel oil or other liquids (eg methanol).
  • a liquid dielectric such as diesel oil or other liquids (eg methanol).
  • more electrically conductive liquids can also be used (eg water for the further application of the present invention with regard to eg an ammonia (NH3) or nitric acid (HNO3) synthesis).
  • the electrodes can also alternately enclose two reaction spaces (according to the following structure: high-voltage electrode - reaction space 1 - dielectric barrier - reaction space 2 - grounding electrode, cf. typical ozone generators).
  • this can preferably be designed so that the feed gas is introduced through the central electrode, designed as a tube, which serves as a countercurrent heat exchanger for feed gas preheating by supporting the cooling of the reaction chamber, from top to bottom .
  • the tubular electrode is perforated or provided with a porous body or the like (e.g. pumice stone or the like such as carbon or graphite foam, glass frit, etc.).
  • a porous body or the like e.g. pumice stone or the like such as carbon or graphite foam, glass frit, etc.
  • the feed gas is pressed into the reaction chamber at a specified overpressure.
  • the reaction chamber is filled with a catalytically active solid, e.g. in the form of a bed, and a phase that is also liquid under operating conditions, preferably a substance that does not participate in the reaction, preferably with a substance similar to the reaction product formed during the reaction, preferably with a Reaction resulting reaction product identical substance.
  • a non-thermal plasma is formed in the rising gas bubbles by impressing a correspondingly high electric field strength.
  • an electrode may be in direct contact with the gas/liquid mixture in the reaction chamber. If the liquid has a relatively high ionic conductivity (e.g. methanol with 1 ⁇ S/cm or tap water with 500 ⁇ S/cm), a sufficiently high frequency of the applied AC voltage or sufficiently fast voltage pulses ensure that the liquid still behaves dielectrically.
  • a relatively high ionic conductivity e.g. methanol with 1 ⁇ S/cm or tap water with 500 ⁇ S/cm
  • Exothermic Fischer-Tropsch, methanol and other synthesis reactions can also take place here.
  • the resulting reaction products from the gas/plasma phase (primarily carbon monoxide and hydrogen) together with any additional hydrogen from the feed gas can diffuse across the phase interfaces into the liquid phase and in the same reaction space, but in the liquid phase, in mostly exothermic reactions with the help of the catalyst to form organic carbon compounds such as hydrocarbons. These can be liquid as well as gaseous organic carbon compounds. In principle, solid carbon compounds can also be produced. It is essential to the invention that endothermic reactions take place in the gas/plasma phase and (largely, but not necessarily exclusively) exothermic reactions, inter alia, in the liquid phase including all phase boundaries.
  • reaction space can also be divided into different zones in terms of height.
  • a plasma can be generated in the gas bubbles in a lower zone, but due to the absence of one of the two electrodes in the upper area, the plasma can be deliberately extinguished and a pure gas phase remains in the bubbles, e.g. to give the plasma reaction products more time in to diffuse the liquid phase in order to continue to react there.
  • Another method for better decoupling of the two nearby reaction zones is to take advantage of the breakup of larger bubbles into small bubbles or a bubble foam, in which the plasma extinguishes again due to the shorter free path length (cf. Paschen's law, it may even fall below the Debye length ).
  • the diffusion processes are accelerated (larger surface-to-volume ratio), so that the intermediate products formed in the non-thermal plasma can continue to react thermo-catalytically.
  • other catalysts can also be used in a lower region with plasma in the gas bubbles than in the upper region without plasma in the gas bubbles.
  • the invention solves the problem of the low degree of chemical conversion of plasma catalysis reactors in that the reverse reactions in the plasma phase are greatly reduced by the reaction (intermediate) products immediately diffusing from the plasma phase via the gas/liquid interface into the liquid phase can and there either before a reverse reaction are protected, or immediately continue to react to form the desired secondary products, which in turn means that (intermediate) products from the plasma phase can continue to diffuse further before they react back in the plasma phase or are "destroyed again by the plasma".
  • the reverse reaction rate is significantly lower because on the one hand there is no plasma and on the other hand the thermochemical reaction equilibrium allows appropriate temperatures and pressures to be selected, which clearly shift the chemical equilibrium towards the side of the desired products.
  • thermal catalysis zones and plasma catalysis zones that are spatially more, preferably vertically, separated from one another should be implemented, as already explained above.
  • An essential basic idea of the present invention is therefore to prevent reverse reactions or destructive reactions in the plasma phase by the desired (intermediate) products being conducted out of the plasma phase as quickly as possible via the plasma/gas/liquid interface.
  • the (liquid) organic carbon compounds, such as hydrocarbons which are constantly produced by largely exothermic processes, continue to fill the reaction chamber of the DBD reactor by preferably mixing with the dielectric or the liquid.
  • a product stream is taken from the DBD reactor and the fill level is kept constant at the same time.
  • This also allows the removal of by-products that can occur in traces and thus allows a simultaneous regeneration of the dielectric or the liquid.
  • Water can also occur as a further reaction product, either in gaseous form with appropriate Reaction conditions or as a second liquid phase, which can be separated off in a simple form if it cannot mix with the liquid dielectric or cannot go into solution. If the reaction product mixes with the liquid phase, for example in the synthesis of methanol (CH3OH) and the use of methanol as a liquid dielectric, the water can be separated in a subsequent process step in a methanol/water column.
  • CH3OH methanol
  • the reaction products hydrogen and carbon monoxide obtained in the plasma phase and the additional hydrogen contained in the feed gas will continue to react with one another in the liquid phase according to the selected catalyst and the selected reaction conditions according to the known thermocatalytic reaction paths.
  • paraffins are obtained at temperatures of 100 to 300°C and pressures of 1 to 60 bar (absolute), which are processed in a subsequent step to form naphtha, diesel and/or kerosene.
  • Other temperature and pressure ranges can also be selected, particularly for the application here.
  • the necessary hydrogen can also be generated in whole or in part directly in the reactor space by the splitting/plasmalysis of water in the plasma bubbles.
  • the invention has the following advantages: 1. Direct supply of the H2+CO2+CxHy feed gas to the (synthesis) DBD reactor, since in-situ RWGS and reforming takes place. 2.
  • the invention can also generate the required hydrogen itself in the plasma bubbles, which would make a separate electrolysis, for example, superfluous and correspondingly further increase the cost-effectiveness.
  • the invention can also be used for the synthesis of, for example, ammonia (NH3) or nitric acid (HNO3) or other nitrogen compounds, provided that, for example, nitrogen is used as at least a component of the feed gas and, for example, water is used as the liquid in the reactor space.
  • Essential to the invention is the first-time use of a liquid dielectric or a liquid in the electrical discharge space of a DBD reactor on the one hand for in-situ endothermic, plasmalysis/plasma-catalytic reactions in the gas phase and on the other hand for exothermic (primarily, but not exclusively) thermocatalytic synthesis reactions in the liquid phase (including all phase interfaces), in the presence of a catalyst.
  • the invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment.
  • the accompanying drawings show: FIG. 1: a DBD reactor with a central electrode for carrying out the process according to the invention with the feed gas being supplied from above in countercurrent through the central electrode into the liquid dielectric or the liquid, and the product stream being diverted upwards; and FIG.
  • the DBD reactor 1 a variant of the DBD reactor with the feed gas being supplied from below through the central electrode into the liquid dielectric or the liquid.
  • the geometric shape of the DBD reactor 1 is of no particular importance for carrying out the method according to the invention, with at least one reaction space 4 with an associated cathode 5 in this being surrounded by a preferably coolable outer wall 2 and an anode 11 as a counter-electrode in its reaction space 4 after application of an AC high voltage, or a pulsed high voltage with or without zero crossing, a silent electrical discharge (English: dielectric barrier discharge (DBD)) or plasma discharge takes place.
  • DBD dielectric barrier discharge
  • a coolant which in this exemplary embodiment also serves as a counter-electrode/anode 11 and the dielectric outer wall 2 has a bottom closed reaction space 4 encloses.
  • Water, an ionic liquid as well as oil or other organic carbon compounds can be used as a coolant in the cooling container 3 .
  • Gases and other liquids can also be used for cooling if the counter-electrode/anode 11 is designed, for example, as a metal grid, tube or the like.
  • configurations with a double discharge gap can also be considered, as is customary, for example, in ozone generators according to the prior art.
  • a central cathode 5 is located centrally in the reaction chamber 4 and is provided with a central through hole 5 ′ and is connected to an AC high-voltage source 6 .
  • the cathode 5 ends at a distance above the floor of the reaction chamber 4, which is closed below.
  • the cathode 5 can be made of stainless steel, titanium or another metal, with this for protection against corrosion and / or an adjustment of the electric field with a thin coating of a resistant insulator material, such as a glass or ceramic coating, or an insulator or glass cylinder tightly surrounding the cathode 5 can also be provided.
  • the reaction chamber 4 can be divided into several functionally different zones, namely a plasma and thermal catalysis zone P&T and a pure thermal catalysis zone T, which merge directly into one another in a vertical arrangement (FIG. 1).
  • the reaction chamber 4 is with one or more different solid catalysts 7 in granular form and additionally with a liquid 8, for example a Dielectric, at least partially filled, ie the current filling level 8 'of the liquid 8 ends above the solid catalyst 7. If the reaction chamber 4 is filled with liquid catalysts or with suspended catalyst particles in the liquid phase (slurry), "homogeneous catalysis" can take place. Paraffin oil, for example, can be used as the dielectric.
  • the reaction chamber 4 is closed at the top with a closure plate 14 through which the central cathode 5 extends.
  • the feed gas is supplied 10 from above through the central cathode 5, which is provided with a through-hole, with the feed gas being pressed at the lower end of the cathode 5 by means of overpressure through the solid-state catalyst 7 into the liquid 8 in the reaction chamber 4, as a result of which form upwardly rising gas bubbles of variable size in contact with the solid catalyst 7.
  • the through hole in the central cathode 5 can also be closed off at the bottom by a gas bubble generator 9.
  • a pumice stone, carbon foam or silicon carbide foam or the like, for example, or in the simplest case the through hole 5' ending at the bottom in the catalytic converter 7 can be used here as the gas bubble generator 9.
  • a sufficient electric field is required between the central cathode 5 and the anode 11 surrounding the reaction space 4 and the dielectric outer wall 2, or in the case of a parallel arrangement of the electrodes between the electrodes when applied an AC electric high voltage, or a pulsed high voltage, from a high voltage source 6 forms.
  • a pulsed high voltage is to be understood as that the pulses are generated exclusively in the positive or negative range, or have a zero crossing, the pulses being rectangular or triangular pulses or the like. could be.
  • the functionally necessary anode 11 can be formed by the coolant in the cooling container 3, such as cooling water or an ionic liquid, by grounding the coolant.
  • the anode 11 can also directly surround the dielectric outer wall 2 or the cooling container 3 over a large area as a foil, as a net or as a wire winding, or in the form of a metal coating or tube. 2 shows a further variant of the DBD reactor 1 in which the feed gas is supplied 10 from below through the central cathode 5 .
  • the central cathode 5 is designed here as a tube, which is enclosed by a dielectric outer wall 2, so that between the central cathode 5 and the outer wall 2, a Retechnischsraum 4 is formed, which according to the drawing above and below by a seal 13, for example made of rubber or a Adhesive is completed, wherein the seals 13 hold the cathode 5 centrally in the dielectric outer wall 2 of the DBD reactor 1 at the same time.
  • the reaction chamber 4 also surrounds the cathode 5 here and is also partially filled with a solid catalyst 7 in granular form, or with a liquid catalyst and additionally with a liquid 8, for example a dielectric. Paraffin oil, for example, can be used as the dielectric.
  • the filling level 8' (level) of the liquid 8 exceeds the filling of the reaction chamber 4 with the catalyst 7.
  • the reaction chamber 4 is also surrounded here by a cooling container 3, which is filled with a coolant, which at the same time serves as a counter-electrode/anode 11.
  • the reaction chamber 4 is provided here with an upper and a lower closure plate 15, 16, with the supply 10 for the feed gas passing through the lower closure plate 16 directly into the central cathode 5 and from there through openings 17 in the cathode 5 laterally in the reaction space 4 takes place.
  • openings 17 are used here at the same time to generate gas bubbles, so that the gas bubbles in the reaction chamber 4 can rise through the catalyst 7 and the liquid 8, whereby at the same time an AC high voltage or a pulsed high voltage from a high voltage source 6 is applied to the cathode 5 and Mass to the anode 11 in the gas bubbles, a cold plasma is ignited.
  • the plasma is operated in such a way that the gas bubbles are further “atomized” into very small gas bubbles and are preferably present with the liquid as a foam or plasma foam.
  • the reaction products are conducted through the upper openings 18 into the central cathode 5 and removed from there through the upper closure plate 15 and the discharge line 12 as a product stream.
  • the cathode 5 designed as a tube is filled between the lower and the upper openings 17, 18 with a casting compound 19 or another seal.
  • the vertical reaction space 4 according to FIG. 1 or FIG. 2 can be divided into several zones, eg below in the already mentioned plasma & thermal catalysis zone P&T and above in the already mentioned pure thermal catalysis zone T, or vice versa, wherein different catalysts can be used. It goes without saying, as already explained, that in principle other designs of the DBD reactor 1 with, for example, planar electrodes that close off a cylindrical or angular reaction space on the opposite side are also possible.
  • the DBD reactor 1 suitable for carrying out the method according to the invention must include a reaction space 4 with an associated electrode (central cathode 5), which is surrounded by a preferably coolable dielectric outer wall 2, with its geometric shape not having any plays an essential role. There can also be two reaction chambers 4 on either side of the dielectric outer wall 2 per reactor tube. The outer reaction space is then in turn surrounded by, for example, a cooled, grounded metal tube. The electrical polarity of the cathode and anode can also be reversed.
  • the dielectric outer wall 2 of the reaction chamber 4 can be made of glass, quartz or borosilicate glass, ceramic, plastic or the like in any design.
  • the counter-electrode/anode 11 that is necessary for the function, which surrounds the dielectric outer wall 2, is in the simplest case the coolant itself (eg cooling water), in that the coolant is grounded—if the pressure and temperature conditions allow it.
  • the coolant eg cooling water
  • a large number of such DBD reactors 1 can also be accommodated in a common outer housing as a reactor battery or tube bundle apparatus; the common water bath would then be a common counter-electrode and a cooling medium at the same time.
  • Other designs of the DBD reactor 1 with, for example, planar electrodes that close off a cylindrical or angular reaction chamber 4 are also possible.
  • an ionic liquid for example, can be used instead of water.
  • the operation of the DBD plasma reactor 1 at up to 300° C. may be functionally necessary for the course of the synthesis reactions.
  • the use of an ionic liquid to implement a counter-electrode/anode 11 under these conditions has hitherto not been known in connection with DBD plasma reactors and is therefore likewise essential to the invention.
  • the counter-electrode/anode 11 can also be designed over a large area as a foil, as a mesh or as a wire winding or in the form of a metal vapor coating that is grounded.
  • Such an embodiment would be functionally necessary if an electrically non-conductive oil is used as the coolant instead of water or the ionic liquid. However, it can also be combined with water or an ionic liquid.
  • Another feature of the structure of the DBD reactor 1 described is that the recovery of free heat is also made possible - be it via the described variants for the realization of the liquid counter-electrode 11 (water, oil, ionic liquid may act as an intermediate heat circuit) and / or via the hot product stream.
  • the three variants mentioned for realizing the counter-electrode/anode 11 could remain uncooled or be air-cooled by realizing sufficient heat dissipation from the reaction space 4 via the product flow 12 .
  • the high-voltage electrode ie the cathode 5 in the reaction chamber 4 is connected to an AC high-voltage supply or to a suitable voltage pulser and can be made of stainless steel, titanium or another suitable metal. It can also be designed as a tube (see above).
  • the process for the synthesis of organic carbon compounds carried out in one of the DBD reactors 1 described can be started or interrupted at any time without any particular problems.
  • a wind turbine or another source of so-called renewable energy, such as a solar system can thus be considered as a high-voltage source 6 in the broadest sense, in such a way that the energy is used when it cannot be fed into the energy grid, e.g which is the case with a so-called "overproduction” and which would otherwise lead to the shutdown of the wind turbine or solar system. So these can Energy sources remain constantly in operation, with only a switchover from feeding into the public grid to the DBD reactor 1 would be required. In this way, the excess energy can be used to produce organic carbon compounds or other intermediate products such as NH3 with green energy.
  • the electrodes which would otherwise be in direct contact with the reaction chamber 4, can also be encased in glass, plastic or another suitable, resistant insulating material.
  • an electrode can also consist entirely of a glass tube that has metal vapor-deposited on the inside (cf. ozone production), through which a coolant can flow.
  • the reaction chamber 4 can be filled with a solid catalyst, a liquid catalyst or an inert filling material (e.g. Al2O3), which acts only by increasing the reaction surface area (e.g. by accumulating electrons on its surface), and at least partially with a liquid such as oil , methanol, water or similar.
  • the solid catalyst can have suitable shapes such as spheres, pins, tablets or the like. possess, or be designed as granules, so that after filling into the reaction chamber 4 sufficient gaps are free, so that a rise of the plasma bubbles (gas bubbles in which the desired plasma discharges take place) through the vertically oriented reaction chamber 4 is possible.
  • Lattice plates/grates or similar structures that are suitably stacked/positioned in the reaction chamber 4 can also be considered as the catalyst 7 .
  • the presence of suspended catalyst particles in the liquid phase (slurry) can also be used.
  • the inner surface of the catalyst space 4 can be coated with a catalyst.
  • the feed gas is supplied both according to FIG. 1 and FIG. 2 in the lower region of the reaction chamber 4, whereas the reaction products produced are discharged from the top of the reaction chamber 4 in a product stream (possibly as a two-phase flow), or in a suitable, e.g shape to be dissipated below.
  • the water which may also be formed in the reaction chamber 4 can be discharged at the top or bottom together with the product stream.
  • the DBD reactors 1 described are particularly suitable for carrying out the process according to the invention for the production of organic carbon compounds from feed gases which contain CO2, optionally H2 and optionally CxHy.
  • ammonia (NH3) can also be produced as an intermediate product in the same DBD reactors by supplying hydrogen (H2) and nitrogen (N2) as feed gases.
  • DBD reactors (1) arranged in parallel can be accommodated in a common outer housing as a reactor battery or tube bundle apparatus, the outer housing being filled with a common coolant (3) and the coolant (3) also serving as an anode (11).
  • the DBD reactors (1) or Reactor batteries can be arranged in series with two or more stages. The process heat that is released can be extracted from the cooling medium and used in a second process, for example to separate CO2 from the atmosphere.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Synthese von organischen Kohlenstoffverbindungen aus Feedgasen, enthaltend Kohlenstoffdioxid (CO2) und ggf. Wasserstoff (H2) sowie ggf. kurzkettige Kohlenwasserstoffe (CxHy). Durch die Erfindung soll ein deutlich höherer energetischer Wirkungsgrad bei gleichzeitig hohem chemischen Umsatzgrad erreicht werden. Erreicht wird das durch Füllen des Reaktionsraumes (4) des DBD-Reaktors (1) mit einer Flüssigkeit und einem Katalysator, Einstellen eines Temperatur- und Druckbereiches im Reaktionsraum (4), Einleiten der Feedgase in den Reaktionsraum (4) des DBD-Reaktors (1), unter Bildung von aufsteigenden Gasblasen im Reaktionsraum (4), Ausbilden eines nichtthermischen Plasmas in den aufsteigenden Gasblasen durch Anlegen einer AC-Hochspannung oder einer gepulsten Hochspannung zwischen der Elektrode/Kathode (5) und einer die Außenwand (2) umgebenden Gegenelektrode/Anode (11), Umwandeln der Bestandteile der zugeführten Feedgase in Reaktionsprodukte und Reaktionszwischenprodukte durch endotherme Reaktionen in den Gas- bzw. Plasmablasen, Herstellen von organischen Kohlenstoffverbindungen in exothermen Reaktionen mittels eines oder mehrerer Katalysatoren in der Flüssigphase nach der Diffusion der Reaktions (zwischen) produkte in die Flüssigphase, indem die Flüssigkeit im elektrischen Entladungsraum des DBD-Reaktors zusätzlich für exotherme thermokatalytische Synthesereaktionen in der Flüssigphase einschließlich aller Phasengrenzflächen, unter Einsatz eines Katalysators, genutzt wird, und Entnahme/Ableiten der hergestellten Reaktionsprodukte, wie Kohlenwasserstoffe, in einem Produktstrom (12) aus dem DBD-Reaktor.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Synthese von organischen Kohlenstoffverbindungen Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Synthese von organischen Kohlenstoffverbindungen aus Einsatzstoffgemischen, die Kohlenstoffdioxid (CO2), ggf. Wasserstoff (H2) und ggf. kurzkettige Kohlenwasserstoffe (CxHy) enthalten, insbesondere zur chemischen Umwandlung dieser Einsatzstoffe mittels elektrischer Energie in einem mit einer Kathode sowie einer Gegenelektrode/Anode versehenen sogenannten DBD-Reaktor mit einem Reaktionsraum, in dem eine stille elektrische Entladung bzw. eine dielektrische Barriereentladung oder Plasmaentladung stattfindet. Allgemein ist festzustellen, dass der energetische Wirkungsgrad bei der Umwandlung von elektrischer in chemische Energie aktuell in den bekannten DBD-Reaktoren sehr gering ist. Unter den derzeitigen technischen Rahmenbedingungen und den zu erwartenden Kosten für Elektroenergie ist ein wirtschaftlicher Betrieb derartiger DBD-Reaktoren derzeit nicht zu erwarten. Auch andere Verfahren zur Herstellung von vorzugsweise flüssigen organischen Kohlenstoffverbindungen auf Basis von Elektroenergie, sogenannte Power-to-Liquids (PtL)-Verfahren, weisen einen niedrigen energetischen Wirkungsgrad auf. Für eine kommerziell nutzbare Synthese von organischen Kohlenstoffverbindungen im Allgemeinen, und von flüssigen Kraftstoffen, wie Methanol, Benzin, Diesel oder Kerosin im Besonderen, müssen Produktionskosten von ca. 1 €/L oder weniger erreicht werden. Der ungenügende energetische Wirkungsgrad ist aktuell ein wirtschaftlicher Hemmschuh sowohl für den Einsatz heute verfügbarer PtL-Technologien, als auch für die Nutzung der DBD-Reaktor-Technologie. Aus Sk. Mahammadunnisa, u.a. „CATALYTHIC NONTHERMAL PLASMA ASSISTED CO-PROCESSING OF METHANE AND NITROUS OXIDE FOR METHANOL PRODUCTION“, Catalysis Today 2015, http://dx.doi.org/10.1016/j.cattod.2015.03.11. geht ein DBD-Reaktor hervor, der aus einem zylindrischen Reaktionsraum besteht, der durch ein Quarzrohr umschlossen und beidseitig mittels isolierender Deckel verschlossen ist. Zentrisch im Reaktionsraum ragt eine innere Elektrode aus einem rostfreien Stahl, die durch eine äußere Elektrode (Kupferdraht), die um das Quarzrohr zur Erzeugung eines Plasmas im Reaktionsraum gewickelt ist, ergänzt wird. Die innere Elektrode ist an eine Wechselstrom (AC)- Hochspannungsquelle mit 0 – 40 kV und einer variablen Frequenz von 50 - 1000 Hz angeschlossen, wohingegen die äußere Elektrode mit Masse verbunden ist. Der DBD-Reaktor ist liegend angeordnet. Die Reaktionsgase, hier CH4 und N2O, werden dem Reaktionsraum zugeführt. Diese Anordnung steht stellvertretend für den mechanischen Aufbau eines typischen DBD-Reaktors, wie er in einer Vielzahl von Veröffentlichungen zum jetzigen Zeitpunkt dargestellt ist. Ein weiterer DBD-Reaktor ist bekannt aus Renwu Zhou u.a., „Underwater Microplasma Bubbles“, Science of The Total Environment, Volume 750, 1 January 2021, 142 295, https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.142295. Hier befindet sich ein ähnlicher DBD-Reaktor mit einer zentralen Elektrode stehend in einem zylindrischen Gefäß, das mit Wasser gefüllt ist, wobei im unteren Bereich des Reaktionsraumes Öffnungen angeordnet sind, aus denen zuvor durch Plasma aktivierte Gasblasen in das zylindrische Gefäß geleitet werden sollen. Dazu ist der Reaktionsraum mit einer Druckluftquelle verbunden. Weiterhin wird nach WO 03/096767 in einem Fluid ein Blasenstrom erzeugt, in dem durch Anlegen eines elektrischen Feldes eine Glimmentladung generiert wird, die bei der elektrolytischen Gasproduktion in der Gasphase genutzt werden kann. Als Flüssigkeit kommt hier ein Elektrolyt in Betracht, der mit bis zu 50 Vol.-% mit Dieselöl vermischt sein kann. Das beigemischte Dieselöl dient hier lediglich als Dielektrikum. Weiterhin können Partikel aus Al, Ti, Fe, Si usw. dem Elektrolyten beigemischt werden, so dass ein Kolloid entsteht. In Hasani et al. 2019 (https://doi.org/10.1007/s40201-019- 00433-3) wird ein ähnlicher Reaktionsraum beschrieben, welcher mit Wasser gefüllt und durch den ein Gasstrom (Luft oder Argon und O2) fließt. DBD-Entladungen erzeugen hier Radikale und Ozon, welche zum Schadstoffabbau im Wasser genutzt werden. Auch Liu et al. 2018 (DOI: 10.1016/j.cej.2018.01.057) beschreiben einen ähnlichen Ansatz mit Bläschen im µm-Bereich (Microbubbles) zur Neutralisierung anderer Schadstoffe im Wasser. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Synthese von organischen Kohlenstoffverbindungen aus Einsatzstoffgemischen, die Kohlenstoffdioxid, Wasserstoff und eventuell auch kurzkettige Kohlenwasserstoffe wie Methan, Ethan oder Propan enthalten können, zu schaffen, mit dem ein deutlich höherer energetischer Wirkungsgrad bei gleichzeitig hohem chemischen Umsatzgrad erreicht werden kann, wobei die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens schnellstmöglich ein- und ausgeschaltet bzw. hoch- und heruntergefahren werden kann. Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Verfahrensanspruchs gelöst. Weitere Ausgestaltungen gehen aus den jeweils zugehörigen Unteransprüchen hervor. Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird weiterhin durch die Merkmale des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs gelöst, wobei weitere Ausgestaltungen der Vorrichtung aus den zugehörigen Unteransprüchen hervorgehen. Die Erfindung ermöglicht sowohl einen kontinuierlichen Betrieb, als auch einen fluktuierenden Betrieb bei einer direkten Kopplung mit Anlagen zur Erzeugung erneuerbarer Energie, wie Windkraftanlagen oder Solaranlagen. Die Bestandteile des als Feedgas bezeichneten Einsatzstoffgemisches für die nachfolgenden Syntheseprozesse gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren, nämlich Kohlenstoffdioxid, ggf. Wasserstoff sowie ggf. kurzkettige Kohlenwasserstoffe, sind entweder ohnehin verfügbar oder zuvor z.B. aus Abgasen, aus der Umgebungsluft (Kohlenstoffdioxid) oder aus einer vorgelagerten Elektrolyse (Wasserstoff) zu gewinnen, welche nicht Bestandteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind. A: Vorgelagerte Elektrolyse (z.B. PEM, Alkali, SOEC) a. H2O ↔ H2 + 0,5 O2 Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst folgende Schritte: Füllen des Reaktionsraumes eines an sich aus dem Stand der Technik bekannten und kühlbaren DBD-Reaktors in zylindrischer oder planarer Bauform o.dgl. mit vorzugsweise einem Feststoff-Katalysator und zusätzlich, zumindest teilweise, mit einem flüssigen Dielektrikum, wie beispielsweise Dieselöl oder anderen Flüssigkeiten (z.B. Methanol). Prinzipiell können auch elektrisch stärker leitfähige Flüssigkeiten genutzt werden (z.B. Wasser für den weiteren Anwendungsfall der vorliegenden Erfindung bzgl. z.B. einer Ammoniak (NH3)- oder Salpetersäure (HNO3)- Synthese). Anlegen einer AC-Hochspannung ausreichend hoher Frequenz oder einer gepulsten Hochspannung zwischen beiden Elektroden des DBD-Reaktors. Die Elektroden können prinzipiell auch wechselseitig zwei Reaktionsräume umschließen (entsprechend folgendem Aufbau: Hochspannungselektrode – Reaktionsraum 1 – Dielektrische Barriere – Reaktionsraum 2 – Erdungselektrode, vgl. typische Ozongeneratoren). Einstellen eines vorgegebenen Druck- und Temperaturbereiches im DBD-Reaktor. Einleiten eines Feedgases bestehend aus Kohlenstoffdioxid, ggf. Wasserstoff sowie ggf. kurzkettigen Kohlenwasserstoffen in den Reaktionsraum des DBD-Reaktors, so dass sich aufsteigende, mit dem Feedgas gefüllte Gasblasen ausbilden. Im Falle eines zylindrisch ausgeführten Reaktors kann dieser vorzugsweise so ausgeführt sein, dass durch die zentrische Elektrode, als Rohr ausgeführt, welches als Gegenstrom- Wärmeübertrager zur Feedgas-Vorwärmung durch Unterstützung der Kühlung des Reaktionsraumes dient, das Feedgas durch diese von oben nach unten eingeleitet werden. Unten ist die Rohr-Elektrode perforiert oder mit einem Porenkörper o.ä. (z.B. Bimsstein, o.dgl. wie Karbon- oder Graphitschaum, Glasfritte, etc.) versehen. Um eine ausreichende Blasenbildung hinsichtlich Menge und Größe zu erreichen, wird das Feedgas mit einem vorgegebenen Überdruck in den Reaktionsraum gedrückt. Die Füllung des Reaktionsraumes erfolgt mit einem katalytisch aktiven Festkörper, z.B. in Form einer Schüttung, sowie einer auch bei Betriebsbedingungen flüssigen Phase, bevorzugt einem nicht an der Reaktion teilnehmenden Stoff, bevorzugt mit einem bei der Reaktion entstehenden Reaktionsprodukt ähnlichen Stoff, bevorzugt mit einem bei der Reaktion entstehenden Reaktionsprodukt identischen Stoff. In den darin aufsteigenden Gasblasen bildet sich ein nichtthermisches Plasma aus, indem eine entsprechend hohe elektrische Feldstärke aufgeprägt wird. Hierbei werden lokale Feldüberhöhungen genutzt, die aufgrund der unterschiedlichen dielektrischen Eigenschaften (Polarisierbarkeit) von Gas, Flüssigkeit und katalytisch aktivem Festkörper auftreten (unterschiedlich hohe Permittivität sowie Morphologie der Festkörperfüllung). Um ausreichend viele freie Elektronen zur Plasmazündung zur Verfügung zu stellen, was die erforderliche Spannung zur Ausbildung der nichtthermischen Entladungen in den Gasblasen deutlich herabsetzen kann, befindet sich eine Elektrode ggf. in Direktkontakt zu der Gas-/Flüssig-Mischung im Reaktionsraum. Weist die Flüssigkeit eine verhältnismäßig hohe ionische Leitfähigkeit auf (z.B. Methanol mit 1 µS/cm oder Leitungswasser mit 500 µS/cm), wird durch eine ausreichend hohe Frequenz der angelegten Wechselspannung oder mit ausreichend schnellen Spannungspulsen dafür gesorgt, dass die Flüssigkeit sich dennoch dielektrisch verhält. Durch die ausreichend hohen Feldstärken in den in der Flüssigkeit aufsteigenden Gasblasen treten Plasmaentladungen auf, wodurch freie Elektronen ausreichend stark beschleunigt werden (nichtthermisches Plasma), um Gasmoleküle, -atome und –radikale durch Kollisionen mit ihnen (d.h. direkte Energieübertragung) besonders effizient in einen angeregten Zustand zu versetzen, so dass diese angeregten Moleküle, Atome und Radikale unmittelbar direkt in der Gas- /Plasmaphase miteinander reagieren können. Dabei kommen primär Reaktionen zum Tragen, die mit der endothermen RWGS (Reverse-Water-Gas-Shift, bzw. umgekehrte Wassergas-Konvertierungs)-Reaktion und den Dampf- und Trocken-Reformierungs-Reaktionen vergleichbar sind, wodurch das zugeführte Kohlenstoffdioxid in Kohlenstoffmonoxid (CO) und bei ggf. vorhandenen kurzkettigen Kohlenwasserstoffen zudem in Wasserstoff bzw. Wasser (H2O) umgewandelt wird. Hierbei können zudem bereits exotherme Fischer-Tropsch-, Methanol-, sowie weitere Synthesereaktionen stattfinden. Die entstandenen Reaktionsprodukte aus der Gas-/Plasmaphase (primär Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff) zusammen mit ggf. zusätzlichem Wasserstoff aus dem Feedgas können über die Phasengrenzflächen in die Flüssigphase diffundieren und im gleichen Reaktionsraum, jedoch in der Flüssigphase, in zumeist exothermen Reaktionen mit Hilfe des Katalysators zu organischen Kohlenstoffverbindungen, wie Kohlenwasserstoffe, reagieren. Dies können flüssige als auch gasförmige organische Kohlenstoffverbindungen sein. Auch feste Kohlenstoffverbindungen sind grundsätzlich herstellbar. Erfindungswesentlich ist, dass endotherme Reaktionen in der Gas-/ Plasmaphase und (weitestgehend, aber nicht zwingend ausschließlich) exotherme Reaktionen u.a. in der Flüssigphase einschließlich aller Phasengrenzen stattfinden. Im Gegensatz zum Stand der Technik geschieht dies somit zwar ebenfalls nacheinander und räumlich getrennt voneinander (Gas-/ Plasmaphase & Flüssigphase), jedoch im gleichen Apparat und bei nahezu gleicher Temperatur sowie bei gleichem Druck in einem Reaktionsraum des DBD-Reaktors. Grundsätzlich kann, je nach Anwendungsfall, der Reaktionsraum zusätzlich in der Höhe in unterschiedliche Zonen aufgegliedert werden. So kann z.B. in einer unteren Zone ein Plasma in den Gasblasen erzeugt werden, jedoch durch das Fehlen einer der beiden Elektroden im oberen Bereich das Plasma wieder bewusst gelöscht werden und eine reine Gasphase in den Blasen übrigbleiben, um z.B. den Plasmareaktionsprodukten mehr Zeit zu geben in die Flüssigphase zu diffundieren, um dort weiter zu reagieren. Eine weitere Methode zur besseren Entkopplung beider nahegelegenen Reaktionszonen ist das zunutze machen der Zerschlagung größerer Blasen in kleine Blasen oder einen Blasenschaum, in welchen das Plasma aufgrund der geringeren freien Weglänge wieder erlischt (vgl. Paschengesetz, ggf. wird dabei gar die Debye-Länge unterschritten). So werden gleichzeitig die Diffusionsvorgänge beschleunigt (größeres Verhältnis Oberfläche zu Volumen), so dass die im nichtthermischen Plasma gebildeten Zwischenprodukte thermo- katalytisch weiterreagieren können. Zusätzlich, oder auch unabhängig von dieser Ausführung, können auch in einem unteren Bereich mit Plasma in den Gasblasen andere Katalysatoren eingesetzt werden als im oberen Bereich ohne Plasma in den Gasblasen. Hervorzuheben ist zusätzlich, dass durch die Anwendung der Plasmakatalyse auch Sauerstoff (O2) anstatt Wasser (H2O) als Reaktionsnebenprodukt gebildet werden kann, was den energetischen Wirkungsgrad gegenüber den klassischen, rein thermo-katalytischen Reaktoren deutlich verbessert. In der Gas-/Plasmaphase beispielhaft stattfindende Hauptreaktionen - durch Plasmalyse oder auf plasmakatalytischem Wege: a. CO2-Dissoziation: 2 CO2 ↔ 2 CO + O2 b. H2O-Dissoziation: 2 H2O ↔ 2 H2 + O2 c. Reverse-Water-Gas-Shift (RWGS): CO2 + H2 ↔ CO + H2O d. Dampf-Reformierung: CxHy + x H2O ↔ x CO + (x+0,5y) H2 e. Trocken-Reformierung: CxHy + x CO2 ↔ 2x CO + 0,5y H2 In der Flüssigphase oder an den Phasengrenzen beispielhaft stattfindende Hauptreaktionen, auf thermokatalytischem Wege: a. Fischer-Tropsch-Synthese: CO + 2 H2 ↔ -CH2- + H2O 2 CO + 2 H2 ↔ 2 -CH2- + O2 b. Methanol-Synthese: CO + 2 H2 ↔ CH3OH CO2 + 3 H2 ↔ CH3OH + H2O 2 CO2 + 4 H2 ↔ 2 CH3OH + O2 c. Methan-Synthese (Sabatier-Reaktion): CO2 + 4 H2 ↔ CH4 + 2 H2O CO2 + 2 H2 ↔ CH4 + O2 Hierin ist auch der wesentliche Unterschied zum Stand der Technik zu sehen, wonach nacheinander durchzuführende endotherme und exotherme Prozesse weitestgehend getrennt voneinander (in verschiedenen Reaktoren) durchgeführt werden, während die vorliegende Erfindung die Kombination von Plasmalyse- bzw. plasmakatalytischen sowie (in erster Linie, aber nicht ausschließlich) thermokatalytischen Reaktionen in einem Reaktor erstmals als Anspruch erhebt. Grundsätzlich löst damit die Erfindung das Problem des niedrigen chemischen Umsatzgrades von Plasmakatalyse- Reaktoren dadurch, dass die Rückreaktionen in der Plasmaphase stark verringert werden, indem die Reaktions(zwischen)produkte sofort aus der Plasmaphase über die Gas-/Flüssig-Grenzfläche in die Flüssigphase diffundieren können und dort entweder vor einer Rückreaktion geschützt sind, oder aber sofort zu gewünschten Folgeprodukten weiterreagieren, wodurch wiederum kontinuierlich (Zwischen-)Produkte aus der Plasmaphase weiter nachdiffundieren können, bevor diese in der Plasmaphase zurückreagieren bzw. „wieder vom Plasma zerstört werden“. In der Flüssigphase ist die Rückreaktionsrate deutlich niedriger, weil hier einerseits kein Plasma vorhanden ist und andererseits durch das thermochemische Reaktionsgleichgewicht entsprechende Temperaturen und Drücke gewählt werden können, die das chemische Gleichgewicht deutlich auf die Seite der gewünschten Produkte verschieben. Sofern sich die zu bevorzugenden Reaktionstemperaturen und - drücke für die Thermokatalysereaktionen deutlich von denen der Plasmalyse-/Plasmakatalysereaktionen unterscheiden, sind, wie weiter oben bereits ausgeführt, räumlich stärker, vorzugsweise vertikal, voneinander getrennte Thermokatalysezonen und Plasmakatalysezonen auszuführen. Eine wesentliche Grundidee der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, Rückreaktionen bzw. Zerstörungsreaktionen in der Plasmaphase zu verhindern, indem die gewünschten (Zwischen-)Produkte schnellstmöglich aus der Plasmaphase heraus über die Plasma-/Gas- /Flüssigkeits-Grenzfläche herausgeleitet werden. Die durch weitgehend exotherme Prozesse ständig entstehenden (flüssigen) organischen Kohlenstoffverbindungen, wie beispielsweise Kohlenwasserstoffe, füllen einerseits den Reaktionsraum des DBD-Reaktors weiter auf, indem sie sich vorzugsweise mit dem Dielektrikum bzw. der Flüssigkeit vermischen. Aus der so akkumulierten Flüssigphase wird ein Produktstrom aus dem DBD-Reaktor entnommen und der Füllstand gleichzeitig konstant gehalten. Dies erlaubt zudem die Abführung von Nebenprodukten, die in Spuren entstehen können und erlaubt somit eine gleichzeitige Regeneration des Dielektrikums bzw. der Flüssigkeit. Wasser kann als weiteres Reaktionsprodukt ebenfalls anfallen, entweder gasförmig bei entsprechenden Reaktionsbedingungen oder als zweite Flüssigphase, die in einfacher Form abgetrennt werden kann, sofern es sich nicht mit dem flüssigen Dielektrikum mischen bzw. nicht in Lösung gehen kann. Sofern sich das Reaktionsprodukt mit der Flüssigphase mischt, beispielweise bei der Synthese von Methanol (CH3OH) und der Nutzung von Methanol als flüssiges Dielektrikum, kann das Wasser z.B. in einem folgenden Prozessschritt in einer Methanol-/Wasser-Kolonne separiert werden. Bei entsprechenden Reaktionsparametern im Reaktionsraum werden die in der Plasmaphase erhaltenen Reaktionsprodukte Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid und der im Feedgas enthaltene zusätzliche Wasserstoff in der Flüssigphase entsprechend dem gewählten Katalysator und den gewählten Reaktionsbedingungen nach den bekannten thermokatalytischen Reaktionswegen miteinander weiterreagieren. So werden beispielsweise bei der Fischer-Tropsch-Synthese bei Temperaturen von 100 bis 300°C und bei Drücken von 1 bis 60 bar(absolut) Paraffine gewonnen, die in einem nachfolgenden Schritt zu Naphtha, Diesel und/oder Kerosin verarbeitet werden. Insbesondere für die hiesige Anwendung sind auch andere Temperatur- und Druckbereiche wählbar. Der notwendige Wasserstoff kann prinzipiell auch direkt im Reaktorraum durch die Spaltung/ Plasmalyse von Wasser in den Plasmablasen ganz oder teilweise erzeugt werden. Dies würde die Zufuhr von externem Wasserstoff aus z.B. einer Elektrolyse vermeiden bzw. den Bedarf verringern und in der Folge die Wirtschaftlichkeit weiter verbessern. Durch die Nutzung der Plasmablasen (d.h. Gasblasen, in denen ein nichtthermisches Plasma vorherrscht) sowie die Kombination der weitgehend getrennt voneinander ablaufenden endothermen Plasma- und weitgehend exothermen Synthesereaktionen in-situ im DBD-Reaktor, werden der energetische Wirkungsgrad sowie der chemische Umsatzgrad des Prozesses entscheidend erhöht. Im Vergleich zum Stand der Technik weist die Erfindung folgende Vorteile auf: 1. Direkte Zufuhr des H2+CO2+CxHy-Feedgases zum (Synthese) DBD-Reaktor, da eine in-situ RWGS und Reformierung erfolgt. 2. Starke Verringerung der Komplexität von DBD-Reaktor und Gesamtprozess (Kombination von RWGS/Reformierung in einem nichtthermischen Plasma mit thermokatalytischen Synthese-Reaktionen) im Rahmen einer Power-to-Liquid (PtL)-Anlage. 3. Verbesserung der Skalierbarkeit durch starke Modularität zu geringen Modulkosten. 4. Starke Verringerung der Betriebskosten (OPEX) sowie der Investitionsausgaben (CAPEX). 5. Schnelle Marktrealisierung. 6. DBD-Reaktoren können besonders leistungsflexibel (Teillast und An-Aus) betrieben werden, da sie sehr einfach und unter moderateren Betriebsbedingungen (Druck, Temperatur) betrieben werden können, sofern die zum Ablauf der thermokatalytischen Reaktionen erforderlichen Betriebsbedingungen dem nicht entgegensprechen. Eine direkte Kopplung mit Windkraft-, PV-Anlagen, etc. ist damit prinzipiell ebenfalls denkbar. 7. Verbesserung der Produktqualität bzw. Konzentration, insbesondere bei der Synthese von Methan, da die Reaktionsbedingungen (primär geringere Temperatur) bzgl. des chemischen Gleichgewichtes einen höheren chemischen Umsatzgrad aufweisen. 8. Die Erfindung kann prinzipiell den benötigten Wasserstoff auch selbst in den Plasmablasen erzeugen, was eine separate z.B. Elektrolyse überflüssig machen und entsprechend die Wirtschaftlichkeit weiter erhöhen würde. 9. Die Erfindung kann auch für die Synthese von z.B. Ammoniak (NH3) oder Salpetersäure (HNO3) oder andere Stickstoffverbindungen genutzt werden, sofern z.B. Stickstoff als zumindest Bestandteil des Feedgases sowie z.B. Wasser als Flüssigkeit im Reaktorraum genutzt werden. Erfindungswesentlich ist die erstmalige Nutzung eines flüssigen Dielektrikums bzw. einer Flüssigkeit im elektrischen Entladungsraum eines DBD-Reaktors einerseits für in-situ endotherme, Plasmalyse-/plasmakatalytische Reaktionen in der Gasphase und andererseits für exotherme, (in erster Linie, aber nicht ausschließlich) thermokatalytische Synthesereaktionen in der Flüssigphase (einschl. aller Phasengrenzflächen), unter Anwesenheit eines Katalysators. Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen: Fig. 1: einen DBD-Reaktor mit zentraler Elektrode zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Zuführung des Feedgases von oben im Gegenstrom durch die zentrale Elektrode in das flüssige Dielektrikum bzw. die Flüssigkeit, sowie Ableitung des Produktstromes nach oben; und Fig. 2: eine Variante des DBD-Reaktors mit Zuführung des Feedgases von unten durch die zentrale Elektrode in das flüssige Dielektrikum bzw. die Flüssigkeit. Die geometrische Form des DBD-Reaktors 1 hat für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens keine besondere Bedeutung, wobei im Minimum ein Reaktionsraum 4 mit einer zughörigen Kathode 5 in diesem von einer bevorzugt kühlbaren Außenwand 2 und einer Anode 11 als Gegenelektrode umgeben ist, in dessen Reaktionsraum 4 nach Anlegen einer AC-Hochspannung, oder einer gepulsten Hochspannung mit oder ohne Nulldurchgang, eine stille elektrische Entladung (Englisch: dielectric barrier discharge (DBD)) oder Plasmaentladung stattfindet. Der DBD-Reaktor gemäß Fig. 1 umfasst in einer ersten Variante eine dielektrische Außenwand 2 und einen diese umgebenden Kühlbehälter 3, der mit einem Kühlmittel gefüllt ist, welches in diesem Ausführungsbeispiel zugleich als Gegenelektrode/Anode 11 dient und wobei die dielektrische Außenwand 2 einen unten geschlossenen Reaktionsraum 4 umschließt. Als Kühlmittel im Kühlbehälter 3 kommt sowohl Wasser, eine ionische Flüssigkeit als auch Öl oder andere organische Kohlenstoffverbindungen in Betracht. Es können auch Gase und andere Flüssigkeiten zur Kühlung genutzt werden, sofern die Gegenelektrode/Anode 11 z.B. als Metallgitter, Rohr o.ä. ausgeführt wird. Hierfür kommen dann z.B. auch Konfigurationen mit Doppelentladungsspalt in Betracht, wie z.B. bei Ozon-Generatoren nach dem Stand der Technik üblich. Zentrisch im Reaktionsraum 4 befindet sich eine zentrale Kathode 5 die mit einer zentrischen Durchgangsbohrung 5‘ versehen ist und die mit einer AC-Hochspannungsquelle 6 verbunden ist. Die Kathode 5 endet in einem Abstand über dem Boden des unten geschlossenen Reaktionsraumes 4. Die Kathode 5 kann aus Edelstahl, Titan oder einem anderen Metall bestehen, wobei diese zum Schutz vor Korrosion und/oder eine Anpassung des elektrischen Feldes mit einer dünnen Beschichtung aus einem widerstandsfähigen Isolatormaterial, wie beispielsweise einer Glas- oder Keramikbeschichtung versehen sein kann, oder es kann auch ein die Kathode 5 dicht umgebender Isolator- oder Glaszylinder vorgesehen sein. Der Reaktionsraum 4 kann in mehrere funktionell unterschiedliche Zonen eingeteilt sein, nämlich eine Plasma- & Thermokatalysezone P&T und eine reine Thermokatalysezone T, die in vertikaler Anordnung unmittelbar ineinander übergehen (Fig. 1). Der Reaktionsraum 4 ist mit einem oder mehreren unterschiedlichen Festkörperkatalysatoren 7 in Granulatform und zusätzlich mit einer Flüssigkeit 8, z.B. einem Dielektrikum, zumindest teilweise gefüllt, d.h. der aktuelle Füllstand 8‘ der Flüssigkeit 8 endet oberhalb des Festkörperkatalysators 7. Wenn der Reaktionsraum 4 mit flüssigen Katalysatoren, oder mit schwebenden Katalysatorpartikeln in der Flüssigphase (Slurry) gefüllt ist, kann eine „homogene Katalyse“ erfolgen. Als Dielektrikum kann beispielsweise Paraffinöl verwendet werden. Der Reaktionsraum 4 ist oben mit einer Verschlussplatte 14 abgeschlossen, durch die sich die zentrale Kathode 5 erstreckt. Die Zuführung 10 des Feedgases erfolgt gem. Fig. 1 von oben durch die mit einer Durchgangsbohrung versehene zentrale Kathode 5, wobei das Feedgas am unteren Ende der Kathode 5 mittels Überdruck durch den Festkörperkatalysator 7 in die Flüssigkeit 8 im Reaktionsraum 4 gedrückt wird, wodurch sich nach oben aufsteigende Gasblasen mit variabler Größe in Kontakt zum Festkörperkatalysator 7 ausbilden. Weiterhin befindet sich in der Verschlussplatte 14 eine Ableitung 12 für den Produktstrom. Zur Erzeugung eines Blasenvorhanges oder von einer bzw. mehreren Multiblasensäulen im Reaktionsraum 4 kann die Durchgangsbohrung in der zentralen Kathode 5 unten auch durch einen Gasblasengenerator 9 abgeschlossen sein. Als Gasblasengenerator 9 kann hier z.B. ein Bimsstein, Kohlenstoffschaum oder Siliziumkarbidschaum o.dgl., oder im einfachsten Fall die im Katalysator 7 unten endende Durchgangsbohrung 5‘ verwendet werden. Um die aufsteigenden Gasblasen in Plasmablasen zu verwandeln, ist ein hinreichendes elektrisches Feld erforderlich, das sich zwischen der zentralen Kathode 5 und der den Reaktionsraum 4 sowie die dielektrische Außenwand 2 umgebenden Anode 11, oder im Falle einer parallelen Anordnung der Elektroden zwischen den Elektroden bei Anlegen einer elektrischen AC-Hochspannung, oder einer gepulsten Hochspannung, aus einer Hochspannungsquelle 6 ausbildet. Unter einer gepulsten Hochspannung soll verstanden werden, dass die Impulse ausschließlich im positiven oder negativen Bereich erzeugt werden, oder einen Nulldurchgang aufweisen, wobei die Impulse Rechteck- oder Dreieckimpulse o.dgl. sein können. Die funktionsnotwendige Anode 11 kann im einfachsten Fall durch das Kühlmittel im Kühlbehälter 3, wie Kühlwasser oder eine ionische Flüssigkeit, gebildet werden, indem das Kühlmittel geerdet wird. Alternativ kann die Anode 11 auch großflächig als Folie, als Netz oder als Drahtwicklung, bzw. in Form einer Metallbeschichtung oder Rohr direkt die dielektrische Außenwand 2 bzw. den Kühlbehälter 3 umgeben. Fig. 2 zeigt eine weitere Variante des DBD-Reaktors 1, bei der die Zuführung 10 des Feedgases von unten durch die zentrale Kathode 5 erfolgt. Die zentrale Kathode 5 ist hier als Rohr ausgeführt, das durch eine dielektrische Außenwand 2 umschlossen wird, so dass sich zwischen der zentralen Kathode 5 und der Außenwand 2 ein Rektionsraum 4 ausbildet, der zeichnungsgemäß oben und unten durch eine Dichtung 13 z.B. aus Gummi oder einem Klebemittel abgeschlossen ist, wobei die Dichtungen 13 die Kathode 5 gleichzeitig zentrisch in der dielektrischen Außenwand 2 des DBD-Reaktors 1 halten. Der Reaktionsraum 4 umgibt hier ebenfalls die Kathode 5 und ist ebenfalls teilweise mit einem Festkörperkatalysator 7 in Granulatform, oder einem flüssigen Katalysator und zusätzlich mit einer Flüssigkeit 8, z.B. einem Dielektrikum, teilweise gefüllt. Als Dielektrikum kann beispielsweise Paraffinöl verwendet werden. Der Füllstand 8‘ (Pegelstand) der Flüssigkeit 8 überragt die Füllung des Reaktionsraumes 4 mit dem Katalysator 7. Umgeben wird der Reaktionsraum 4 hier ebenfalls durch einen Kühlbehälter 3, der mit einem Kühlmittel gefüllt ist, welches gleichzeitig als Gegenelektrode/Anode 11 dient. Der Reaktionsraum 4 ist hier mit einer oberen und einer unteren Verschlussplatte 15, 16 versehen, wobei die Zuführung 10 für das Feedgas durch die untere Verschlussplatte 16 unmittelbar in die zentrale Kathode 5 und von dort durch Öffnungen 17 in der Kathode 5 seitlich in den Reaktionsraum 4 erfolgt. Diese Öffnungen 17 dienen hier gleichzeitig der Erzeugung von Gasblasen, so dass die Gasblasen im Reaktionsraum 4 durch den Katalysator 7 und die Flüssigkeit 8 aufsteigen können, wobei gleichzeitig durch Anlegen einer AC- Hochspannung oder einer gepulsten Hochspannung von einer Hochspannungsquelle 6 an die Kathode 5 und Masse an die Anode 11 in den Gasblasen ein kaltes Plasma gezündet wird. Das Plasma wird hierbei so betrieben, dass die Gasblasen weiter in sehr kleine Gasblasen “zerstäubt” werden und vorzugsweise mit der Flüssigkeit als Schaum oder Plasmaschaum vorliegen. Nachdem die Gasblasen den Reaktionsraum 4 passiert haben, werden die Reaktionsprodukte durch die oberen Öffnungen 18 in die zentrale Kathode 5 geleitet und von dort durch die obere Verschlussplatte 15 und die Ableitung 12 als Produktstrom entnommen. Die als Rohr ausgeführte Kathode 5 ist zwischen den unteren und den oberen Öffnungen 17, 18 mit einer Vergussmasse 19, oder einer anderen Dichtung verfüllt. Der vertikale Reaktionsraum 4 nach Fig. 1 oder Fig. 2 kann in mehrere Zonen eingeteilt sein, z.B. unten in die bereits genannte Plasma- & Thermokatalysezone P&T und oben in die bereits genannte reine Thermokatalysezone T, oder umgekehrt, wobei verschiedene Katalysatoren eingesetzt werden können. Es versteht sich, wie bereits dargelegt, dass grundsätzlich auch andere Bauformen des DBD-Reaktors 1 mit beispielsweise planaren Elektroden, die gegenüberliegend einen zylindrischen oder eckigen Reaktionsraum abschließen, möglich sind. Der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete DBD-Reaktor 1 muss einen Reaktionsraum 4 mit einer zugehörigen Elektrode (zentrale Kathode 5) umfassen, der durch eine bevorzugt kühlbare dielektrische Außenwand 2 umgeben wird, wobei dessen geometrische Form keine wesentliche Rolle spielt. Es können pro Reaktorrohr auch zwei Reaktionsräume 4 beiderseitig der dielektrischen Außenwand 2 vorhanden sein. Der äußere Reaktionsraum wird dann wiederum von z.B. einem gekühlten, geerdeten Metallrohr umschlossen. Die elektrische Polarität von Kathode und Anode kann zudem auch umgekehrt ausgeführt sein. Die dielektrische Außenwand 2 des Reaktionsraumes 4 kann in jeglicher Ausführung aus Glas, Quarz oder Borosilikatglas, Keramik, Kunststoff, o.ä. bestehen. Die funktionsnotwendige Gegenelektrode/Anode 11, welche die dielektrische Außenwand 2 umgibt, ist im einfachsten Fall das Kühlmittel selbst (z.B. Kühlwasser), indem das Kühlmittel geerdet wird - sofern es die Druck- und Temperaturverhältnisse zulassen. Auch kann eine Vielzahl solcher DBD-Reaktoren 1 in einem gemeinsamen Außengehäuse als Reaktorbatterie bzw. Rohrbündelapparat untergebracht werden; das gemeinsame Wasserbad wäre dann eine gemeinsame Gegenelektrode und ein Kühlmedium zugleich. Andere Bauformen des DBD-Reaktors 1 mit beispielsweise planaren Elektroden, die gegenüberliegend einen zylindrischen oder eckigen Reaktionsraum 4 abschließen, sind ebenfalls möglich. Für Anwendungszwecke bei höheren Temperaturen kann statt Wasser z.B. eine ionische Flüssigkeit zum Einsatz kommen. Diese erfüllt dieselbe Funktion bei hervorragender elektrischer Leitfähigkeit sowie sehr geringem Dampfdruck und einer hohen chemischen Stabilität bei hohen Temperaturen (über 300°C). Der Betrieb des DBD-Plasmareaktors 1 bei bis zu 300°C ist zum Ablauf der Synthesereaktionen eventuell funktionsnotwendig. Der Einsatz einer ionischen Flüssigkeit zur Realisierung einer Gegenelektrode/Anode 11 unter diesen Bedingungen ist bislang in Zusammenhang mit DBD- Plasmareaktoren nicht bekannt und damit ebenfalls erfindungswesentlich. Alternativ kann die Gegenelektrode/Anode 11 auch großflächig als Folie, als Netz oder als Drahtwicklung oder in Form einer Metallbedampfung ausgeführt sein, die geerdet ist. Eine solche Ausführung wäre dann funktionsnotwendig, wenn als Kühlmittel anstelle von Wasser oder der ionischen Flüssigkeit ein elektrisch nicht leitfähiges Öl als Kühlmittel verwendet wird. Sie kann aber dennoch auch mit Wasser oder einer ionischen Flüssigkeit kombiniert werden. Ein weiteres Merkmal des beschriebenen Aufbaus des DBD- Reaktors 1 ist, dass die Rückgewinnung freier Wärme ebenfalls ermöglicht wird - sei es über die beschriebenen Varianten zur Realisierung der flüssigen Gegenelektrode 11 (Wasser, Öl, ionische Flüssigkeit fungieren ggf. als Zwischenwärmekreislauf) und/ oder über den heißen Produktstrom. Grundsätzlich könnten die drei genannten Varianten zur Realisierung der Gegenelektrode/Anode 11 ungekühlt bleiben oder luftgekühlt werden, indem eine ausreichende Wärmeabfuhr aus dem Reaktionsraum 4 über den Produktstrom 12 realisiert wird. Die Hochspannungselektrode, d.h. die Kathode 5 im Reaktionsraum 4, ist mit einer AC-Hochspannungszuführung oder mit einem geeigneten Spannungspulser verbunden und kann aus Edelstahl, Titan oder einem anderen geeigneten Metall bestehen. Sie kann auch als Rohr ausgeführt werden (s.o.). Das in einem der beschriebenen DBD-Reaktoren 1 durchgeführte Verfahren zur Synthese von organischen Kohlenstoffverbindungen lässt sich ohne besondere Probleme jederzeit starten oder unterbrechen. Damit kann als Hochspannungsquelle 6 im weitesten Sinne eine Windkraftanlage, oder eine andere Quelle von sogenannter erneuerbarer Energie, wie eine Solaranlage, in Betracht kommen, und zwar dergestalt, dass die Energie dann genutzt wird, wenn diese nicht in das Energienetz eigespeist werden kann, wie das bei einer sogenannten „Überproduktion“ der Fall ist und was ansonsten zum Abschalten der Windkraft- oder Solaranlage führen würde. Somit können diese Energiequellen ständig in Betrieb bleiben, wobei lediglich eine Umschaltung von der Einspeisung in das öffentliche Netz auf den DBD-Reaktor 1 erforderlich wäre. Auf diese Weise kann der Energieüberschuss zur Produktion von organischen Kohlenstoffverbindungen oder auch anderen Zwischenprodukten, wie NH3, mit grüner Energie genutzt werden. Zum Schutz vor Korrosion sowie ggf. zur Anpassung des elektrischen Feldes können die Elektroden, die ansonsten in direktem Kontakt zum Reaktionsraum 4 stünden, auch mit Glas, Kunststoff oder einem anderen geeigneten widerstandsfähigen Isolationsmaterial umhüllt sein. Alternativ kann eine Elektrode auch gänzlich aus einem innen mit Metall bedampften Glasrohr bestehen (vgl. Ozonherstellung), welches durch ein Kühlmittel durchströmt sein kann. Der Reaktionsraum 4 kann mit einem Feststoffkatalysator, einem flüssigen Katalysator oder einem inerten Füllmaterial (z.B. Al2O3), das nur durch seine Erhöhung der Reaktionsoberfläche wirkt (z.B. durch eine Anhäufung von Elektronen auf seiner Oberfläche), und zumindest teilweise mit einer Flüssigkeit, wie z.B. Öl, Methanol, Wasser o.ä., gefüllt sein. Der Feststoffkatalysator kann geeignete Formen, wie Kugeln, Stiften, Tabletten o.dgl. besitzen, oder als Granulat ausgebildet sein, so dass nach dem Einfüllen in den Reaktionsraum 4 ausreichend Lücken frei sind, so dass ein Aufsteigen der Plasmablasen (Gasblasen, in denen die gewünschten Plasmaentladungen stattfinden) durch den vertikal ausgerichteten Reaktionsraum 4 möglich ist. Als Katalysator 7 können auch Gitterplatten/Roste oder ähnliche Strukturen in Betracht kommen, die im Reaktionsraum 4 in geeigneter Weise gestapelt/positioniert werden. Verwendbar ist auch die Anwesenheit schwebender Katalysatorpartikel in der Flüssigphase (Slurry). Zusätzlich kann die Innenfläche des Katalysatorraumes 4 mit einem Katalysator beschichtet sein. Von zentraler Bedeutung ist, dass zum einen große Katalysatoroberflächen zum Ablauf der Reaktionen geschaffen werden und zum anderen ein weitgehend ungehindertes Aufsteigen der Plasmablasen rotz Anwesenheit des Katalysators gewährleistet ist. Die Zufuhr des Feedgases erfolgt sowohl nach Fig. 1 als auch nach Fig. 2 im unteren Bereich des Reaktionsraumes 4, wohingegen die erzeugten Reaktionsprodukte in einem Produktstrom oben aus dem Reaktionsraum 4 entlassen werden (ggf. als Zweiphasenströmung), oder in geeigneter, z.B. füllstandsgeregelter Form unten abgeführt werden. Das im Reaktionsraum 4 ggf. ebenfalls entstehende Wasser kann zusammen mit dem Produktstrom oben oder unten abgeleitet werden. Um die Ausbildung von mindestens einer Blasensäule, bevorzugt jedoch als Blasenvorhang oder Multiblasensäule, welche möglichst den gesamten Querschnitt des Reaktionsraumes des DBD-Reaktors 1 umfasst, zu unterstützen, kann auch eine leichte, aufwärts gerichtete Strömung der Flüssigkeit erzeugt werden, was durch Realisierung eines Flüssigkeitskreislaufes möglich ist. Die beschriebenen DBD-Reaktoren 1 sind für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von organischen Kohlenstoffverbindungen aus Feedgasen, die CO2, ggf. H2 sowie ggf. CxHy enthalten, besonders geeignet. Alternativ kann in den gleichen DBD-Reaktoren auch Ammoniak (NH3) als Zwischenprodukt hergestellt werden, indem als Feedgas Wasserstoff (H2) und Stickstoff (N2) zugeführt wird. Weiterhin kann eine Vielzahl an parallel angeordneten DBD- Reaktoren (1) in einem gemeinsamen Außengehäuse als Reaktorbatterie bzw. Rohrbündelapparat untergebracht sein, wobei das Außengehäuse mit einem gemeinsamen Kühlmittel (3) gefüllt ist und das Kühlmittel (3) zugleich als Anode (11) dient. Schließlich können die die DBD-Reaktoren (1) bzw. Reaktorbatterien in Serie mit zwei oder mehr Stufen angeordnet sein. Die freiwerdende Prozesswärme kann aus dem Kühlmedium ausgekoppelt und in einem zweiten Verfahren z.B. für die Abscheidung von CO2 aus der Atmosphäre genutzt werden.
Bezugszeichenliste: 1 DBD-Reaktor 2 dielektrische Außenwand 3 geerdetes Kühlmittel/Kühlbehälter 4 Reaktionsraum 5 zentrale Kathode 5‘ Durchgangsbohrung 6 AC- oder Puls-Hochspannungsquelle 7 Katalysator 8 Flüssigkeit 8‘ aktueller Füllstand der Flüssigkeit 9 Gasblasengenerator/Bubbler/Porenkörper 10 Zuführung für Feedgas 11 Gegenelektrode/Anode 12 Ableitung für den Produktstrom 13 Dichtung 14 Verschlussplatte 15 obere Verschlussplatte 16 untere Verschlussplatte 17 Öffnung 18 Öffnung 19 Vergussmasse P&T Plasma- & Thermokatalysezone T mögliche reine Thermokatalysezone

Claims

Verfahren und Vorrichtung zur Synthese von organischen Kohlenstoffverbindungen Patentansprüche 1. Verfahren zur Synthese von organischen Kohlenstoffverbindungen aus Feedgasen, enthaltend Kohlenstoffdioxid (CO2) und ggf. Wasserstoff (H2) sowie ggf. kurzkettige Kohlenwasserstoffe (CxHy), insbesondere zur chemischen Umwandlung dieser Gase mittels elektrischer Energie in einem mit einer Kathode sowie Gegenelektrode/ Anode versehenen DBD-Reaktor mit einem Reaktionsraum, in dem eine stille elektrische Entladung oder Plasmaentladung stattfindet, gekennzeichnet durch Füllen des Reaktionsraumes (4) des DBD-Reaktors (1) zumindest teilweise mit einer Flüssigkeit, sowie Hinzufügen eines Katalysators, Einstellen eines für einen hohen energetischen Wirkungsgrad als auch hohen chemischen Umsatzgrad dienlichen Temperatur- und Druckbereiches im Reaktionsraum (4), kontinuierliches und gleichmäßiges Einleiten der Feedgase in den Reaktionsraum (4) des DBD-Reaktors (1), unter Bildung von aufsteigenden Gasblasen im Reaktionsraum (4), verteilt über den Querschnitt des Reaktionsraumes (4) des DBD-Reaktors (1), Ausbilden eines nichtthermischen Plasmas in den aufsteigenden Gasblasen, indem zumindest lokal ausreichend hohe intermittierende elektrische Feldstärken durch Anlegen einer AC-Hochspannung oder einer gepulsten Hochspannung mit ausreichend hoher Frequenz zwischen der Elektrode/Kathode (5) und der die dielektrische Außenwand (2) umgebenden Gegenelektrode/Anode (11) erzeugt werden, Umwandeln der Bestandteile des zugeführten Feedgases in Reaktionsprodukte und Reaktionszwischenprodukte durch endotherme Reaktionen in den Gas- bzw. Plasmablasen (Gasblasen, in denen ein nichtthermisches Plasma vorherrscht), optional unter Nutzung der anwesenden Katalysatoren (Plasmalyse oder Plasmakatalyse), Herstellen von organischen Kohlenstoffverbindungen in exothermen Reaktionen mittels eines oder mehrerer Katalysatoren in der Flüssigphase nach der Diffusion der Reaktions(zwischen)produkte aus den Gas-/Plasmablasen über die Phasengrenzflächen in die Flüssigphase, indem die Flüssigkeit im elektrischen Entladungsraum des DBD-Reaktors zusätzlich für exotherme thermokatalytische Synthesereaktionen in der Flüssigphase einschließlich aller Phasengrenzflächen, unter Einsatz eines Katalysators, genutzt wird, und Entnahme/Ableiten der hergestellten Reaktionsprodukte, wie Kohlenwasserstoffe, in einem Produktstrom (12) aus dem DBD-Reaktor.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die im der Flüssigkeit aufsteigenden Gasblasen in Form von mindestens einer Blasensäule oder als Blasenvorhang oder als Multiblasensäulen über den Querschnitt des Reaktionsraumes ausgebildet werden, entweder durch geeignete Porenkörper, durch eine Vielzahl an feinen Bohrungen oder unter zunutze machen der Zerschlagung von Blasen in feinere Blasen oder in einen Blasenschaum durch die Plasmazündungen selbst, bzw. durch eine Kombination derselben.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass in den Reaktionsraum (4) Feststoffkatalysatoren, flüssige Katalysatoren, inertes Füllmaterial, oder ein Slurry eingebracht sind.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass inertes Füllmaterial anstatt eines Katalysators im herkömmlichen Sinne verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Flüssigkeit ein Öl, Methanol, Wasser oder eine sonstige geeignete Flüssigkeit verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr des Feedgases von unten in den Reaktionsraum (4) erfolgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Feedgas bei einem zylindrisch ausgeführten DBD-Reaktor (1) mit einer rohrförmigen zentrischen Elektrode (5) im Gegenstrom durch diese von oben nach unten in den unteren Bereich des Reaktionsraumes (4) eingeleitet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Reaktionsraum (4) eine Temperatur von 100 – 300°C eingestellt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Reaktionsraum (4) ein Druck von 1 – 60 bar(absolut) eingestellt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die den Reaktionsraum (4) sowie die dielektrische Außenwand (2) umgebende Gegenelektrode (11) durch ein ausreichend elektrisch leitfähiges Kühlmittel oder durch eine elektrisch leitfähige Oberfläche, wie z.B. ein Metallnetz oder -wandung auf der dielektrischen Außenwand (2), umgeben von einem elektrisch nicht leitfähigen Kühl- /Heizmedium, wie ein Thermoöl, gebildet wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das nichtthermische Plasma mit Hilfe einer AC-Hochspannung oder einer gepulsten Hochspannung erzeugt wird, indem eine Verbindung des DBD-Reaktors (1) mit einer Anlage zur Erzeugung von erneuerbarer Elektroenergie hergestellt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1, in dem die freiwerdende Prozesswärme aus dem Kühlmedium ausgekoppelt und in einem zweiten Verfahren z.B. für die Abscheidung von CO2 aus der Atmosphäre genutzt wird.
13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Synthese von organischen Kohlenstoffverbindungen, wie Kohlenwasserstoffe, bestehend aus einem DBD-Reaktor (1) mit einem vertikal ausgerichteten Reaktionsraum (4) der durch eine dielektrische Außenwand (2) umgeben ist, sowie einem den Reaktionsraum (4) umgebenden Kühlbehälter (3) mit einer geerdeten Gegenelektrode/Anode (11), sowie einer Kathode (5) im Reaktionsraum, wobei die Anode (11) und die Kathode (5) mit einer AC-Hochspannungsquelle oder gepulsten Hochspannungsquelle (6) verbunden sind und wobei das Feedgas von unten in den Reaktionsraum (4) geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktionsraum (4) in mehrere funktionell unterschiedliche Zonen eingeteilt sein kann, nämlich in eine Plasmalyse-/Plasma- sowie Thermokatalysezone (P&T) und eine reine Thermokatalysezone (T), die unmittelbar ineinander übergehen, dass der Reaktionsraum (4) mit einem oder mehreren Katalysatoren (7) und einer Flüssigkeit (8), bevorzugt einem Dielektrikum, gefüllt ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktionsraum (4) mit Feststoffkatalysatoren, flüssigen Katalysatoren, einem inerten Füllmaterial, oder einem Slurry und zumindest teilweise mit einer Flüssigkeit, gefüllt ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststoffkatalysatoren oder das inerte Füllmaterial in Granulatform oder in anderen diskreten Stücken den Reaktorraum füllen.
16. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Flüssigkeit (8) ein Öl, Methanol, Wasser oder eine sonstige geeignete Flüssigkeit verwendet wird.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktionsraum (4) zylindrisch mit geschlossenem Boden und einer dielektrischen Außenwand (2), die zudem noch von einem zweiten Reaktionsraum umgeben sein kann, ausgeführt ist und oben mit einer Verschlussplatte (14) verschlossen ist, dass eine zentrale Kathode (5) mit mindestens einer Bohrung ausgestattet ist und mit dem unteren Ende über dem Boden des Reaktionsraumes (4) mit einem Ausgang bzw. einer oder mehreren Bohrungen oder einem Gasblasengenerator (9) endet dass der die zentrale Kathode (5) umgebende Reaktionsraum (4) zumindest teilweise mit einem Katalysator (7) und einer Flüssigkeit gefüllt ist, dass die zentrale Kathode (5) die Verschlussplatte (14) durchdringt und zugleich mit einer Zuführung (10) für das Feedgas und einer Ableitung (12) für einen Produktstrom verbunden ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathode (5) mit einer dünnen Beschichtung wie Glas oder Keramik umhüllt ist, oder in einem Isolatorzylinder steckt.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktionsraum (4) zylindrisch mit einer dielektrischen Außenwand (2) begrenzt ist und mit einer oberen und einer unteren Verschlussplatte (15, 16) verschlossen ist, dass die Kathode (5) innerhalb der dielektrischen Außenwand (2) zentrisch fixiert ist, dass der die zentrale Kathode (5) umgebende Reaktionsraum (4) zumindest teilweise mit einem Katalysator (7) und einer Flüssigkeit gefüllt ist, dass die Zufuhr des Feedgases in den Reaktionsraum (4) durch die untere Verschlussplatte (16) erfolgt, dass die Ableitung des Produktstromes durch eine Ableitung (12) in der oberen Verschlussplatte (15) erfolgt.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass entsprechende Öffnungen (17) in der Kathode (5) die Funktion der Einblasung oder der Erzeugung vorzugsweise feiner Gasblasen haben.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl an parallel angeordneten DBD-Reaktoren (1) in einem gemeinsamen Außengehäuse als Reaktorbatterie bzw. Rohrbündelapparat untergebracht ist, dass das Außengehäuse mit einem gemeinsamen Kühlmittel (3) gefüllt ist und dass das Kühlmittel (3) zugleich die Anode (11) ist.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die DBD-Reaktoren (1) bzw. Reaktorbatterien in Serie mit zwei oder mehr Stufen angeordnet sind.
23. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der DBD-Reaktor (1) sinngemäß planar ausgeführt ist.
24. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 23 indem die Vorrichtung für Luft, Stickstoff (N2) und ggf. Wasserstoff (H2) genutzt wird, um Ammoniak (NH3) oder Salpetersäure (HNO3) zu synthetisieren, indem Wasser (H2O) als Flüssigphase im Reaktionsraum eingesetzt wird.
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