WO2023227710A1 - Hydrogenation process and dehydrogenation process for a carrier medium for hydrogen and system for carrying out processes of this kind - Google Patents

Hydrogenation process and dehydrogenation process for a carrier medium for hydrogen and system for carrying out processes of this kind Download PDF

Info

Publication number
WO2023227710A1
WO2023227710A1 PCT/EP2023/064025 EP2023064025W WO2023227710A1 WO 2023227710 A1 WO2023227710 A1 WO 2023227710A1 EP 2023064025 W EP2023064025 W EP 2023064025W WO 2023227710 A1 WO2023227710 A1 WO 2023227710A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
hydrogenation
carrier medium
hydrogen carrier
reactor
dehydrogenation
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/064025
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jonas OBERMEIER
Alexander Weiss
Caspar PAETZ
Michael Kohles
Original Assignee
Hydrogenious Lohc Technologies Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hydrogenious Lohc Technologies Gmbh filed Critical Hydrogenious Lohc Technologies Gmbh
Publication of WO2023227710A1 publication Critical patent/WO2023227710A1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/0005Reversible uptake of hydrogen by an appropriate medium, i.e. based on physical or chemical sorption phenomena or on reversible chemical reactions, e.g. for hydrogen storage purposes ; Reversible gettering of hydrogen; Reversible uptake of hydrogen by electrodes
    • C01B3/001Reversible uptake of hydrogen by an appropriate medium, i.e. based on physical or chemical sorption phenomena or on reversible chemical reactions, e.g. for hydrogen storage purposes ; Reversible gettering of hydrogen; Reversible uptake of hydrogen by electrodes characterised by the uptaking medium; Treatment thereof
    • C01B3/0015Organic compounds; Solutions thereof
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0006Controlling or regulating processes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/2455Stationary reactors without moving elements inside provoking a loop type movement of the reactants
    • B01J19/2465Stationary reactors without moving elements inside provoking a loop type movement of the reactants externally, i.e. the mixture leaving the vessel and subsequently re-entering it
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/001Controlling catalytic processes

Definitions

  • the invention relates to a hydrogenation process and a dehydrogenation process for hydrogen carrier media as well as a system for carrying out such processes.
  • CN 101 993 721 A discloses a system and a method for hydrogenating a carrier material.
  • DE 10 2021 203 883 A1 discloses a method and a system for providing hydrogen gas.
  • EP 1 081 780 A2 discloses a hydrogen supply system for a fuel cell.
  • Hydrogen carrier media in particular liquid organic hydrogen carriers (LOHC)
  • LOHC liquid organic hydrogen carriers
  • Special process conditions in particular pressure and temperature, are required to carry out the hydrogenation or dehydrogenation processes.
  • the greatest possible use of water absorption capacity is sought, i.e. almost complete hydrogenation in the hydrogenation process or almost complete dehydrogenation in the dehydrogenation process. This allows the logistics effort and costs to be reduced.
  • volatile hydrogen reductions such as industrial processes and/or mobility applications, in particular gas stations, can cause fluctuations in the hydrogen demand that is to be covered by a dehydrogenation process. Similar challenges arise for the dehydrogenation reaction and the system required for it.
  • the power control is based on the input parameters pressure, temperature and educt mass flow.
  • Educt mass flow is understood to mean the mass flow supplied to a reactor, i.e. in particular the sum of all starting materials supplied to the reactor, i.e. educts. It has been shown that power control using temperature is fundamentally possible. Due to the inertia of the hydrogenation and dehydrogenation processes, the temperature has proven to be unsuitable as a control parameter for volatile hydrogen sources or for reducing volatile hydrogen, i.e. for highly dynamic operation.
  • Power control using pressure is also possible in principle, but has disadvantages in the lower partial load range.
  • Power control by means of the educt mass flow is fundamentally possible and is particularly conceivable in the case of small power fluctuations in systems, which today are usually designed at load points of 80%, 100% and 120%.
  • the peak load range i.e. at a load of more than 120% of the nominal load
  • strong changes in the educt mass flow would be required, which would result in a greatly changed fluid dynamics of the entire system .
  • the result would be that not all operating states can be implemented and, in particular, the design of system components, especially pumps, in a high load range would become very complex and, in particular, costly.
  • the invention is based on the object of improving the hydrogenation and dehydrogenation of hydrogen carrier medium under volatile conditions, in particular when coupled to volatile hydrogen sources and/or volatile hydrogen sinks, and in particular of providing a flexible power control for a hydrogenation process and/or a dehydrogenation process.
  • the core of the invention is that power control in a hydrogenation process or a dehydrogenation process takes place based on the initial degree of hydrogenation of the hydrogen carrier medium provided.
  • the educt i.e. the hydrogen carrier medium
  • the power control according to the invention is therefore based on an inherent component of the method.
  • the additional effort for implementing the power control according to the invention is minimized and, in particular, unnecessary.
  • the performance control of the chemical reaction i.e. the hydrogenation reaction and/or the dehydrogenation reaction
  • the power control is simplified compared to the prior art, in which a performance map is defined, for example, based on the reaction temperature, the reaction pressure and / or the hydrogenation stroke or dehydrogenation stroke.
  • a process engineering design of the system components used is uncomplicated, especially here the educt mass flows are essentially unchanged.
  • the process according to the invention can be operated stably even with major changes in the reaction conditions. Both the catalyst material and the hydrogen carrier medium are not negatively affected. There are no stability problems and in particular the quality, i.e.
  • the purity of the hydrogen gas released is unimpaired. Because the method according to the invention enables an enlarged performance map, it is possible to save hydrogen gas buffer storage capacities. Such a process causes reduced investment costs and makes economic sense. In particular, such a method can also be operated at low partial load and in particular at a load of up to 0%.
  • condition of the hydrogen carrier medium i.e. its initial degree of hydrogenation, can advantageously be used as a basis for the power control.
  • the design of system components for the liquid phase, especially pumps and lines, is therefore unproblematic.
  • the driving force for the required chemical reactions can be defined and, in particular, influenced in a targeted manner via the initial degree of hydrogenation of the hydrogen carrier medium. If the initial degree of hydrogenation is reduced, the performance in the hydrogenation process is increased and the performance in the dehydrogenation process is reduced.
  • the initial degree of hydrogenation is understood to be the degree of hydrogenation that the hydrogen carrier medium has when it is fed into a reactor required for the hydrogenation process or the dehydrogenation process, i.e. a hydrogenation reactor or a dehydrogenation reactor.
  • the initial degree of hydrogenation is understood to be the degree of hydrogenation that the hydrogen carrier medium has when it is removed from the reactor required for this after the hydrogenation process or after the dehydrogenation process, i.e. after the reaction carried out in each case.
  • the initial degree of hydrogenation is greater than the initial degree of hydrogenation.
  • the initial degree of hydrogenation is greater than the initial degree of hydrogenation.
  • the difference between the input hydrogenation level and the output hydrogenation level indicates the hydrogenation or dehydrogenation stroke.
  • the degree of hydrogenation is understood to be the molar balance, i.e. the percentage of a carrier molecule or a mixture of carrier molecules that has already bound hydrogen. It has proven to be useful to define limit values for different degrees of hydrogenation.
  • the degree of hydrogenation according to the hydrogenation process for the hydrogen carrier medium is more than 95%.
  • Hydrogen carrier medium loaded in this way is referred to as LOHC-H.
  • the degree of hydrogenation after the dehydrogenation process is in particular less than 15%.
  • Such hydrogen carrier medium is referred to as LOHC-D.
  • Partially hydrogenated hydrogen carrier medium or mixtures of different hydrogen carrier media can have a degree of hydrogenation between 15% and 95%.
  • Such a hydrogen carrier medium is referred to as LOHC-X.
  • Hydrogen carrier media that have a comparatively higher degree of hydrogenation than LOHC-D can be used to increase the initial degree of hydrogenation.
  • An increased degree of initial hydrogenation results in a reduction in the performance of the hydrogenation process.
  • An increased degree of initial hydrogenation results in an increase in performance in the dehydrogenation process.
  • the power control based on the input degree of hydrogenation is based on the knowledge that the input degree of hydrogenation serves as a thermodynamic driving force for the respective reaction, especially at the entry into the respective reactor. If an educt, i.e. a hydrogen carrier medium, is supplied to the hydrogenation process with a comparatively low initial degree of hydrogenation, in particular in relation to a normal operating point, the thermodynamic driving force and thus the performance in the hydrogenation process increases. Conversely, the thermodynamic driving force and thus the performance in the hydrogenation process decreases if the initial degree of hydrogenation is greater than that of the hydrogen carrier medium at the normal operating point. Conversely, the performance in the dehydrogenation process decreases if the initial degree of hydrogenation of the hydrogen carrier medium is lower than at the normal operating point.
  • an educt i.e. a hydrogen carrier medium
  • the performance in the dehydrogenation process increases accordingly if the initial degree of hydrogenation of the hydrogen carrier medium is greater than at the normal operating point.
  • the background is that the changed driving force with the same residence time of the hydrogen carrier medium in the respective reactor results in a different performance, i.e. a different hydrogen absorption in the hydrogenation process or a different water gas release in the dehydrogenation process.
  • the initial degree of hydrogenation is a result of the initial degree of hydrogenation and the performance achieved in the respective process.
  • a particularly suitable hydrogen carrier medium is a carrier material which is in the at least partially loaded form (LOHC-H) as perhydro-dibenzyltoluene (HisDBT), as perhydro-benzyltoluene (HnBT), as methylcyclohexane (C7H14), which is at least partially discharged to toluene (CTHS).
  • LOHC-H perhydro-dibenzyltoluene
  • HnBT perhydro-benzyltoluene
  • C7H14 methylcyclohexane
  • CTHS toluene
  • LOHC-H carrier material
  • These compounds can be dehydrogenated to diphenylmethane and biphenyl.
  • the catalyst material has a metal, in particular platinum, palladium, nickel, rhodium and/or ruthenium.
  • the catalyst material is arranged in particular on a catalyst support and is in particular attached to it.
  • a ceramic material, in particular aluminum oxide, silicon oxide, titanium oxide and/or zirconium oxide, and/or activated carbon serves as the catalyst support.
  • the catalyst support is a porous oxide support.
  • the material of the catalyst support in particular has pores with a diameter of at least 2 nm, in particular at least 10 nm, in particular at least 20 nm, in particular at least 50 nm and in particular at least 100 nm.
  • the proportion by weight of the catalyst material, based on the catalyst support is between 0.1% and 10%.
  • the catalyst material includes in particular a large number of catalyst particles, in particular catalyst support particles, which are in particular present as pellets.
  • the catalyst particles are arranged in particular in the form of a fixed bed through which the hydrogen carrier medium, which is in particular liquid, flows.
  • hydrogen gas is stored, in particular on the hydrogen carrier medium.
  • the hydrogen carrier medium and hydrogen gas are fed into a hydrogenation reactor, in particular via separate lines.
  • the supplied hydrogen carrier medium is at least partially discharged and has the initial degree of hydrogenation.
  • the hydrogenated hydrogen carrier medium leaving the hydrogenation reactor has an initial degree of hydrogenation that is greater than its input degree of hydrogenation.
  • the dehydrogenation process causes the release of hydrogen gas from the water carrier medium.
  • hydrogen carrier medium which is at least partially loaded and has the initial degree of hydrogenation, is fed to a dehydrogenation reactor.
  • the dehydrogenation releases hydrogen gas from the hydrogen carrier medium, so that the dehydrogenated hydrogen carrier medium discharged from the dehydrogenation reactor has an initial degree of hydrogenation that is smaller than its input degree of hydrogenation.
  • hydrogen carrier medium that has technical quality can also be used.
  • LOHC-V is understood to mean, in particular, fresh hydrogen carrier medium that comes from a production process and in particular has not yet been hydrogenated.
  • LOHC-V is in particular completely aromatic, i.e. in particular only has aromatic hydrocarbon compounds.
  • the degree of hydrogenation of the LOHC-V is less than 10%, in particular less than 5%, in particular less than 3%, in particular less than 2%, in particular less than 1%, in particular less than 0.5% and is in particular 0%.
  • LOHC-V acts like an inert component to specifically reduce the initial hydrogenation level.
  • hydrogen carrier medium that is at least partially oxidized can be used to adjust the input hydrogenation level.
  • the initial degree of hydrogenation of LOHC-OX is in particular at least 20%, in particular at least 30%, in particular at least 40%, in particular at least 50% and in particular at most 95%.
  • the at least partially oxidized hydrogen carrier medium LOHC-OX enables the performance of the hydrogenation reaction to be increased because the absorption of hydrogen gas is increased by LOHC-OX.
  • LOHC-OX is first reduced with hydrogen gas and then additionally hydrated. As a result, increased performance can be created in the hydrogenation process in which LOHC-OX is added, particularly in a flexible and particularly temporary manner. It is particularly advantageous if, for example, more hydrogen gas is temporarily and particularly spontaneously made available from a source. By adding LOHC-OX, this additional hydrogen gas can be used.
  • Method according to claim 2 or 10 enable a particularly uncomplicated adjustment of the initial hydrogenation level.
  • additional media is not required.
  • the hydrogen carrier medium removed from the hydrogenation reactor or dehydrogenation reactor can be immediately recycled and fed back into the respective reactor.
  • so-called fresh, hydrogen carrier medium and already used, recycled hydrogen carrier medium the initial degree of hydrogenation for this mixture can be changed in a targeted manner.
  • the catalytic reaction in the hydrogenation reactor or the dehydrogenation reactor causes the hydrogen carrier medium not to have a single, uniform initial degree of hydrogenation, but in particular to have different initial degrees of hydrogenation.
  • the number of possible initial degrees of hydrogenation depends on the respective hydrogen carrier medium.
  • benzyltoluene as a hydrogen carrier medium has twelve discrete states of hydrogenation.
  • the hydrogenation state H12 has a maximum loading, in which twelve hydrogen atoms are bonded to benzyltoluene.
  • the medium degree of hydrogenation state H6 half of the maximum possible hydrogen atoms are bound to benzyltoluene and in HO no additional hydrogen atom is bound.
  • the hydrogen carrier medium leaving the hydrogenation reactor or the dehydrogenation reactor can be understood as a mixture of the hydrogen carrier medium with different initial degrees of hydrogenation. It is advantageous to separate the hydrogen carrier medium into several fractions in a separation unit depending on the initial degree of hydrogenation.
  • the fractions have the hydrogen carrier medium with the specific degree of hydrogenation state or with a certain degree of hydrogenation state range.
  • a degree of hydrogenation state range exists in particular when several degrees of hydrogenation states are combined in one fraction, for example H12 and H6.
  • a mixture of hydrogen carrier medium with a defined initial degree of hydrogenation can be specifically adjusted from the various fractions. For example, hydrogen carrier medium with a degree of hydrogenation of 90% can be mixed from 80% H12 and 20% H6 or from 90% H12 and 0% H O.
  • the various fractions can in particular be temporarily stored in separate storage containers.
  • Adjusting the input hydrogenation level according to claim 3 or 11 enables increased flexibility with regard to the adjustment of the input hydrogenation level.
  • additional hydrogen carrier media can be used and in particular added in order to influence the initial degree of hydrogenation.
  • Method according to claim 4 or 12 enable a more stable implementation of the method. Because the different material streams are mixed in a mixing unit before being fed into the respective reactor, inhomogeneous material properties of the material stream are avoided.
  • a method according to claim 5 enables the oversizing of a system so that flexible power control is improved, in particular in a partial load range and in a peak load range of the hydrogenation reactor.
  • the increased absolute educt mass flow is selected so that the system performance at a new operating point is identical to the normal operating point.
  • Method according to claim 6 or 14 in particular enable stable implementation. This avoids failures, particularly of pumps, lines and/or filters.
  • a mass flow is considered constant if deviations of at most +/- 20% of a nominal mass flow occur, in particular of at most +/- 15%, in particular of at most +/- 10%, in particular of at most +/- 5%, in particular of at most +/- 3%, in particular at most +/- 2%, in particular at most +/- 1% and in particular no deviations, i.e. 0%.
  • Method according to claim 7 or 15 increase the overall efficiency of the respective method, since in particular the energy expenditure for preheating the hydrogen carrier medium to be supplied is reduced.
  • the preheating of the hydrogen carrier medium to be supplied takes place in a heat exchanger and in particular by means of the hydrogen carrier medium returned from the reactor.
  • the heat exchanger is a so-called recuperator.
  • a partial stream of the hot product stream i.e. a mixture of at least partially dehydrogenated hydrogen carrier medium LOHC-D and released hydrogen gas
  • a reactant stream i.e. fresh, at least partially hydrogenated hydrogen carrier medium LOHC-H.
  • the at least partially dehydrated hydrogen carrier medium LOHC-D is present, in particular at least partially, in vapor form.
  • the heat transfer from the hot product stream to the fresh educt is improved because, in addition to the sensible heat, condensation heat is also transferred by at least partially condensing the vaporous LOHC-D.
  • a method according to claim 8 enables the advantageous use of hydrogen gas, which can in particular also be provided in fluctuating quantities. This makes the process suitable for using hydrogen gas that has been generated with renewable energies, in particular by wind power, by means of photovoltaic systems and by hydropower. The process enables advantageous dynamics.
  • a system according to claim 16 essentially has the advantages of the methods mentioned above, to which reference is hereby made.
  • a system can be used for the catalytic hydrogenation or catalytic dehydrogenation of hydrogen carrier medium. It is essential that a control unit is designed to regulate the catalytic hydrogenation and/or catalytic dehydrogenation in the reactor by adjusting the input degree of hydrogenation. For this purpose, the control unit is in signal connection with at least one funding means.
  • the at least one conveying means serves to convey the hydrogen carrier medium into the reactor.
  • the at least one conveying means is arranged directly in front of the reactor and in particular upstream of a mixing unit. It goes without saying that several conveying means can be provided, in particular if different hydrogen carrier media streams are fed to the reactor, in particular via separate lines.
  • at least one funding means is assigned to each line.
  • a system according to claim 17 simplifies the immediate return of the hydrogen carrier medium.
  • the system simplifies a process according to claim 2 or 10.
  • a separation unit for separating or enriching, i.e. only partially, not completely separating, the hydrogen carrier medium removed from the hydrogenation reactor or the dehydrogenation reactor is particularly advantageous.
  • the separation unit enables the hydrogen carrier medium to be separated.
  • the separation takes place in particular according to the chemical and/or physical properties of the hydrogen carrier medium. In particular, the separation takes place by distillation due to differences in boiling points and/or in a centrifuge due to differences in density.
  • the separation unit can be a separate unit.
  • the separation unit can also include several components, in particular several devices. For example, a coarse separation can be carried out depending on the density using a centrifuge and then a fine separation according to the boiling point using a distillation column.
  • the separation unit can also be integrated into a product buffer container.
  • a system according to claim 18 enables the flexible provision of additional hydrogen carrier medium at the system.
  • a system according to claim 19 enables different hydrogen carrier media to be mixed directly before being fed into the reactor.
  • a system according to claim 20 enables the processes to be carried out with increased overall efficiency.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a system according to the invention for hydrogenating hydrogen carrier medium according to a first exemplary embodiment
  • FIG. 2 is a diagram showing the dependence of a system performance on the input degree of hydrogenation of the hydrogen carrier medium in the system according to FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a representation corresponding to FIG. 1 of a system according to the invention for dehydrogenating hydrogen carrier medium according to a second exemplary embodiment
  • Fig. 4 is a diagram corresponding to Fig. 2 for the system in Fig. 3,
  • FIG. 5 shows a diagram corresponding to FIG. 2 to illustrate the power control for partial load states and peak load states
  • 6 is a diagram showing the functional relationship of the electrolyzer performance depending on the time of day when coupled to a renewable power generation source
  • 7 shows a representation of the hydrogenation reactor performance corresponding to FIG. 6 based on a peak performance of the electrolyzer
  • FIG. 8 shows a representation corresponding to FIG. 6 of a buffer storage charge state based on a daily electrolysis production
  • FIG. 9 is a representation corresponding to FIG. 1 of a system for hydrogenating hydrogen carrier medium according to a third exemplary embodiment
  • Fig. 10 is a representation corresponding to Fig. 3 of a system for dehydrogenating hydrogen carrier medium according to a fourth exemplary embodiment.
  • a system marked 1 as a whole in FIG. 1 is used to hydrogenate a hydrogen carrier medium.
  • the system 1 includes a reactor 2, which is designed as a hydrogenation reactor.
  • hydrogen gas buffer storage 4 hydrogen gas can be temporarily stored, i.e. buffered, in comparatively small quantities and in particular temporarily.
  • the hydrogen gas buffer storage is under pressure.
  • the hydrogen gas buffer storage 4 is fed by an electrolyzer 5, in which water is separated into hydrogen gas and oxygen gas by electrolysis, i.e. using electric current.
  • the electrolyzer 5 is operated with electrical power provided by a power generation unit 6.
  • the power generation unit 6 in particular enables the generation of electrical power from renewable energy sources such as wind power or solar radiation.
  • the power generation unit 6 is in particular a photovoltaic system and/or a wind turbine. However, other designs of the power generation unit are also possible.
  • the system 1 further comprises a first educt storage container 7, in which hydrogen carrier medium LOHC and in particular at least partially discharged hydrogen carrier medium LOHC-D, especially unpressurized and at room temperature, is stored.
  • the first educt storage container 7 is connected via a liquid line 8 to a mixing unit 9, which is connected to the hydrogenation reactor 2 via a further liquid line 8.
  • a liquid pump 10 is arranged on the liquid line 8 before and/or after the mixing unit 9 in order to convey the liquid hydrogen carrier medium into the hydrogenation reactor 2.
  • the pump 10 is arranged between the first educt storage container 7 and the mixing unit 9 in FIG.
  • the pump 10 forms a conveying means for conveying the hydrogen carrier medium along the liquid lines 8, in particular into the hydrogenation reactor 2 and out of the hydrogenation reactor 2.
  • a pump or a comparable conveying means can be arranged along each of the lines shown in FIG.
  • a discharge line 11 is connected to the hydrogenation reactor 2 and opens into a product buffer container 12.
  • a product storage container 13 is connected to the product buffer container 12 via a further liquid line 8.
  • a return line 14, which opens into the mixing unit 9, is also connected to the product buffer container 12. It is also conceivable that the return line 14 opens directly into the liquid line 8 connected to the hydrogenation reactor 2 or, alternatively, directly into the hydrogenation reactor 2, similar to the liquid line 8 connected to the hydrogenation reactor 2 and in particular adjacent to the liquid line 8 into the hydrogenation reactor 2 ends.
  • the product buffer container 12 is particularly optional.
  • a separation unit 25 is arranged downstream of the hydrogenation reactor 2.
  • the hydrogen carrier medium removed from the hydrogenation reactor 2 can be separated in the separation unit 25 and stored in particular in the separation unit 25. It is also conceivable that the hydrogen carrier medium is partially stored in the separation unit 25 and partially in the product buffer container 12. It is also conceivable to arrange several product buffer containers 12 in order to temporarily store the hydrogen carrier medium depending on the initial degree of hydrogenation. It is also conceivable that the hydrogenation level-dependent intermediate storage takes place in a single product buffer container 12, which can be designed in particular according to DE 10 2016 206 106 A1.
  • the separation unit 25 can also be arranged downstream of the product buffer container 12.
  • the separation unit 25 can also be arranged along the return line 14.
  • the hydrogenation reactor 2, the upstream mixing unit 9 and the downstream product buffer container 12 form a hydrogenation module 15.
  • the hydrogenation module 15 can also include the separation unit 25.
  • the system 1 has a second educt storage container 16, which is essentially identical to the first educt storage container 7 and is connected to the mixing unit 9 via a liquid line 8.
  • a pump also not shown, can be arranged along this liquid line 8.
  • Hydrogen carrier medium is stored in the second educt storage container, which differs in particular from the hydrogen carrier medium stored in the first educt storage container 7.
  • these are LOHC-V, LOHC-X or LOHC-OX. It can also be LOHC-D, the input degree of hydrogenation of which differs from the LOHC-D in the first educt storage container 7.
  • the system 1 comprises a control unit 17, which is in particular in a signal connection, in particular bidirectionally, with the pump 10.
  • the signal connection can be wired or wireless, in particular via a radio connection.
  • the radio connection is indicated by symbol 18 in Fig. 1.
  • control unit 17 can also be in, in particular bidirectional, signal connection with the hydrogenation reactor 2.
  • the system 1 has a sensor device 19, shown purely schematically in FIG. 1, which is suitable for detecting the initial degree of hydrogenation before the hydrogen carrier medium is fed into the hydrogenation reactor 2.
  • the sensor device 19 is in signal connection with the control unit 17.
  • the measured input degree of hydrogenation serves as a feedback variable for the control circuit of the control unit 17.
  • the sensor device 19 is arranged downstream of the mixing unit 9 and in particular immediately upstream of the hydrogenation reactor 2.
  • the functionality of the system 1 is explained in more detail below with reference to FIG. 2 and FIGS. 5 to 8.
  • the hydrogen carrier medium in particular in at least partially discharged form LOHC-D, is fed from the first educt storage container 7 to the hydrogenation reactor 2.
  • hydrogen, in particular hydrogen gas which has been generated by the electrolyzer 5 and temporarily stored in the hydrogen gas buffer storage 4, is provided. Since the electrical power required for this has been obtained from renewable energies, the supply of hydrogen gas can be volatile.
  • the performance of the hydrogenation reaction in the hydrogenation reactor 2 is regulated by specifically changing the initial degree of hydrogenation of the supplied hydrogen carrier medium.
  • hydrogen carrier medium that has already been hydrogenated in the hydrogenation reactor 2 with an initial degree of hydrogenation that is greater than the input degree of hydrogenation can be returned to the mixing unit 9 via the return line 14 and mixed with hydrogen carrier medium LOHC-D from the first educt storage container 7.
  • This mixture then has a higher initial degree of hydrogenation than LOHC-D. This allows the driving force for the hydrogenation reaction in the hydrogenation reactor 2 to be reduced.
  • the hydrogenation process carried out with the system 1 makes it possible to reduce the system output by specifically adjusting the input degree of hydrogenation, which has been measured in particular by means of the sensor device 19, by increasing the input degree of hydrogenation.
  • the input degree of hydrogenation which has been measured in particular by means of the sensor device 19, by increasing the input degree of hydrogenation.
  • the initial degree of hydrogenation is approximately 100%.
  • HG per d of 99% and 95% are marked for the different degrees of hydrogenation of the product stream.
  • the product stream after the hydrogenation reactor 2 therefore includes in particular LOHC-H.
  • This new design operating point BPoptioni is marked in Fig. 5.
  • This design therefore presupposes that hydrogen carrier medium with an initial degree of hydrogenation of 40% is already provided at the normal operating point, i.e. represents a mixture of LOHC-D and LOHC-H, i.e. LOHC-X.
  • the design of system 1 is chosen such that the relative system output P rei is unchanged compared to the initial normal operating point BPNormai. Since the mass flow remains essentially constant during power control.
  • Fig. 6 shows a standardized profile of hydrogen gas production using electrical power, which is provided by the power generation unit 6 in the form of a photovoltaic system. Based on the time of day, there is a peak performance in the early afternoon. Based on this volatile hydrogen gas source, various operating modes of a hydrogenation system are explained below with reference to FIGS. 7 and 8. According to a first operating mode, the system is operated with constant power. The corresponding constant operation curve is labeled KB in Figures 7 and 8.
  • a second operating mode takes into account power control in a power range of 40% to 120%, i.e. with partial load and peak load ranges.
  • the power is controlled via an adjustment of the mass flow.
  • the corresponding graphs are labeled MS in Figures 7 and 8.
  • a third mode of operation corresponds to the hydrogenation process according to the invention, i.e. a dynamic power control in a power range from 0% to 145%, with a changed normal operating point corresponding to FIG. 5 being defined at an input hydrogenation level of 40% and the power control taking place by adjusting the input hydrogenation level.
  • the corresponding graphs are labeled HG in Figures 7 and 8.
  • the various systems differ in their basic design, i.e. their nominal load based on the peak performance of the electrolyser 5. Since KB is operated constantly throughout the day, a significantly smaller design is possible compared to electrolyser 5 and is about 28%, but about 56% of the daily production of hydrogen gas must be temporarily stored in the hydrogen gas buffer storage 4. A large hydrogen gas buffer storage 4 is expensive and disadvantageous.
  • the system enables peak loads of up to 145% to be represented. Based on the daily balance, the system utilization is minimal compared to the two systems mentioned above and is less than half compared to the system in constant operation.
  • the method according to the invention enables, in particular, a continuous reduction in power towards partial load conditions and in particular towards 0% power.
  • the input degree of hydrogenation is increased, in particular continuously, i.e. in particular LOHC-H and/or LOHC-OX and/or LOHC-X are added, in the limit case completely hydrogenated LOHC.
  • 0% power corresponds to a so-called hot standby state.
  • the hydrogen carrier medium continues to flow through the hydrogenation reactor 2, but it does not produce any power or absorb any load, i.e. a hydrogenation reaction takes place.
  • the inlet degree of hydrogenation i.e. by lowering the inlet degree of hydrogenation, the hydrogenation reactor can go back into operation directly.
  • FIGS. 3 and 4 A further exemplary embodiment of the invention will be described below with reference to FIGS. 3 and 4.
  • Structurally identical parts have the same reference numbers as in the first exemplary embodiment, the description of which is hereby referred to.
  • Parts that are structurally different but functionally similar receive the same reference numerals with an a after them.
  • the reactor 2a is a dehydrogenation reactor. Accordingly, at least partially loaded hydrogen carrier medium LOHC-X and/or LOHC-H is stored in the first educt storage container 7.
  • hydrogen gas is released from the hydrogen carrier medium, which can be removed from the dehydrogenation reactor 2a by means of a hydrogen gas discharge line 20 and temporarily stored in an optional hydrogen gas buffer storage 4 before the hydrogen gas is provided to a hydrogen gas consumer 21.
  • the hydrogen gas consumer 21 is in particular a power generation unit and in particular a fuel cell.
  • the hydrogen gas consumer 21 can be a stationary system. However, it is also fundamentally conceivable that the hydrogen gas consumer 21 is a mobile unit, for example in a motor vehicle.
  • the hydrogen gas consumer 21 is a hydrogen gas interface, such as at a hydrogen gas filling station.
  • Hydrogen gas is made available to a consumer, in particular to a hydrogen gas tank in a vehicle, via the hydrogen gas interface.
  • the removal of hydrogen gas via the hydrogen gas interface is particularly volatile, so that power control of the dehydrogenation reaction in the dehydrogenation reactor 2a is required.
  • the control unit 17 is used for this purpose.
  • the hydrogen gas is removed from the dehydrogenation reactor 2a together with the at least partially dehydrogenated hydrogen carrier medium via a common discharge line and the two material streams are separated from one another in a separation unit.
  • the product buffer container 12 is connected to the product storage container 13 with the liquid line 8 in the manner described.
  • the system la also has a separation unit 25, which is arranged downstream of the dehydrogenation reactor 2a.
  • the separation unit 25 can be arranged upstream and/or downstream of the product buffer container 12 and in particular along the return line 14.
  • the mixing unit 9, the dehydrogenation reactor 2a and the product buffer container 12 form a dehydrogenation module 22.
  • the dehydrogenation module 22 can also include the separation unit 25.
  • the dehydrogenation process works analogously to the hydrogenation process.
  • the power control in the dehydrogenation reactor 2a takes place based on the adjustment of the input degree of hydrogenation.
  • a reduction in system performance towards partial load ranges is possible by reducing the initial degree of hydrogenation of the hydrogen carrier medium, especially with a constant educt mass flow.
  • the reduction in the initial degree of hydrogenation can be achieved in particular by adding at least partially dehydrogenated hydrogen carrier medium LOHC-X or LOHC-D. This can be done either via the return from the product buffer container 12 via the return line 14 and / or via the second educt storage container 16 by storing appropriate material.
  • this is achieved in the dehydrogenation process by supplying increasingly more dehydrogenated hydrogen carrier material and in particular completely dehydrogenated hydrogen carrier material LOHC-D.
  • the dehydrogenation reactor 2a In order to put the dehydrogenation reactor 2a back into operation, it is necessary to increase the input degree of hydrogenation again. In addition, the dehydrogenation reactor 2a must be heated. Unlike hydrogenation processes, the dehydrogenation process requires heating, so that the dehydrogenation reactor 2a must be kept at the temperature in hot standby mode while absorbing heat. This means that the heating of the dehydrogenation reactor by means of a heating unit 23, which provides a heat flow Q from the heating unit 23 to the dehydrogenation reactor 2a, must be regulated separately by means of the control unit 17.
  • the control unit 17 is in, in particular bidirectional, signal connection with the heating unit 23.
  • the dehydrogenation reactor 2a can be operated in the hot standby mode or in a so-called self-sustaining mode by releasing a minimum amount of hydrogen gas to the dehydrogenation reactor 2a to maintain a minimum operating temperature.
  • the minimum amount of hydrogen gas released can be used exclusively to heat the dehydrogenation reactor 2a.
  • the heating unit 23 is designed as a hydrogen gas burner and/or as a fuel cell, with in particular a branch of the hydrogen gas discharge line 20 being connected directly to the heating unit 23.
  • a new change to a load state of the dehydrogenation reactor 2a, i.e. a hydrogen gas requirement in the hydrogen gas consumer 21, could be realized faster and faster and therefore more dynamically from the hot standby operation.
  • the system 1b includes a hydrogenation reactor 2 and essentially corresponds to the first exemplary embodiment.
  • the hydrogenation module 15 additionally has a heat exchanger 24, which is used to preheat the educt.
  • the heat exchanger 24 is arranged in particular upstream of the mixing unit 9.
  • the heat exchanger is designed as a liquid-liquid heat exchanger.
  • the comparatively warm hydrogen carrier medium LOHC-H i.e. the product, which is at least partially hydrogenated in the hydrogenation reactor 2 serves to preheat the product, i.e. the at least partially dehydrogenated hydrogen carrier medium, in particular LOHC-D, LOHC-V or LOHC-X.
  • the return line 14 is connected to both the mixing unit 9 and the heat exchanger 24.
  • the product that is at least partially cooled in the heat exchanger 24 is fed from the heat exchanger 24 via a liquid line 8 to the product storage container 13.
  • the system 1c includes the dehydrogenation reactor 2a and the heat exchanger 24, which, as in the previous exemplary embodiment, serves to preheat the educt stream from the first educt storage container 7.
  • the heat exchanger 24 in this exemplary embodiment has the additional function of a separation unit.
  • the material stream discharged from the dehydrogenation reactor 2a and returned via the return line 14 includes, on the one hand, the product, i.e. LOHC-D, and the released hydrogen gas, both of which are in particular present as vapor or in the gas phase.
  • This hot mixture of LOHC-D and hydrogen gas can be fed to the mixing unit 9, whereby the mixer 9 could function as a washing unit and as a preheater.
  • the mixture of LOHC-D vapor and hydrogen gas could be introduced into fresh LOHC-H, i.e. starting material, using a distribution plate.
  • the mixture of LOHC-D and hydrogen gas would cool and, in particular, LOHC-D would condense. Both the sensible heat generated by steam cooling and the enthalpy of condensation could be used to preheat the LOHC-H.
  • the cooled hydrogen gas could be specifically discharged at the top of the mixing unit 9.
  • the mixture of LOHC-D and LOHC-H, i.e. LOHC-X, could be fed to the dehydrogenation reactor 2a.
  • the hot mixture of LOHC-D and hydrogen gas can be supplied to the heat exchanger 24, whereby condensation of the product, i.e. LOHC-D, can also take place in the heat exchanger.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Abstract

A system (1) for hydrogenating a carrier medium for hydrogen comprises a reactor (2) for catalytically hydrogenating the carrier medium for hydrogen, having an input degree of hydrogenation, at least one delivery means (10) for delivering the carrier medium for hydrogen to the reactor (2), and a control unit (17) which is in signal communication (18) with the at least one delivery means (10) and which is designed to control the catalytic hydrogenation in the reactor (2) by adapting the input degree of hydrogenation of the carrier medium for hydrogen.

Description

Hydrierverfahren und Dehydrierverfahren für ein Wasserstoffträgermedium sowie Anlage zum Durchführen derartiger Verfahren Hydrogenation process and dehydrogenation process for a hydrogen carrier medium and system for carrying out such processes
Die vorliegende Patentanmeldung nimmt die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 10 2022 205 290.0 in Anspruch, deren Inhalt durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird. The present patent application claims the priority of the German patent application DE 10 2022 205 290.0, the content of which is incorporated herein by reference.
Die Erfindung betrifft ein Hydrierverfahren und ein Dehydrierverfahren für Wasserstoffträgermedien sowie eine Anlage zum Durchführen derartiger Verfahren. The invention relates to a hydrogenation process and a dehydrogenation process for hydrogen carrier media as well as a system for carrying out such processes.
DE 10 2020 215 444 Al offenbart ein Verfahren und eine Anlage zur stofflichen Nutzung von Wasserstoff. DE 10 2020 215 444 A1 discloses a method and a system for the material use of hydrogen.
CN 101 993 721 A offenbart eine Anlage und ein Verfahren zum Hydrieren eines Trägermaterials. CN 101 993 721 A discloses a system and a method for hydrogenating a carrier material.
DE 10 2021 203 883 Al offenbart ein Verfahren und eine Anlage zum Bereitstellen von Wasserstoffgas. DE 10 2021 203 883 A1 discloses a method and a system for providing hydrogen gas.
EP 1 081 780 A2 offenbart ein Wasserstoffbereitstellungssystem für eine Brennstoffzelle. EP 1 081 780 A2 discloses a hydrogen supply system for a fuel cell.
Wasserstoffträgermedien, insbesondere flüssige organische Wasserstoffträger (LOHC), können reversibel mit Wasserstoff in katalytischen Verfahren hydriert, also beladen, und dehydriert, also entladen werden. Für die Durchführung der Hydrier- oder Dehydrierverfahren sind besondere Prozessbedingungen, insbesondere Druck und Temperatur erforderlich. Für eine möglichst effiziente und damit wirtschaftliche Durchführung der Verfahren wird eine möglichst große Ausnutzung einer Wasser-Aufnahmekapazität angestrebt, also eine nahezu vollständige Hydrierung beim Hydrierverfahren bzw. eine nahezu vollständige Dehydrierung beim Dehydrierverfahren. Dadurch können der Logistikaufwand und Kosten reduziert werden. Hydrogen carrier media, in particular liquid organic hydrogen carriers (LOHC), can be reversibly hydrogenated, i.e. loaded, and dehydrogenated, i.e. discharged, with hydrogen in catalytic processes. Special process conditions, in particular pressure and temperature, are required to carry out the hydrogenation or dehydrogenation processes. In order to carry out the process as efficiently and therefore economically as possible, the greatest possible use of water absorption capacity is sought, i.e. almost complete hydrogenation in the hydrogenation process or almost complete dehydrogenation in the dehydrogenation process. This allows the logistics effort and costs to be reduced.
Neben dem technischen Optimum sind reale Randbedingungen zu berücksichtigen, wobei die sogenannte Lastflexibilität für Anlagen zur Hydrierung und/oder zur Dehydrierung besonders wichtig ist. Wenn beispielsweise fluktuierende Wasserstoffquellen für die Hydrierung genutzt werden, ergibt sich eine volatile Wasserstoffgas-Bereitstellung. Beispielsweise bei der Erzeugung von grünem Wasserstoff aus regenerativen Energien mittels Windkraftanlagen und/oder Photovoltaikanlagen bewirken deren Stromerzeugungsprofile Schwankungen. Ein nachgeschalteter Elektrolyseur kann diesen Stromschwankungen folgen. Allerdings wird dadurch ein schwankender Fluidstrom von Wasser stoffgas erzeugt, wobei die Prozessdynamik des Hydrierverfahrens träge und das Verfahren selbst unflexibel ist, insbesondere wenn es bei Teillast betrieben wird. Unter Teillast wird verstanden, dass die Anlage bei einer Leistung unterhalb einer Nominallast bzw. unterhalb eines Auslegungspunktes, dem sogenannten Normalbetriebspunkt, betrieben wird. Unter der Dynamik des Verfahrens wird die Geschwindigkeit eines Lastwechsels verstanden. Die eingeschränkte Teillastfähigkeit folgt im Wesentlichen aus den Komponenten der Anlage, die auf Nominallast ausgelegt sind, wie beispielsweise Pumpen, Leitungen und/oder Filter. In addition to the technical optimum, real boundary conditions must be taken into account, with the so-called load flexibility being particularly important for hydrogenation and/or dehydrogenation systems. For example, if fluctuating hydrogen sources are used for hydrogenation This results in a volatile hydrogen gas supply. For example, when producing green hydrogen from renewable energies using wind turbines and/or photovoltaic systems, their electricity generation profiles cause fluctuations. A downstream electrolyzer can follow these current fluctuations. However, this creates a fluctuating fluid flow of hydrogen gas, with the process dynamics of the hydrogenation process being sluggish and the process itself being inflexible, especially when it is operated at partial load. Partial load means that the system is operated at an output below a nominal load or below a design point, the so-called normal operating point. The dynamics of the process refers to the speed of a load change. The limited partial load capability essentially results from the components of the system that are designed for nominal load, such as pumps, lines and/or filters.
Entsprechend können volatile Wasserstoff senken wie beispielsweise Industrieprozesse und/oder Mobilitätsanwendungen, insbesondere Tankstellen, Schwankungen bei dem Wasserstoffbedarf verursachen, der mit einem Dehydrierverfahren gedeckt werden soll. Für die Dehydrierreaktion und die dafür erforderliche Anlage ergeben sich entsprechend ähnliche Herausforderungen. Accordingly, volatile hydrogen reductions such as industrial processes and/or mobility applications, in particular gas stations, can cause fluctuations in the hydrogen demand that is to be covered by a dehydrogenation process. Similar challenges arise for the dehydrogenation reaction and the system required for it.
Fikrt, A. et al.: „Dynamic power supply by hydrogen bound to a liquid organic hydrogen carrier“, 194 (2017) 1-8, offenbart eine Leistungsregelung für eine Dehydrierreaktion von LOHC. Die Leistungsregelung basiert auf den Eingangsparametem Druck, Temperatur und Eduktmassenstrom. Unter Eduktmassenstrom wird der einem Reaktor zugeführte Massenstrom verstanden, also insbesondere die Summe aller dem Reaktor zugeführten Ausgangsstoffe, also Edukte. Es hat sich gezeigt, dass eine Leistungsregelung mittels der Temperatur grundsätzlich möglich ist. Aufgrund der Trägheit der Hydrier- und Dehydrierverfahren hat sich die Temperatur als Regelparameter bei volatilen Wasserstoffquellen oder volatilen Wasserstoff senken, also für einen hochdynamischen Betrieb, als nicht geeignet erwiesen. Die Leistungsregelung mittels des Drucks ist ebenfalls grundsätzlich möglich, weist jedoch Nachteile im unteren Teillastbereich auf. Die Leistungsregelung mittels des Eduktmassenstroms ist grundsätzlich möglich und insbesondere denkbar bei geringen Leistungsschwankungen von Anlagen, die heute zumeist bei den Lastpunkten 80%, 100% und 120% ausgelegt werden. Es hat sich aber gezeigt, dass bei größeren Leistungs- Schwankungen, also im unteren Teillastbereich, also bei einer Last von weniger als 80% der Nominallast, und im Spitzenlastbereich, also bei einer Last von mehr als 120% der Nominallast, starke Veränderungen des Eduktmassenstroms erforderlich wären, die eine stark veränderte Fluiddynamik des Gesamtsystems bewirken. Die Folge wäre, dass nicht alle Betriebszustände realisiert werden können und insbesondere die Auslegung von Anlagenkomponenten, insbesondere von Pumpen, in einem hohen Lastbereich, sehr komplex und insbesondere kostenaufwändig wird. Fikrt, A. et al.: “Dynamic power supply by hydrogen bound to a liquid organic hydrogen carrier”, 194 (2017) 1-8, discloses a power control for a dehydrogenation reaction of LOHC. The power control is based on the input parameters pressure, temperature and educt mass flow. Educt mass flow is understood to mean the mass flow supplied to a reactor, i.e. in particular the sum of all starting materials supplied to the reactor, i.e. educts. It has been shown that power control using temperature is fundamentally possible. Due to the inertia of the hydrogenation and dehydrogenation processes, the temperature has proven to be unsuitable as a control parameter for volatile hydrogen sources or for reducing volatile hydrogen, i.e. for highly dynamic operation. Power control using pressure is also possible in principle, but has disadvantages in the lower partial load range. Power control by means of the educt mass flow is fundamentally possible and is particularly conceivable in the case of small power fluctuations in systems, which today are usually designed at load points of 80%, 100% and 120%. However, it has been shown that with greater power Fluctuations, i.e. in the lower partial load range, i.e. at a load of less than 80% of the nominal load, and in the peak load range, i.e. at a load of more than 120% of the nominal load, strong changes in the educt mass flow would be required, which would result in a greatly changed fluid dynamics of the entire system . The result would be that not all operating states can be implemented and, in particular, the design of system components, especially pumps, in a high load range would become very complex and, in particular, costly.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Hydrieren und Dehydrieren von Wasserstoffträgermedium unter volatilen Bedingungen, insbesondere bei Kopplung an volatile Wasserstoffquellen und/oder volatile Wasserstoffsenken, zu verbessern und insbesondere eine flexible Leistungsregelung für ein Hydrierverfahren und/oder ein Dehydrierverfahren bereitzustellen. The invention is based on the object of improving the hydrogenation and dehydrogenation of hydrogen carrier medium under volatile conditions, in particular when coupled to volatile hydrogen sources and/or volatile hydrogen sinks, and in particular of providing a flexible power control for a hydrogenation process and/or a dehydrogenation process.
Diese Aufgabe wird durch ein Hydrierverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein Dehydrierverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 sowie durch eine Anlage mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst. This object is achieved by a hydrogenation process with the features of claim 1, by a dehydrogenation process with the features of claim 9 and by a system with the features of claim 16.
Der Kem der Erfindung besteht darin, dass eine Leistungsregelung bei einem Hydrierverfahren oder einem Dehydrierverfahren anhand des Eingangshydriergrads des zur Verfügung gestellten Wasserstoffträgermediums erfolgt. Insbesondere wurde erkannt, dass das Edukt, also das Wasserstoffträgermedium, für die Leistungsregelung vorteilhaft und unmittelbar genutzt werden kann. Die erfindungsgemäße Leistungsregelung basiert also auf einem inhärenten Bestandteil des Verfahrens. Der Zusatzaufwand für die Realisierung der erfindungsgemäßen Leistungsregelung ist minimiert und insbesondere entbehrlich. Es ist insbesondere möglich, die erfindungsgemäße Leistungsregelung an bereits existierenden Anlagen unkompliziert nachzurüsten. The core of the invention is that power control in a hydrogenation process or a dehydrogenation process takes place based on the initial degree of hydrogenation of the hydrogen carrier medium provided. In particular, it was recognized that the educt, i.e. the hydrogen carrier medium, can be used advantageously and directly for power control. The power control according to the invention is therefore based on an inherent component of the method. The additional effort for implementing the power control according to the invention is minimized and, in particular, unnecessary. In particular, it is possible to easily retrofit the power control according to the invention to existing systems.
Es wurde insbesondere erkannt, dass die Leistungsregelung der chemischen Reaktion, also der Hydrierreaktion und/oder der Dehydrierreaktion, durch Anpassen des Eingangshydriergrads dynamisch und flexibel möglich ist. Die Leistungsregelung ist gegenüber dem Stand der Technik, in dem ein Leistungskennfeld beispielsweise anhand der Reaktionstemperatur, des Reaktionsdruckes und/oder des Hydrierhubes oder Dehydrierhubes definiert ist, vereinfacht. Eine verfahrenstechnische Auslegung der verwendeten Anlagenkomponenten ist unkompliziert, insbesondere da die Eduktmassenströme im Wesentlichen unverändert sind. Insbesondere wurde erkannt, dass das erfindungsgemäße Verfahren auch bei starken Änderungen der Reaktionsbedingungen stabil betrieben werden kann. Sowohl das Katalysatormaterial als auch das Wasserstoffträgermedium werden nicht negativ beeinträchtigt. Es treten keine Stabilitätsprobleme auf und insbesondere ist die Qualität, also die Reinheit des freigesetzten Wasserstoffgases, unbeeinträchtigt ist. Dadurch, dass das erfindungsgemäße Verfahren ein vergrößertes Leistungskennfeld ermöglicht, ist eine Einsparung von Wasserstoffgaspufferspeicher-Kapazitäten möglich. Ein derartiges Verfahren verursacht reduzierte Investitionskosten und ist wirtschaftlich sinnvoll. Insbesondere kann ein derartiges Verfahren auch bei geringer Teillast und insbesondere bei einer Last von bis zu 0% betrieben werden. In particular, it was recognized that the performance control of the chemical reaction, i.e. the hydrogenation reaction and/or the dehydrogenation reaction, is possible dynamically and flexibly by adjusting the input degree of hydrogenation. The power control is simplified compared to the prior art, in which a performance map is defined, for example, based on the reaction temperature, the reaction pressure and / or the hydrogenation stroke or dehydrogenation stroke. A process engineering design of the system components used is uncomplicated, especially here the educt mass flows are essentially unchanged. In particular, it was recognized that the process according to the invention can be operated stably even with major changes in the reaction conditions. Both the catalyst material and the hydrogen carrier medium are not negatively affected. There are no stability problems and in particular the quality, i.e. the purity of the hydrogen gas released, is unimpaired. Because the method according to the invention enables an enlarged performance map, it is possible to save hydrogen gas buffer storage capacities. Such a process causes reduced investment costs and makes economic sense. In particular, such a method can also be operated at low partial load and in particular at a load of up to 0%.
Es wurde darüber hinaus erkannt, dass für die Leistungsregelung der Zustand des Wasserstoffträgermediums, also dessen Eingangshydriergrad, vorteilhaft zugrunde gelegt werden kann. It was also recognized that the condition of the hydrogen carrier medium, i.e. its initial degree of hydrogenation, can advantageously be used as a basis for the power control.
Dadurch ist es insbesondere möglich, dass der Eduktmassenstrom im Wesentlichen konstant und insbesondere vollständig konstant gehalten werden kann. Die Auslegung von anlagetechnischen Komponenten für die Flüssigphase, insbesondere von Pumpen und Leitungen ist dadurch unproblematisch. Die Triebkraft für die erforderlichen chemischen Reaktionen kann über den Eingangshydriergrad des Wasserstoffträgermediums definiert und insbesondere gezielt beeinflusst werden. Wenn der Eingangshydriergrad vermindert ist, wird dadurch die Leistung im Hydrierverfahren erhöht und im Dehydrierverfahren gesenkt. This makes it possible in particular for the educt mass flow to be kept essentially constant and in particular completely constant. The design of system components for the liquid phase, especially pumps and lines, is therefore unproblematic. The driving force for the required chemical reactions can be defined and, in particular, influenced in a targeted manner via the initial degree of hydrogenation of the hydrogen carrier medium. If the initial degree of hydrogenation is reduced, the performance in the hydrogenation process is increased and the performance in the dehydrogenation process is reduced.
Als Eingangshydriergrad wird der Hydriergrad verstanden, den das Wasserstoffträgermedium aufweist, wenn es für das Hydrierverfahren bzw. das Dehydrierverfahren in einen jeweils hierfür erforderlichen Reaktor, also einen Hydrierreaktor bzw. einen Dehydrierreaktor zugeführt wird. The initial degree of hydrogenation is understood to be the degree of hydrogenation that the hydrogen carrier medium has when it is fed into a reactor required for the hydrogenation process or the dehydrogenation process, i.e. a hydrogenation reactor or a dehydrogenation reactor.
Als Ausgangshydriergrad wird entsprechend der Hydriergrad verstanden, den das Wasserstoffträgermedium aufweist, wenn es nach dem Hydrierverfahren bzw. nach dem Dehydrierverfahren aus dem jeweils hierfür erforderlichen Reaktor abgeführt wird, also nach der jeweils durchgeführten Reaktion. Bei der Hydrierung ist der Ausgangshydriergrad größer als der Eingangshydriergrad. Bei der Dehydrierung ist der Eingangshydriergrad größer als der Ausgangshydriergrad. Die Differenz zwischen Eingangshydriergrad und Ausgangshydriergrad gibt den Hydrier- bzw. Dehydrierhub an. The initial degree of hydrogenation is understood to be the degree of hydrogenation that the hydrogen carrier medium has when it is removed from the reactor required for this after the hydrogenation process or after the dehydrogenation process, i.e. after the reaction carried out in each case. During hydrogenation, the initial degree of hydrogenation is greater than the initial degree of hydrogenation. During dehydrogenation, the initial degree of hydrogenation is greater than the initial degree of hydrogenation. The difference between the input hydrogenation level and the output hydrogenation level indicates the hydrogenation or dehydrogenation stroke.
Als Hydriergrad wird die molare Bilanz verstanden, also der prozentuale Anteil eines Trägermoleküls bzw. einer Mischung von Trägermolekülen, der bereits Wasserstoff gebunden hat. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, Grenzwerte für verschiedene Hydriergrade zu definieren. The degree of hydrogenation is understood to be the molar balance, i.e. the percentage of a carrier molecule or a mixture of carrier molecules that has already bound hydrogen. It has proven to be useful to define limit values for different degrees of hydrogenation.
Beispielsweise beträgt der Hydriergrad nach dem Hydrierverfahren für das Wasserstoffträgermedium mehr als 95%. Derart beladenes Wasserstoffträgermedium wird mit LOHC-H bezeichnet. Der Hydriergrad nach dem Dehydrierverfahren beträgt insbesondere weniger als 15%. Derartiges Wasserstoffträgermedium wird mit LOHC-D bezeichnet. Teilhydriertes Wasserstoffträgermedium oder Mischungen aus unterschiedlichen Wasserstoffträgermedien können einen Hydriergrad zwischen 15% und 95% aufweisen. Derartiges Wasserstoffträgermedium wird mit LOHC-X bezeichnet. Wasserstoffträgermedien, die einen vergleichsweise höheren Hydriergrad als LOHC- D aufweisen, können zur Erhöhung des Eingangshydriergrads genutzt werden. Mit einem erhöhten Eingangshydriergrad ergibt sich eine Leistungssenkung für das Hydrierverfahren. Mit einem erhöhten Eingangshydriergrad ergibt sich eine Leistungssteigerung im Dehydrierverfahren. For example, the degree of hydrogenation according to the hydrogenation process for the hydrogen carrier medium is more than 95%. Hydrogen carrier medium loaded in this way is referred to as LOHC-H. The degree of hydrogenation after the dehydrogenation process is in particular less than 15%. Such hydrogen carrier medium is referred to as LOHC-D. Partially hydrogenated hydrogen carrier medium or mixtures of different hydrogen carrier media can have a degree of hydrogenation between 15% and 95%. Such a hydrogen carrier medium is referred to as LOHC-X. Hydrogen carrier media that have a comparatively higher degree of hydrogenation than LOHC-D can be used to increase the initial degree of hydrogenation. An increased degree of initial hydrogenation results in a reduction in the performance of the hydrogenation process. An increased degree of initial hydrogenation results in an increase in performance in the dehydrogenation process.
Die Leistungsregelung anhand des Eingangshydriergrads beruht auf der Erkenntnis, dass der Eingangshydriergrad als thermodynamische Triebkraft für die jeweilige Reaktion, insbesondere am Eintritt in den jeweiligen Reaktor, dient. Wird bei dem Hydrierverfahren ein Edukt, also ein Wasserstoffträgermedium, mit einem vergleichsweise geringen Eingangshydriergrad, insbesondere bezogen auf einen Normalbetriebspunkt, zugeführt, steigt die thermodynamische Triebkraft und damit die Leistung im Hydrierverfahren. Umgekehrt sinkt die thermodynamische Triebkraft und damit die Leistung im Hydrierverfahren, wenn der Eingangshydriergrad größer ist als der des Wasserstoffträgermediums im Normalbetriebspunkt. Umgekehrt sinkt die Leistung im Dehydrierverfahren, wenn der Eingangshydriergrad des Wasserstoffträgermediums kleiner ist als im Normalbetriebspunkt. Entsprechend steigt die Leistung im Dehydrierverfahren, wenn der Eingangshydriergrad des Wasserstoffträgermediums größer ist als im Normalbetriebspunkt. Hintergrund ist, dass durch die geänderte Triebkraft bei gleicher Verweilzeit des Wasserstoffträgermediums im jeweiligen Reaktor sich eine andere Leistung ergibt, also eine andere Wasserstoffaufnahme bei dem Hydrierverfahren bzw. eine andere Wassergasfreisetzung beim Dehydrierverfahren. Der Ausgangshydriergrad ist ein Resultat aus dem Eingangshydriergrad und der erzielten Leistung im jeweiligen Verfahren. The power control based on the input degree of hydrogenation is based on the knowledge that the input degree of hydrogenation serves as a thermodynamic driving force for the respective reaction, especially at the entry into the respective reactor. If an educt, i.e. a hydrogen carrier medium, is supplied to the hydrogenation process with a comparatively low initial degree of hydrogenation, in particular in relation to a normal operating point, the thermodynamic driving force and thus the performance in the hydrogenation process increases. Conversely, the thermodynamic driving force and thus the performance in the hydrogenation process decreases if the initial degree of hydrogenation is greater than that of the hydrogen carrier medium at the normal operating point. Conversely, the performance in the dehydrogenation process decreases if the initial degree of hydrogenation of the hydrogen carrier medium is lower than at the normal operating point. The performance in the dehydrogenation process increases accordingly if the initial degree of hydrogenation of the hydrogen carrier medium is greater than at the normal operating point. The background is that the changed driving force with the same residence time of the hydrogen carrier medium in the respective reactor results in a different performance, i.e. a different hydrogen absorption in the hydrogenation process or a different water gas release in the dehydrogenation process. The initial degree of hydrogenation is a result of the initial degree of hydrogenation and the performance achieved in the respective process.
Als Wasserstoffträgermedium eignet insbesondere ein Trägermaterial, das in der zumindest teilweise beladenen Form (LOHC-H) als Perhydro-Dibenzyltoluol (HisDBT), als Perhydro- Benzyltoluol (HnBT), als Methylcyclohexan (C7H14), das zu Toluol (CTHS) zumindest teilweise entladen werden kann, und/oder als Dicyclohexan vorliegt. Möglich ist auch die Verwendung einer Mischung von Trägermaterial (LOHC-H) von Perhydro-Diphenylmethan und Perhydro- Biphenyl. Diese Verbindungen können zu Diphenylmethan und Biphenyl dehydriert werden. Besonders vorteilhaft ist eine Mischung von Biphenyl zu Diphenylmethan in einem Verhältnis von 30:70, insbesondere von 35:65 und insbesondere von 40:60. A particularly suitable hydrogen carrier medium is a carrier material which is in the at least partially loaded form (LOHC-H) as perhydro-dibenzyltoluene (HisDBT), as perhydro-benzyltoluene (HnBT), as methylcyclohexane (C7H14), which is at least partially discharged to toluene (CTHS). can be, and/or is present as dicyclohexane. It is also possible to use a mixture of carrier material (LOHC-H) of perhydro-diphenylmethane and perhydro-biphenyl. These compounds can be dehydrogenated to diphenylmethane and biphenyl. A mixture of biphenyl and diphenylmethane in a ratio of 30:70, in particular 35:65 and in particular 40:60 is particularly advantageous.
Sowohl das Hydrierverfahren als auch das Dehydrierverfahren finden jeweils unter Verwendung eines Katalysatormaterials statt. Das Katalysatormaterial weist ein Metall auf, insbesondere Platin, Palladium, Nickel, Rhodium und/oder Ruthenium. Das Katalysatormaterial ist insbesondere an einem Katalysatorträger angeordnet und insbesondere daran befestigt. Als Katalysatorträger dient ein keramisches Material, insbesondere Aluminiumoxid, Siliciumoxid, Titanoxid und/oder Zirkonoxid, und/oder Aktivkohle. Insbesondere ist der Katalysatorträger ein poröser oxydischer Träger. Das Material des Katalysatorträgers weist insbesondere Poren mit einem Durchmesser von mindestens 2 nm, insbesondere von mindestens 10 nm, insbesondere mindestens 20 nm, insbesondere mindestens 50 nm und insbesondere mindestens 100 nm auf. Der Gewichtsanteil des Katalysatormaterials beträgt bezogen auf den Katalysatorträger zwischen 0,1% bis 10%. Both the hydrogenation process and the dehydrogenation process each take place using a catalyst material. The catalyst material has a metal, in particular platinum, palladium, nickel, rhodium and/or ruthenium. The catalyst material is arranged in particular on a catalyst support and is in particular attached to it. A ceramic material, in particular aluminum oxide, silicon oxide, titanium oxide and/or zirconium oxide, and/or activated carbon serves as the catalyst support. In particular, the catalyst support is a porous oxide support. The material of the catalyst support in particular has pores with a diameter of at least 2 nm, in particular at least 10 nm, in particular at least 20 nm, in particular at least 50 nm and in particular at least 100 nm. The proportion by weight of the catalyst material, based on the catalyst support, is between 0.1% and 10%.
Das Katalysatormaterial umfasst insbesondere eine Vielzahl von Katalysatorteilchen, insbesondere Katalysatorträgerteilchen, die insbesondere als Pellets vorliegen. Die Katalysatorteilchen sind insbesondere in Form eines Festbettes angeordnet, das von dem Wasserstoffträgermedium, das insbesondere flüssig ist, durchströmt wird. Bei dem erfindungsgemäßen Hydrierverfahren erfolgt ein Einspeichern von Wasserstoffgas, insbesondere an dem Wasserstoffträgermedium. Dazu werden das Wasserstoffträgermedium und Wasserstoffgas in einen Hydrierreaktor, insbesondere über getrennte Leitungen, zugeführt. Das zugeführte Wasserstoffträgermedium ist zumindest teilweise entladen und weist den Eingangshydriergrad auf. Durch das katalytische Hydrieren wird Wasserstoff an das Wasserstoffträgermedium gebunden. Das hydrierte Wasserstoffträgermedium, das den Hydrierreaktor verlässt, weist einen Ausgangshydriergrad auf, der größer ist als dessen Eingangshydriergrad. The catalyst material includes in particular a large number of catalyst particles, in particular catalyst support particles, which are in particular present as pellets. The catalyst particles are arranged in particular in the form of a fixed bed through which the hydrogen carrier medium, which is in particular liquid, flows. In the hydrogenation process according to the invention, hydrogen gas is stored, in particular on the hydrogen carrier medium. For this purpose, the hydrogen carrier medium and hydrogen gas are fed into a hydrogenation reactor, in particular via separate lines. The supplied hydrogen carrier medium is at least partially discharged and has the initial degree of hydrogenation. Through catalytic hydrogenation, hydrogen is bound to the hydrogen carrier medium. The hydrogenated hydrogen carrier medium leaving the hydrogenation reactor has an initial degree of hydrogenation that is greater than its input degree of hydrogenation.
Entsprechend bewirkt das Dehydrierverfahren das Freisetzen von Wasser stoffgas aus dem Wasserträgermedium. Dazu wird Wasserstoffträgermedium, das zumindest teilweise beladen ist und dem Eingangshydriergrad aufweist, einem Dehydrierreaktor zugeführt. Durch das Dehydrieren wird Wasserstoffgas von dem Wasserstoffträgermedium freigesetzt, so dass das aus dem Dehydrierreaktor abgeführte, dehydrierte Wasserstoffträgermedium einen Ausgangshydriergrad aufweist, der kleiner ist als dessen Eingangshydriergrad. Accordingly, the dehydrogenation process causes the release of hydrogen gas from the water carrier medium. For this purpose, hydrogen carrier medium, which is at least partially loaded and has the initial degree of hydrogenation, is fed to a dehydrogenation reactor. The dehydrogenation releases hydrogen gas from the hydrogen carrier medium, so that the dehydrogenated hydrogen carrier medium discharged from the dehydrogenation reactor has an initial degree of hydrogenation that is smaller than its input degree of hydrogenation.
Beispielsweise kann auch Wasserstoffträgermedium verwendet werden, das technische Qualität aufweist (LOHC-V). Unter LOHC-V wird insbesondere frisches Wasserstoffträgermedium verstanden, das aus einem Produktionsprozess stammt und insbesondere noch nicht hydriert worden ist. LOHC-V ist insbesondere komplett aromatisch, weist also insbesondere ausschließlich aromatische Kohlenwasserstoffverbindungen auf. Der Hydriergrad des LOHC-V ist kleiner als 10%, insbesondere kleiner als 5%, insbesondere kleiner als 3%, insbesondere kleiner als 2%, insbesondere kleiner als 1%, insbesondere kleiner als 0,5% und beträgt insbesondere 0%. LOHC-V wirkt wie eine inerte Komponente, um den Eingangshydriergrad gezielt zu vermindern. For example, hydrogen carrier medium that has technical quality (LOHC-V) can also be used. LOHC-V is understood to mean, in particular, fresh hydrogen carrier medium that comes from a production process and in particular has not yet been hydrogenated. LOHC-V is in particular completely aromatic, i.e. in particular only has aromatic hydrocarbon compounds. The degree of hydrogenation of the LOHC-V is less than 10%, in particular less than 5%, in particular less than 3%, in particular less than 2%, in particular less than 1%, in particular less than 0.5% and is in particular 0%. LOHC-V acts like an inert component to specifically reduce the initial hydrogenation level.
Zusätzlich oder alternativ kann Wasserstoffträgermedium zum Anpassen des Eingangshydriergrads genutzt werden, das zumindest teilweise oxidiert ist (LOHC-OX). Der Eingangshydriergrad von LOHC-OX beträgt insbesondere mindestens 20%, insbesondere mindestens 30%, insbesondere mindestens 40%, insbesondere mindestens 50% und insbesondere höchstens 95%. Das zumindest teilweise oxidierte Wasserstoffträgermedium LOHC-OX ermöglicht eine Leistungssteigerung der Hydrierreaktion, da die Aufnahme von Wasser stoffgas durch LOHC-OX gesteigert ist. LOHC-OX wird mit Wasserstoffgas zunächst reduziert und anschließend zusätzlich hydriert. Dadurch kann, insbesondere zeitlich flexibel und insbesondere vorübergehend, eine erhöhte Leistungsfähigkeit in dem Hydrierverfahren geschaffen werden, in dem LOHC-OX beigemischt wird. Es ist insbesondere dann von Vorteil, wenn beispielsweise vorübergehend und insbesondere spontan mehr Wasserstoffgas von einer Quelle zur Verfügung gestellt wird. Durch Beimengen von LOHC-OX kann dieses zusätzliche Wasserstoffgas genutzt werden. Additionally or alternatively, hydrogen carrier medium that is at least partially oxidized (LOHC-OX) can be used to adjust the input hydrogenation level. The initial degree of hydrogenation of LOHC-OX is in particular at least 20%, in particular at least 30%, in particular at least 40%, in particular at least 50% and in particular at most 95%. The at least partially oxidized hydrogen carrier medium LOHC-OX enables the performance of the hydrogenation reaction to be increased because the absorption of hydrogen gas is increased by LOHC-OX. LOHC-OX is first reduced with hydrogen gas and then additionally hydrated. As a result, increased performance can be created in the hydrogenation process in which LOHC-OX is added, particularly in a flexible and particularly temporary manner. It is particularly advantageous if, for example, more hydrogen gas is temporarily and particularly spontaneously made available from a source. By adding LOHC-OX, this additional hydrogen gas can be used.
Verfahren gemäß Anspruch 2 oder 10 ermöglichen eine besonders unkomplizierte Anpassung des Eingangshydriergrads. Insbesondere sind zusätzliche Medien nicht erforderlich. Das aus dem Hydrierreaktor bzw. Dehydrierreaktor abgeführte Wasserstoffträgermedium kann unmittelbar rückgeführt und dem jeweiligen Reaktor erneut zugeführt werden. In Abhängigkeit des Mischungsverhältnisses von neu zugeführtem, sogenannten frischem, Wasserstoffträgermediums und bereits genutztem, rückgeführtem Wasserstoffträgermedium, kann der Eingangshydriergrad für diese Mischung gezielt verändert werden. Method according to claim 2 or 10 enable a particularly uncomplicated adjustment of the initial hydrogenation level. In particular, additional media is not required. The hydrogen carrier medium removed from the hydrogenation reactor or dehydrogenation reactor can be immediately recycled and fed back into the respective reactor. Depending on the mixing ratio of newly supplied, so-called fresh, hydrogen carrier medium and already used, recycled hydrogen carrier medium, the initial degree of hydrogenation for this mixture can be changed in a targeted manner.
Es wurde erkannt, dass die katalytische Reaktion in dem Hydrierreaktor bzw. dem Dehydrierreaktor bewirkt, dass das Wasserstoffträgermedium nicht mit einem einzigen, einheitlichen Ausgangshydriergrad vorliegt, sondern insbesondere verschiedene Ausgangshydriergrade aufweist. Die Anzahl der möglichen Ausgangshydriergrade ist von dem jeweiligen Wasserstoffträgermedium abhängig. Beispielsweise weist Benzyltoluol als Wasserstoffträgermedium zwölf diskrete Hydriergradzustände auf. Eine maximale Beladung weist der Hydriergradzustand H12 auf, bei dem zwölf Wasserstoffatome an Benzyltoluol gebunden sind. Entsprechend sind bei dem mittleren Hydriergradzustand H6 die Hälfte der maximal möglichen Wasserstoffatome an Benzyltoluol gebunden und bei HO kein zusätzliches Wasserstoffatom gebunden. Diese drei Hydriergradzustände H12, H6 und HO sind in der Praxis besonders bedeutend. Es existieren auch Zwischenzustände wie beispielsweise H3 oder H9, die aber eher selten auftreten. Das den Hydrierreaktor bzw. den Dehydrierreaktor verlassende Wasserstoffträgermedium kann als Mischung des Wasserstoffträgermediums mit unterschiedlichen Ausgangshydriergraden verstanden werden. Es ist vorteilhaft, das Wasserstoffträgermedium in Abhängigkeit des Ausgangshydriergrads in einer Trenneinheit in mehrere Fraktionen zu trennen. Die Fraktionen weisen das Wasserstoffträgermedium mit dem bestimmten Hydriergradzustand oder mit einem bestimmten Hydriergradzustandsbereich auf. Ein Hydriergradzustandsbereich liegt insbesondere dann vor, wenn mehrere Hydriergradzustände in einer Fraktion zusammengefasst sind, also beispielsweise H12 und H6. Aus den verschiedenen Fraktionen kann eine Mischung von Wasserstoffträgermedium mit einem definierten Ausgangshydriergrad gezielt eingestellt werden. Beispielsweise kann Wasserstoffträgermedium mit einem Hydriergrad von 90% aus 80% H12 und 20% H6 oder aus 90% H12 und 0% HO gemischt werden. Die verschiedenen Fraktionen können insbesondere in separaten Speicherbehältern zwischengespeichert werden. It was recognized that the catalytic reaction in the hydrogenation reactor or the dehydrogenation reactor causes the hydrogen carrier medium not to have a single, uniform initial degree of hydrogenation, but in particular to have different initial degrees of hydrogenation. The number of possible initial degrees of hydrogenation depends on the respective hydrogen carrier medium. For example, benzyltoluene as a hydrogen carrier medium has twelve discrete states of hydrogenation. The hydrogenation state H12 has a maximum loading, in which twelve hydrogen atoms are bonded to benzyltoluene. Correspondingly, in the medium degree of hydrogenation state H6, half of the maximum possible hydrogen atoms are bound to benzyltoluene and in HO no additional hydrogen atom is bound. These three hydrogenation states H12, H6 and HO are particularly important in practice. There are also intermediate states such as H3 or H9, but these occur rather rarely. The hydrogen carrier medium leaving the hydrogenation reactor or the dehydrogenation reactor can be understood as a mixture of the hydrogen carrier medium with different initial degrees of hydrogenation. It is advantageous to separate the hydrogen carrier medium into several fractions in a separation unit depending on the initial degree of hydrogenation. The fractions have the hydrogen carrier medium with the specific degree of hydrogenation state or with a certain degree of hydrogenation state range. A degree of hydrogenation state range exists in particular when several degrees of hydrogenation states are combined in one fraction, for example H12 and H6. A mixture of hydrogen carrier medium with a defined initial degree of hydrogenation can be specifically adjusted from the various fractions. For example, hydrogen carrier medium with a degree of hydrogenation of 90% can be mixed from 80% H12 and 20% H6 or from 90% H12 and 0% H O. The various fractions can in particular be temporarily stored in separate storage containers.
Durch die gezielte Rückführung von Wasserstoffträgermedium mit einem bestimmten Hydriergrad oder mit einem bestimmten Hydriergradbereich ist das Anpassen des Eingangshydriergrads durch das Rückführen des hydrierten bzw. des dehydrierten Wasserstoffträgermediums gezielt möglich. Die Regelung ist gezielter möglich und insbesondere nicht dadurch beschränkt, dass der Ausgangshydriergrad eine große Hydriergrad-Bandbreite aufweist. Ein derartiges Verfahren ist effizient. By specifically recycling hydrogen carrier medium with a specific degree of hydrogenation or with a specific degree of hydrogenation range, it is possible to specifically adjust the input degree of hydrogenation by recycling the hydrogenated or dehydrogenated hydrogen carrier medium. The control is possible in a more targeted manner and in particular is not limited by the fact that the initial degree of hydrogenation has a large range of degrees of hydrogenation. Such a procedure is efficient.
Ein Anpassen des Eingangshydriergrads gemäß Anspruch 3 oder 11 ermöglicht eine erhöhte Flexibilität hinsichtlich der Anpassung des Eingangshydriergrads. Es wurde insbesondere gefunden, dass weitere Wasserstoffträgermedien genutzt und insbesondere beigemischt werden können, um den Eingangshydriergrad zu beeinflussen. Adjusting the input hydrogenation level according to claim 3 or 11 enables increased flexibility with regard to the adjustment of the input hydrogenation level. In particular, it was found that additional hydrogen carrier media can be used and in particular added in order to influence the initial degree of hydrogenation.
Verfahren gemäß Anspruch 4 oder 12 ermöglichen eine stabilere Verfahrensdurchführung. Dadurch, dass die verschiedenen Stoffströme vor dem Zuführen in den jeweiligen Reaktor in einer Mischeinheit gemischt werden, werden inhomogene Materialeigenschaften des Stoffstroms vermieden. Method according to claim 4 or 12 enable a more stable implementation of the method. Because the different material streams are mixed in a mixing unit before being fed into the respective reactor, inhomogeneous material properties of the material stream are avoided.
Alternativ ist es möglich, die unterschiedlichen Wasserstoffträgermedienströme jeweils mittels einer separaten Leitung und insbesondere ungemischt, in den jeweiligen Reaktor zuzuführen. Alternatively, it is possible to feed the different hydrogen carrier media streams into the respective reactor by means of a separate line and in particular unmixed.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 5 ermöglicht die Überdimensionierung einer Anlage, sodass eine flexible Leistungsregelung verbessert ist, insbesondere in einem Teillastbereich und in einem Spitzenlastbereich des Hydrierreaktors. Insbesondere ist der erhöhte absolute Eduktmassenstrom so gewählt, dass die Anlagenleistung in einem neuen Betriebspunkt identisch ist mit dem Normalbetriebspunkt. Verfahren gemäß Anspruch 6 oder 14 ermöglichen insbesondere eine stabile Durchführung. Ausfälle, insbesondere von Pumpen, Leitungen und/oder Filtern, werden dadurch vermieden. Als konstant gilt ein Massestrom dann, wenn Abweichungen von höchstens +/- 20% eines nominalen Massestroms auftreten, insbesondere von höchstens +/- 15%, insbesondere von höchstens +/- 10%, insbesondere von höchstens +/- 5%, insbesondere von höchstens +/- 3%, insbesondere von höchstens +/- 2%, insbesondere von höchstens +/- 1% und insbesondere keine Abweichungen, also 0%. A method according to claim 5 enables the oversizing of a system so that flexible power control is improved, in particular in a partial load range and in a peak load range of the hydrogenation reactor. In particular, the increased absolute educt mass flow is selected so that the system performance at a new operating point is identical to the normal operating point. Method according to claim 6 or 14 in particular enable stable implementation. This avoids failures, particularly of pumps, lines and/or filters. A mass flow is considered constant if deviations of at most +/- 20% of a nominal mass flow occur, in particular of at most +/- 15%, in particular of at most +/- 10%, in particular of at most +/- 5%, in particular of at most +/- 3%, in particular at most +/- 2%, in particular at most +/- 1% and in particular no deviations, i.e. 0%.
Verfahren gemäß Anspruch 7 oder 15 erhöhen die Gesamteffizienz des jeweiligen Verfahrens, da insbesondere der Energieaufwand für ein Vorwärmen des in den jeweiligen zuzuführenden Wasserstoffträgermediums reduziert ist. Insbesondere erfolgt das Vorwärmen des zuzuführenden Wasserstoffträgermediums in einem Wärmetauscher und insbesondere mittels des aus dem Reaktor rückgeführten Wasserstoffträgermediums. Der Wärmetauscher ist ein sogenannter Rekuperator. Method according to claim 7 or 15 increase the overall efficiency of the respective method, since in particular the energy expenditure for preheating the hydrogen carrier medium to be supplied is reduced. In particular, the preheating of the hydrogen carrier medium to be supplied takes place in a heat exchanger and in particular by means of the hydrogen carrier medium returned from the reactor. The heat exchanger is a so-called recuperator.
Insbesondere beim Dehydrierverfahren kann ein Teilstrom des heißen Produktstroms, also eine Mischung aus zumindest teilweise dehydriertem Wasserstoffträgermedium LOHC-D und freigesetztem Wasserstoffgas mit einem Eduktstrom, also frischem, zumindest teilweisen hydriertem Wasserstoffträgermedium LOHC-H direkt kontaktiert werden. In dem heißen Produktstrom liegt das zumindest teilweise dehydrierte Wasserstoffträgermedium LOHC-D, insbesondere zumindest teilweise, dampfförmig vor. Der Wärmeübergang von dem heißen Produktstrom auf das frische Edukt ist verbessert, da neben der sensiblen Wärme auch Kondensationswärme übertragen wird, indem das dampfförmige LOHC-D zumindest teilweise kondensiert. Darüber hinaus ergibt sich eine Phasentrennung des kondensierten LOHC-D von dem Wasserstoffgas. In particular in the dehydrogenation process, a partial stream of the hot product stream, i.e. a mixture of at least partially dehydrogenated hydrogen carrier medium LOHC-D and released hydrogen gas, can be contacted directly with a reactant stream, i.e. fresh, at least partially hydrogenated hydrogen carrier medium LOHC-H. In the hot product stream, the at least partially dehydrated hydrogen carrier medium LOHC-D is present, in particular at least partially, in vapor form. The heat transfer from the hot product stream to the fresh educt is improved because, in addition to the sensible heat, condensation heat is also transferred by at least partially condensing the vaporous LOHC-D. In addition, there is a phase separation of the condensed LOHC-D from the hydrogen gas.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 8 ermöglicht die vorteilhafte Nutzung von Wasserstoffgas, das insbesondere auch in fluktuierenden Mengen bereitgestellt werden kann. Dadurch ist das Verfahren geeignet, um Wasser stoffgas, das mit regenerativen Energien, insbesondere durch Windkraft, mittels Photovoltaikanlagen und durch Wasserkraft erzeugt worden ist, zu nutzen. Das Verfahren ermöglicht eine vorteilhafte Dynamik. Eine Anlage gemäß Anspruch 16 weist im Wesentlichen die Vorteile der vorstehend genannten Verfahren auf, worauf hiermit verwiesen wird. Eine Anlage kann zum katalytischen Hydrieren oder zum katalytischen Dehydrieren von Wasserstoffträgermedium genutzt werden. Wesentlich ist, dass eine Regelungseinheit derart ausgebildet ist, das katalytische Hydrieren und/oder katalytische Dehydrieren in dem Reaktor durch Anpassen des Eingangshydriergrads zu regeln. Dazu ist die Regelungseinheit mit mindestens einem Fördermittel in Signalverbindung. Das mindestens eine Fördermittel, insbesondere eine Pumpe, dient zum Fördern des Wasserstoffträgermediums in den Reaktor. Insbesondere ist das mindestens eine Fördermittel unmittelbar vor dem Reaktor und insbesondere stromaufwärts einer Mischeinheit angeordnet. Es versteht sich, dass mehrere Fördermittel vorgesehen sein können, insbesondere wenn verschiedene Wasserstoffträgermedienströme, insbesondere über jeweils separate Leitungen, dem Reaktor zugeführt werden. Insbesondere ist jeder Leitung mindestens ein Fördermittel zugeordnet. A method according to claim 8 enables the advantageous use of hydrogen gas, which can in particular also be provided in fluctuating quantities. This makes the process suitable for using hydrogen gas that has been generated with renewable energies, in particular by wind power, by means of photovoltaic systems and by hydropower. The process enables advantageous dynamics. A system according to claim 16 essentially has the advantages of the methods mentioned above, to which reference is hereby made. A system can be used for the catalytic hydrogenation or catalytic dehydrogenation of hydrogen carrier medium. It is essential that a control unit is designed to regulate the catalytic hydrogenation and/or catalytic dehydrogenation in the reactor by adjusting the input degree of hydrogenation. For this purpose, the control unit is in signal connection with at least one funding means. The at least one conveying means, in particular a pump, serves to convey the hydrogen carrier medium into the reactor. In particular, the at least one conveying means is arranged directly in front of the reactor and in particular upstream of a mixing unit. It goes without saying that several conveying means can be provided, in particular if different hydrogen carrier media streams are fed to the reactor, in particular via separate lines. In particular, at least one funding means is assigned to each line.
Eine Anlage gemäß Anspruch 17 vereinfacht das unmittelbare Rückführen des Wasserstoffträgermediums. Die Anlage vereinfacht ein Verfahren gemäß Anspruch 2 oder 10. Besonders vorteilhaft ist eine Trenneinheit zum Trennen oder Anreichern, also nur ein teilweises, nicht vollständiges Trennen, des abgeführten Wasserstoffträgermediums aus dem Hydrierreaktor bzw. dem Dehydrierreaktor. Die Trenneinheit ermöglicht die Trennung des Wasserstoffträgermediums. Die Trennung erfolgt insbesondere entsprechend der chemischen und/oder physikalischen Eigenschaften des Wasserstoffträgermediums. Insbesondere erfolgt die Trennung durch Destillation aufgrund von Siedepunktunterschieden und/oder in einer Zentrifuge infolge von Dichteunterschieden. Die Trenneinheit kann eine separate Einheit sein. Die Trenneinheit kann auch mehrere Komponenten, insbesondere mehrere Vorrichtungen umfassen. Beispielsweise kann eine Grobtrennung in Abhängigkeit der Dichte mittels einer Zentrifuge erfolgen und anschließend eine Feintrennung nach dem Siedepunkt mittels einer Destillationskolonne. Die Trenneinheit kann auch in einem Produkt-Pufferbehälter integriert ausgeführt sein. A system according to claim 17 simplifies the immediate return of the hydrogen carrier medium. The system simplifies a process according to claim 2 or 10. A separation unit for separating or enriching, i.e. only partially, not completely separating, the hydrogen carrier medium removed from the hydrogenation reactor or the dehydrogenation reactor is particularly advantageous. The separation unit enables the hydrogen carrier medium to be separated. The separation takes place in particular according to the chemical and/or physical properties of the hydrogen carrier medium. In particular, the separation takes place by distillation due to differences in boiling points and/or in a centrifuge due to differences in density. The separation unit can be a separate unit. The separation unit can also include several components, in particular several devices. For example, a coarse separation can be carried out depending on the density using a centrifuge and then a fine separation according to the boiling point using a distillation column. The separation unit can also be integrated into a product buffer container.
Eine Anlage gemäß Anspruch 18 ermöglicht die flexible Zurverfügungstellung von weiterem Wasserstoffträgermedium an der Anlage. A system according to claim 18 enables the flexible provision of additional hydrogen carrier medium at the system.
Eine Anlage gemäß Anspruch 19 ermöglicht das direkte Mischen verschiedener Wasserstoffträgermedien vor der Zuführung in den Reaktor. Eine Anlage gemäß Anspruch 20 ermöglicht die Durchführung der Verfahren mit einer erhöhten Gesamteffizienz. A system according to claim 19 enables different hydrogen carrier media to be mixed directly before being fed into the reactor. A system according to claim 20 enables the processes to be carried out with increased overall efficiency.
Sowohl die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale als auch die in den Ausführungsbeispielen erfindungsgemäßer Anlagen angegebenen Merkmale sind jeweils für sich allein oder in Kombination miteinander geeignet, den erfindungsgemäßen Gegenstand weiterzubilden. Die jeweiligen Merkmalskombinationen stellen hinsichtlich der Weiterbildungen des Erfindungsge- genstandes keine Einschränkung dar, sondern weisen im Wesentlichen lediglich beispielhaften Charakter auf. Both the features specified in the patent claims and the features specified in the exemplary embodiments of systems according to the invention are each suitable, alone or in combination with one another, for further developing the subject matter according to the invention. The respective combinations of features do not represent any restrictions with regard to the developments of the subject matter of the invention, but are essentially only of an exemplary nature.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von vier Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigen: Further features, advantages and details of the invention result from the following description of four exemplary embodiments based on the drawing. Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anlage zum Hydrieren von Wasserstoffträgermedium gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, 1 shows a schematic representation of a system according to the invention for hydrogenating hydrogen carrier medium according to a first exemplary embodiment,
Fig. 2 ein Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit einer Anlagenleistung vom Eingangshydriergrad des Wasserstoffträgermediums in der Anlage gemäß Fig. 1, 2 is a diagram showing the dependence of a system performance on the input degree of hydrogenation of the hydrogen carrier medium in the system according to FIG. 1,
Fig. 3 eine Fig. 1 entsprechende Darstellung einer erfindungsgemäßen Anlage zum Dehydrieren von Wasserstoffträgermedium gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, 3 shows a representation corresponding to FIG. 1 of a system according to the invention for dehydrogenating hydrogen carrier medium according to a second exemplary embodiment,
Fig. 4 ein Fig. 2 entsprechendes Diagramm für die Anlage in Fig. 3, Fig. 4 is a diagram corresponding to Fig. 2 for the system in Fig. 3,
Fig. 5 eine Fig. 2 entsprechende Darstellung eines Diagramms zur Veranschaulichung der Leistungsregelung für Teillastzustände und Spitzenlastzustände, 5 shows a diagram corresponding to FIG. 2 to illustrate the power control for partial load states and peak load states,
Fig. 6 ein Diagramm zur Darstellung des funktionellen Zusammenhangs der Elektrolyseur-Leistung in Abhängigkeit der Tageszeit bei einer Kopplung mit einer regenerativen Stromerzeugungsquelle, Fig. 7 eine Fig. 6 entsprechende Darstellung der Hydrierreaktorleistung bezogen auf eine Spitzenleistung des Elektrolyseurs, 6 is a diagram showing the functional relationship of the electrolyzer performance depending on the time of day when coupled to a renewable power generation source, 7 shows a representation of the hydrogenation reactor performance corresponding to FIG. 6 based on a peak performance of the electrolyzer,
Fig. 8 eine Fig. 6 entsprechende Darstellung eines Pufferspeicher-Ladezustands bezogen auf eine Elektrolyse-Tagesproduktion, 8 shows a representation corresponding to FIG. 6 of a buffer storage charge state based on a daily electrolysis production,
Fig. 9 eine Fig. 1 entsprechende Darstellung einer Anlage zum Hydrieren von Wasserstoffträgermedium gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, 9 is a representation corresponding to FIG. 1 of a system for hydrogenating hydrogen carrier medium according to a third exemplary embodiment,
Fig. 10 eine Fig. 3 entsprechende Darstellung einer Anlage zum Dehydrieren von Wasserstoffträgermedium gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel. Fig. 10 is a representation corresponding to Fig. 3 of a system for dehydrogenating hydrogen carrier medium according to a fourth exemplary embodiment.
Eine in Fig. 1 als Ganzes mit 1 gekennzeichnete Anlage dient zum Hydrieren eines Wasserstoffträgermediums. Die Anlage 1 umfasst einen Reaktor 2, der als Hydrierreaktor ausgeführt ist. In den Hydrierreaktor 2 mündet eine Wasserstoffgaszuführleitung 3, an die ein Wasserstoffgaspufferspeicher 4 angeschlossen ist. In dem Wasserstoffgaspufferspeicher 4 kann Wasserstoffgas in vergleichsweise geringen Mengen und insbesondere vorübergehend zwischengespeichert, also gepuffert werden. Dazu steht der Wasserstoffgaspufferspeicher unter Druck. A system marked 1 as a whole in FIG. 1 is used to hydrogenate a hydrogen carrier medium. The system 1 includes a reactor 2, which is designed as a hydrogenation reactor. A hydrogen gas supply line 3, to which a hydrogen gas buffer storage 4 is connected, opens into the hydrogenation reactor 2. In the hydrogen gas buffer storage 4, hydrogen gas can be temporarily stored, i.e. buffered, in comparatively small quantities and in particular temporarily. For this purpose, the hydrogen gas buffer storage is under pressure.
Der Wasserstoffgaspufferspeicher 4 wird von einem Elektrolyseur 5 gespeist, in dem Wasser durch Elektrolyse, also unter Verwendung von elektrischem Strom, in Wasserstoffgas und Sauerstoffgas getrennt wird. Der Elektrolyseur 5 wird mit elektrischem Strom betrieben, der von einer Stromerzeugungseinheit 6 bereitgestellt wird. Die Stromerzeugungseinheit 6 ermöglicht insbesondere die Erzeugung von elektrischem Strom aus regenerativen Energiequellen wie Windkraft oder Sonnenstrahlung. Die Stromerzeugungseinheit 6 ist insbesondere eine Photovoltaikanlage und/oder eine Windkraftanlage. Es sind aber auch andere Ausführungen der Stromerzeugungseinheit möglich. The hydrogen gas buffer storage 4 is fed by an electrolyzer 5, in which water is separated into hydrogen gas and oxygen gas by electrolysis, i.e. using electric current. The electrolyzer 5 is operated with electrical power provided by a power generation unit 6. The power generation unit 6 in particular enables the generation of electrical power from renewable energy sources such as wind power or solar radiation. The power generation unit 6 is in particular a photovoltaic system and/or a wind turbine. However, other designs of the power generation unit are also possible.
Die Anlage 1 umfasst ferner einen ersten Edukt-Speicherbehälter 7 auf, in dem Wasserstoffträgermedium LOHC und insbesondere zumindest teilweise entladenes Wasserstoffträgermedium LOHC-D, insbesondere drucklos und bei Raumtemperatur, bevorratet ist. Der erste Edukt-Spei- cherbehälter 7 ist über eine Flüssigkeitsleitung 8 an eine Mischeinheit 9 angeschlossen, die über eine weitere Flüssigkeitsleitung 8 an den Hydrierreaktor 2 angeschlossen ist. The system 1 further comprises a first educt storage container 7, in which hydrogen carrier medium LOHC and in particular at least partially discharged hydrogen carrier medium LOHC-D, especially unpressurized and at room temperature, is stored. The first educt storage container 7 is connected via a liquid line 8 to a mixing unit 9, which is connected to the hydrogenation reactor 2 via a further liquid line 8.
An der Flüssigkeitsleitung 8 ist vor und/oder nach der Mischeinheit 9 eine Flüssigkeitspumpe 10 angeordnet, um das flüssige Wasserstoffträgermedium in den Hydrierreaktor 2 zu fördern. Rein aus Darstellungsgründen ist in Fig. 1 die Pumpe 10 zwischen dem ersten Edukt-Speicherbehälter 7 und der Mischeinheit 9 angeordnet. Die Pumpe 10 bildet ein Fördermittel, zum Fördern des Wasserstoffträgermediums entlang der Flüssigkeitsleitungen 8, insbesondere in den Hydrierreaktor 2 und aus dem Hydrierreaktor 2. Grundsätzlich kann entlang jeder in Fig. 1 gezeigten Leitungen eine Pumpe oder ein vergleichbares Fördermittel angeordnet sein. A liquid pump 10 is arranged on the liquid line 8 before and/or after the mixing unit 9 in order to convey the liquid hydrogen carrier medium into the hydrogenation reactor 2. Purely for reasons of illustration, the pump 10 is arranged between the first educt storage container 7 and the mixing unit 9 in FIG. The pump 10 forms a conveying means for conveying the hydrogen carrier medium along the liquid lines 8, in particular into the hydrogenation reactor 2 and out of the hydrogenation reactor 2. In principle, a pump or a comparable conveying means can be arranged along each of the lines shown in FIG.
An den Hydrierreaktor 2 ist eine Abführleitung 11 angeschlossen, die in einen Produkt-Pufferbe- hälter 12 mündet. An den Produkt-Pufferbehälter 12 ist über eine weitere Flüssigkeitsleitung 8 ein Produkt-Speicherbehälter 13 angeschlossen. Ebenfalls an dem Produkt-Pufferbehälter 12 ist eine Rückführleitung 14 angeschlossen, die in die Mischeinheit 9 mündet. Es ist auch denkbar, dass die Rückführleitung 14 unmittelbar in die an den Hydrierreaktor 2 angeschlossene Flüssigkeitsleitung 8 mündet oder alternativ unmittelbar in den Hydrierreaktor 2 ähnlich wie die an den Hydrierreaktor 2 angeschlossene Flüssigkeitsleitung 8 und insbesondere benachbart zu der Flüs- sigkeitsleitung 8 in den Hydrierreaktor 2 mündet. A discharge line 11 is connected to the hydrogenation reactor 2 and opens into a product buffer container 12. A product storage container 13 is connected to the product buffer container 12 via a further liquid line 8. A return line 14, which opens into the mixing unit 9, is also connected to the product buffer container 12. It is also conceivable that the return line 14 opens directly into the liquid line 8 connected to the hydrogenation reactor 2 or, alternatively, directly into the hydrogenation reactor 2, similar to the liquid line 8 connected to the hydrogenation reactor 2 and in particular adjacent to the liquid line 8 into the hydrogenation reactor 2 ends.
Der Produkt-Pufferbehälter 12 ist insbesondere optional. The product buffer container 12 is particularly optional.
Stromabwärts des Hydrierreaktors 2 ist eine Trenneinheit 25 angeordnet. In der Trenneinheit 25 kann das aus dem Hydrierreaktor 2 abgeführte Wasserstoffträgermedium getrennt und insbesondere in der Trenneinheit 25 bevorratet werden. Es ist auch denkbar, dass das Wasserstoffträgermedium teilweise in der Trenneinheit 25 und teilweise in dem Produkt-Pufferbehälter 12 zwischengespeichert wird. Es ist auch denkbar, mehrere Produkt-Pufferbehälter 12 anzuordnen, um das Wasserstoffträgermedium in Abhängigkeit des Ausgangshydriergrads zwischenzuspeichern. Es ist auch denkbar, dass die hydriergradabhängige Zwischenspeicherung in einem einzigen Pro- dukt-Pufferbehälter 12 erfolgt, der insbesondere gemäß DE 10 2016 206 106 Al ausgeführt sein kann. Die Trenneinheit 25 kann auch stromabwärts des Produkt-Pufferbehälters 12 angeordnet sein.A separation unit 25 is arranged downstream of the hydrogenation reactor 2. The hydrogen carrier medium removed from the hydrogenation reactor 2 can be separated in the separation unit 25 and stored in particular in the separation unit 25. It is also conceivable that the hydrogen carrier medium is partially stored in the separation unit 25 and partially in the product buffer container 12. It is also conceivable to arrange several product buffer containers 12 in order to temporarily store the hydrogen carrier medium depending on the initial degree of hydrogenation. It is also conceivable that the hydrogenation level-dependent intermediate storage takes place in a single product buffer container 12, which can be designed in particular according to DE 10 2016 206 106 A1. The separation unit 25 can also be arranged downstream of the product buffer container 12.
Die Trenneinheit 25 kann auch entlang der Rückführleitung 14 angeordnet sein. The separation unit 25 can also be arranged along the return line 14.
Der Hydrierreaktor 2, die vorgeschaltete Mischeinheit 9 und der nachgeschaltete Produkt-Pufferbehälter 12 bilden ein Hydriermodul 15. Das Hydriermodul 15 kann auch die Trenneinheit 25 umfassen. The hydrogenation reactor 2, the upstream mixing unit 9 and the downstream product buffer container 12 form a hydrogenation module 15. The hydrogenation module 15 can also include the separation unit 25.
Die Anlage 1 weist einen zweiten Edukt-Speicherbehälter 16 auf, der im Wesentlichen identisch zu dem ersten Edukt-Speicherbehälter 7 ausgeführt und über eine Flüssigkeitsleitung 8 an die Mischeinheit 9 angeschlossen ist. Entlang dieser Flüssigkeitsleitung 8 kann eine ebenfalls nicht näher dargestellte Pumpe angeordnet sein. In dem zweiten Edukt-Speicherbehälter wird Wasserstoffträgermedium bevorratet, das sich insbesondere von dem in dem ersten Edukt-Speicherbe- hälter 7 bevorrateten Wasserstoffträgermedium unterscheidet. Insbesondere handelt es sich dabei um LOHC-V, LOHC-X oder LOHC-OX. Es kann sich auch um LOHC-D handeln, dessen Eingangshydriergrad sich von dem LOHC-D in dem ersten Edukt-Speicherbehälter 7 unterscheidet. The system 1 has a second educt storage container 16, which is essentially identical to the first educt storage container 7 and is connected to the mixing unit 9 via a liquid line 8. A pump, also not shown, can be arranged along this liquid line 8. Hydrogen carrier medium is stored in the second educt storage container, which differs in particular from the hydrogen carrier medium stored in the first educt storage container 7. In particular, these are LOHC-V, LOHC-X or LOHC-OX. It can also be LOHC-D, the input degree of hydrogenation of which differs from the LOHC-D in the first educt storage container 7.
Die Anlage 1 umfasst eine Regelungseinheit 17, die insbesondere mit der Pumpe 10 in, insbesondere bidirektionaler, Signalverbindung steht. Die Signalverbindung kann kabelgebunden oder kabellos, insbesondere durch eine Funkverbindung erfolgen. Die Funkverbindung ist durch das Symbol 18 in Fig. 1 angedeutet. The system 1 comprises a control unit 17, which is in particular in a signal connection, in particular bidirectionally, with the pump 10. The signal connection can be wired or wireless, in particular via a radio connection. The radio connection is indicated by symbol 18 in Fig. 1.
Zusätzlich kann die Regelungseinheit 17 auch mit dem Hydrierreaktor 2 in, insbesondere bidirektionaler, Signalverbindung stehen. In addition, the control unit 17 can also be in, in particular bidirectional, signal connection with the hydrogenation reactor 2.
Insbesondere weist die Anlage 1 eine in Fig. 1 rein schematisch dargestellte Sensorvorrichtung 19 auf, die geeignet ist, den Eingangshydriergrad vor der Zuführung des Wasserstoffträgermediums in den Hydrierreaktor 2 zu erfassen. Insbesondere steht die Sensorvorrichtung 19 mit der Regelungseinheit 17 in Signalverbindung. Insbesondere dient der gemessene Eingangshydriergrad als Rückführgröße für den Regelkreis der Regelungseinheit 17. Insbesondere ist die Sensorvorrichtung 19 stromabwärts der Mischeinheit 9 und insbesondere unmittelbar stromaufwärts des Hydrierreaktors 2 angeordnet. Nachfolgend wird die Funktionsweise der Anlage 1 anhand von Fig. 2 und Fig. 5 bis 8 näher erläutert. Zum Hydrieren wird das Wasserstoffträgermedium, insbesondere in zumindest teilweise entladener Form LOHC-D, aus dem ersten Edukt-Speicherbehälter 7 dem Hydrierreaktor 2 zugeführt. Zudem wird Wasserstoff, insbesondere Wasserstoffgas, das mittels dem Elektrolyseur 5 erzeugt und in dem Wasserstoffgaspufferspeicher 4 zwischengespeichert worden ist, bereitgestellt. Da der hierfür erforderliche elektrische Strom aus regenerativen Energien gewonnen worden ist, kann die Bereitstellung des Wasserstoffgases volatil sein. In particular, the system 1 has a sensor device 19, shown purely schematically in FIG. 1, which is suitable for detecting the initial degree of hydrogenation before the hydrogen carrier medium is fed into the hydrogenation reactor 2. In particular, the sensor device 19 is in signal connection with the control unit 17. In particular, the measured input degree of hydrogenation serves as a feedback variable for the control circuit of the control unit 17. In particular, the sensor device 19 is arranged downstream of the mixing unit 9 and in particular immediately upstream of the hydrogenation reactor 2. The functionality of the system 1 is explained in more detail below with reference to FIG. 2 and FIGS. 5 to 8. For hydrogenation, the hydrogen carrier medium, in particular in at least partially discharged form LOHC-D, is fed from the first educt storage container 7 to the hydrogenation reactor 2. In addition, hydrogen, in particular hydrogen gas, which has been generated by the electrolyzer 5 and temporarily stored in the hydrogen gas buffer storage 4, is provided. Since the electrical power required for this has been obtained from renewable energies, the supply of hydrogen gas can be volatile.
Um der zeitlich veränderlichen und insbesondere nicht vorhersagbaren, Bereitstellung von Wasserstoffgas in dem Hydrierreaktor 2 zu begegnen, erfolgt eine Regelung der Leistung der Hydrierreaktion in dem Hydrierreaktor 2, indem der Eingangshydriergrad des zugeführten Wasserstoffträgermediums gezielt verändert wird. Dazu kann beispielsweise im Hydrierreaktor 2 bereits hydriertes Wasserstoffträgermedium mit einem Ausgangshydriergrad, der größer ist als der Eingangshydriergrad, über die Rückführleitung 14 in die Mischeinheit 9 rückgeführt und mit Wasserstoffträgermedium LOHC-D aus dem ersten Edukt-Speicherbehälter 7 gemischt werden. Diese Mischung weist dann einen höheren Eingangshydriergrad auf als LOHC-D. Dadurch kann die Triebkraft für die Hydrierreaktion in dem Hydrierreaktor 2 gesenkt werden. In order to counteract the time-varying and in particular unpredictable supply of hydrogen gas in the hydrogenation reactor 2, the performance of the hydrogenation reaction in the hydrogenation reactor 2 is regulated by specifically changing the initial degree of hydrogenation of the supplied hydrogen carrier medium. For this purpose, for example, hydrogen carrier medium that has already been hydrogenated in the hydrogenation reactor 2 with an initial degree of hydrogenation that is greater than the input degree of hydrogenation can be returned to the mixing unit 9 via the return line 14 and mixed with hydrogen carrier medium LOHC-D from the first educt storage container 7. This mixture then has a higher initial degree of hydrogenation than LOHC-D. This allows the driving force for the hydrogenation reaction in the hydrogenation reactor 2 to be reduced.
Zum Anpassen des Eingangshydriergrads ist es also möglich, LOHC-D aus dem ersten Edukt- Speicherbehälter 7 mit LOHC-H aus dem Produkt-Pufferbehälter 12 zu mischen. In Abhängigkeit des Mischungsverhältnisses kann der resultierende Eingangshydriergrad gezielt eingestellt werden. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, LOHC-D aus dem ersten Edukt-Speicherbehäl- ter 7 mit LOHC-V und/oder LOHC-OX aus dem mindestens einen zweiten Edukt-Speicherbe- hälter 16 zu Mischen. To adjust the input degree of hydrogenation, it is therefore possible to mix LOHC-D from the first educt storage container 7 with LOHC-H from the product buffer container 12. Depending on the mixing ratio, the resulting initial degree of hydrogenation can be specifically adjusted. Additionally or alternatively, it is possible to mix LOHC-D from the first educt storage container 7 with LOHC-V and/or LOHC-OX from the at least one second educt storage container 16.
Wie insbesondere Fig. 2 zu entnehmen ist, ermöglicht das mit der Anlage 1 durchgeführte Hydrierverfahren bei einer gezielten Anpassung des Eingangshydriergrads, der insbesondere mittels der Sensorvorrichtung 19 gemessen worden ist, durch Erhöhung des Eingangshydriergrads eine Reduktion der Anlagenleistung. Beispielsweise ist für die Kennlinie eines konstanten Eduktmassenstroms (mEdukt, abs = 100%) eine Reduktion der Anlagenleistung von 100%, die dem Normalbetriebspunkt (BPNormai) entspricht, auf einen Teillastbereich und insbesondere auf einen Stand-By-Bereich (BPstand-By) mit einer Anlagenleistung von 0% reduzieren. In diesem Fall beträgt der Eingangshydriergrad etwa 100%. As can be seen in particular from FIG. 2, the hydrogenation process carried out with the system 1 makes it possible to reduce the system output by specifically adjusting the input degree of hydrogenation, which has been measured in particular by means of the sensor device 19, by increasing the input degree of hydrogenation. For example, for the characteristic curve of a constant educt mass flow (mEduct, abs = 100%), a reduction of the system output from 100%, which corresponds to the normal operating point (BPNormai), to a partial load range and in particular to a Reduce stand-by area (BPstand-By) with a system output of 0%. In this case, the initial degree of hydrogenation is approximately 100%.
In Fig. 2 sind für die verschiedenen Hydriergrade des Produktstroms HGprod von 99% und 95% gekennzeichnet. Der Produktstrom nach dem Hydrierreaktor 2 umfasst also insbesondere LOHC- H. In Fig. 2, HG per d of 99% and 95% are marked for the different degrees of hydrogenation of the product stream. The product stream after the hydrogenation reactor 2 therefore includes in particular LOHC-H.
Insbesondere ermöglicht es die Anlage 1, einen neuen Betriebspunkt BPoptioni zu definieren, bei dem ein höherer Eduktmassenstrom mEdukt,abs = 150% und ein Eingangshydriergrad von 40% vorliegen. Dieser neue Auslegungsbetriebspunkt BPoptioni ist in Fig. 5 gekennzeichnet. Diese Auslegung setzt also voraus, dass bereits im Normalbetriebspunkt Wasserstoffträgermedium mit einem Eingangshydriergrad von 40% bereitgestellt wird, also eine Mischung aus LOHC-D und LOHC-H, also LOHC-X darstellt. Die Auslegung der Anlage 1 ist aber derart gewählt, dass die relative Anlagenleistung Prei gegenüber dem Ausgangs-Normalbetriebspunkt BPNormai unverändert ist. Da der Massestrom während der Leistungsregelung im Wesentlichen konstant bleibt. Bewegt sich der veränderte Betriebspunkt auf der nun steileren Kennlinie für mEdukt,abs = 150%. Dadurch, dass der veränderte Betriebspunkt BPoptioni zu höheren Hydriergraden hin verschoben ist, können Spitzenlasten einfacher abgedeckt werden, indem der Eingangshydriergrad abgesenkt wird. Entsprechend können auch hier Teillastzustände erreicht werden, indem der Hydriergrad weiter gesteigert wird, also zusätzlich LOHC-H zugemischt wird. In particular, Appendix 1 makes it possible to define a new operating point BPoptioni, at which there is a higher educt mass flow mEduct,abs = 150% and an input degree of hydrogenation of 40%. This new design operating point BPoptioni is marked in Fig. 5. This design therefore presupposes that hydrogen carrier medium with an initial degree of hydrogenation of 40% is already provided at the normal operating point, i.e. represents a mixture of LOHC-D and LOHC-H, i.e. LOHC-X. However, the design of system 1 is chosen such that the relative system output P rei is unchanged compared to the initial normal operating point BPNormai. Since the mass flow remains essentially constant during power control. The changed operating point moves on the now steeper characteristic curve for mEduct,abs = 150%. Because the changed operating point BPoptioni is shifted towards higher hydrogenation levels, peak loads can be covered more easily by lowering the input hydrogenation level. Accordingly, partial load conditions can also be achieved here by further increasing the degree of hydrogenation, i.e. adding additional LOHC-H.
Fig. 6 zeigt ein normiertes Profil der Wasserstoffgaserzeugung mittels elektrischem Strom, der von der Stromerzeugungseinheit 6 in Form einer Photovoltaikanlage zur Verfügung gestellt wird. Bezogen auf die Tageszeit gibt es eine Spitzenleistung am frühen Nachmittag. Ausgehend von dieser volatilen Wasserstoffgasquelle werden im Folgenden anhand von Fig. 7 und 8 verschiedene Betriebsweisen einer Hydrieranlage erläutert. Gemäß einer ersten Betriebsweise wird die Anlage mit konstanter Leistung betrieben. Die entsprechende Kurve des konstanten Betriebs ist in Fig. 7 und 8 mit KB gekennzeichnet. Fig. 6 shows a standardized profile of hydrogen gas production using electrical power, which is provided by the power generation unit 6 in the form of a photovoltaic system. Based on the time of day, there is a peak performance in the early afternoon. Based on this volatile hydrogen gas source, various operating modes of a hydrogenation system are explained below with reference to FIGS. 7 and 8. According to a first operating mode, the system is operated with constant power. The corresponding constant operation curve is labeled KB in Figures 7 and 8.
Eine zweite Betriebsweise berücksichtigt eine Leistungsregelung in einem Leistungsbereich von 40% bis 120%, also mit Teillast- und Spitzenlast-Bereichen. Die Leistungsregelung erfolgt über eine Anpassung des Massenstroms. Die entsprechenden Graphen sind in Fig. 7 und 8 mit MS gekennzeichnet. A second operating mode takes into account power control in a power range of 40% to 120%, i.e. with partial load and peak load ranges. The power is controlled via an adjustment of the mass flow. The corresponding graphs are labeled MS in Figures 7 and 8.
Eine dritte Betriebsweise entspricht dem erfindungsgemäßen Hydrierverfahren, also einer dynamischen Leistungsregelung in einem Leistungsbereich von 0% bis 145%, wobei ein veränderter Normalbetriebspunkt entsprechend Fig. 5 bei einem Eingangshydriergrad von 40% definiert wird und die Leistungsregelung über die Anpassung des Eingangshydriergrads erfolgt. Die entsprechenden Graphen sind in Fig. 7 und 8 mit HG kennzeichnet. A third mode of operation corresponds to the hydrogenation process according to the invention, i.e. a dynamic power control in a power range from 0% to 145%, with a changed normal operating point corresponding to FIG. 5 being defined at an input hydrogenation level of 40% and the power control taking place by adjusting the input hydrogenation level. The corresponding graphs are labeled HG in Figures 7 and 8.
Eine Erkenntnis ist, dass der konstante Betrieb (KB) die volatile Wasserstoffgasquelle bei der Hydrierleistung nicht ansatzweise abbilden kann und daraus ein großer Pufferspeicherbedarf resultiert (vgl. Fig. 8). Das Verfahren der Leistungsregelung über den Eduktmassenstrom (MS) ist gegenüber dem konstanten Betrieb (KB) verbessert, weist aber immer noch Defizite auf. Dagegen zeigt das erfindungsgemäße Verfahren, dass das volatile Profil der Wasserstoffgaserzeugung mittels der Photovoltaikanlage aufgrund der hochdynamischen Regelung ideal abgebildet werden kann und der Pufferspeicherbedarf minimiert und insbesondere 0 ist. One finding is that constant operation (KB) cannot begin to reflect the volatile hydrogen gas source in terms of hydrogenation performance and this results in a large buffer storage requirement (see Fig. 8). The process of power control via the educt mass flow (MS) has been improved compared to constant operation (KB), but still has deficits. In contrast, the method according to the invention shows that the volatile profile of hydrogen gas production by means of the photovoltaic system can be ideally mapped due to the highly dynamic control and the buffer storage requirement is minimized and in particular is 0.
Ein Vergleich der Kennwerte ist in Tabelle 1 zusammengefasst.
Figure imgf000020_0001
A comparison of the characteristics is summarized in Table 1.
Figure imgf000020_0001
Die verschiedenen Anlagen unterscheiden in ihrer Grundauslegung, also ihrer Nominallast bezogen auf die Spitzenleistung des Elektrolyseurs 5. Da KB über den Tag konstant betrieben wird, ist zwar eine deutlich kleinere Auslegung im Vergleich zu Elektrolyseur 5 möglich und beträgt etwa 28%, jedoch müssen etwa 56% der Tagesproduktion von Wasserstoffgas im Wasserstoffgaspufferspeicher 4 zwischengespeichert werden. Ein großer Wasserstoffgaspufferspeicher 4 ist teuer und nachteilig. The various systems differ in their basic design, i.e. their nominal load based on the peak performance of the electrolyser 5. Since KB is operated constantly throughout the day, a significantly smaller design is possible compared to electrolyser 5 and is about 28%, but about 56% of the daily production of hydrogen gas must be temporarily stored in the hydrogen gas buffer storage 4. A large hydrogen gas buffer storage 4 is expensive and disadvantageous.
In der Anlage MS, die zwar lastflexibler ist und deshalb der Pufferspeicherbedarf sinkt, erfordert allerdings eine insgesamt größere Anlage von 42% bezogen auf den Elektrolyseur 5. In the MS system, which is more flexible in terms of load and therefore reduces the need for buffer storage, it requires an overall larger system of 42% based on the electrolyser 5.
Wie bereits angedeutet, wird aufgrund der hohen Dynamik der Anlage HG kein Wasserstoffgaspufferspeicher oder allenfalls mit minimaler Größe benötigt. Insbesondere ermöglicht die Anlage die Abbildung von Spitzenlasten von bis zu 145%. Bezogen auf die Tagesbilanz ist die Anlagenauslastung im Vergleich zu den beiden vorstehend genannten Anlagen, minimal und beträgt weniger als die Hälfte im Vergleich zu der Anlage im konstanten Betrieb. As already indicated, due to the high dynamics of the HG system, no hydrogen gas buffer storage is required, or at least a minimal size. In particular, the system enables peak loads of up to 145% to be represented. Based on the daily balance, the system utilization is minimal compared to the two systems mentioned above and is less than half compared to the system in constant operation.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht insbesondere eine kontinuierliche Reduktion der Leistung hin zu Teillastzuständen und insbesondere hin zu 0% Leistung. Bei der Hydrierreaktion wird zur Reduktion der Leistung der Eingangshydriergrad, insbesondere kontinuierlich, erhöht, also insbesondere LOHC-H und/oder LOHC-OX und/oder LOHC-X beigemischt, im Grenzfall also vollständig hydriertes LOHC. 0% Leistung entspricht einem sogenannten Hot-Stand-by-Zu- stand. In diesem Hot-Stand-by-Zustand wird der Hydrierreaktor 2 mit Wasserstoffträgermedium zwar weiter durchströmt, gibt aber keine Leistung ab bzw. nimmt keine Last auf, d.h. es findet eine Hydrierreaktion statt. Durch eine Änderung des Eingangshydriergrades, also durch ein Absenken des Eingangshydriergrades, kann der Hydrierreaktor wieder direkt in Betrieb gehen. The method according to the invention enables, in particular, a continuous reduction in power towards partial load conditions and in particular towards 0% power. In the hydrogenation reaction, in order to reduce the power, the input degree of hydrogenation is increased, in particular continuously, i.e. in particular LOHC-H and/or LOHC-OX and/or LOHC-X are added, in the limit case completely hydrogenated LOHC. 0% power corresponds to a so-called hot standby state. In this hot standby state, the hydrogen carrier medium continues to flow through the hydrogenation reactor 2, but it does not produce any power or absorb any load, i.e. a hydrogenation reaction takes place. By changing the inlet degree of hydrogenation, i.e. by lowering the inlet degree of hydrogenation, the hydrogenation reactor can go back into operation directly.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf Fig. 3 und 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Konstruktiv identische Teile halten dieselben Bezugszeichen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, auf dessen Beschreibung hiermit verwiesen wird. Konstruktiv unterschiedlich, jedoch funktionell gleichartige Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten a. A further exemplary embodiment of the invention will be described below with reference to FIGS. 3 and 4. Structurally identical parts have the same reference numbers as in the first exemplary embodiment, the description of which is hereby referred to. Parts that are structurally different but functionally similar receive the same reference numerals with an a after them.
Bei der Anlage la ist der Reaktor 2a ein Dehydrierreaktor. Entsprechend in dem ersten Edukt- Speicherbehälter 7 zumindest teilweise beladenes Wasserstoffträgermedium LOHC-X und/oder LOHC-H bevorratet. In dem Dehydrierreaktor 2a wird aus dem Wasserstoffträgermedium Wasser stoffgas freigesetzt, das aus dem Dehydrierreaktor 2a mittels einer Wasserstoffgasabführleitung 20 abgeführt und in einem optionalen Wasserstoffgaspufferspeicher 4 zwischengespeichert werden kann, bevor das Wasser stoffgas einem Wasserstoffgasverbraucher 21 bereitgestellt wird. Der Wasserstoffgasverbraucher 21 ist insbesondere eine Verstromungseinheit und insbesondere eine Brennstoffzelle. Bei dem Wasserstoffgasverbraucher 21 kann es sich um eine stationäre Anlage handeln. Es ist aber grundsätzlich auch denkbar, dass der Wasserstoffgasverbraucher 21 eine mobile Einheit ist, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug. Insbesondere ist der Wasserstoffgasverbraucher 21 eine Wasserstoffgasschnittstelle wie beispielsweise an einer Wasserstoffgastankstelle. Über die Wasserstoffgasschnittstelle wird Wasserstoffgas für einen Verbraucher, insbesondere für einen Wasserstoffgastank in einem Fahrzeug, zur Verfügung gestellt. Die Abnahme von Wasser stoffgas über die Wasserstoffgasschnittstelle erfolgt insbesondere volatil, so dass eine Leistungsregelung der Dehydrierreaktion in dem Dehydrierreaktor 2a erforderlich. Dazu dient die Regelungseinheit 17. In plant la, the reactor 2a is a dehydrogenation reactor. Accordingly, at least partially loaded hydrogen carrier medium LOHC-X and/or LOHC-H is stored in the first educt storage container 7. In the dehydrogenation reactor 2a, hydrogen gas is released from the hydrogen carrier medium, which can be removed from the dehydrogenation reactor 2a by means of a hydrogen gas discharge line 20 and temporarily stored in an optional hydrogen gas buffer storage 4 before the hydrogen gas is provided to a hydrogen gas consumer 21. The hydrogen gas consumer 21 is in particular a power generation unit and in particular a fuel cell. The hydrogen gas consumer 21 can be a stationary system. However, it is also fundamentally conceivable that the hydrogen gas consumer 21 is a mobile unit, for example in a motor vehicle. In particular, the hydrogen gas consumer 21 is a hydrogen gas interface, such as at a hydrogen gas filling station. Hydrogen gas is made available to a consumer, in particular to a hydrogen gas tank in a vehicle, via the hydrogen gas interface. The removal of hydrogen gas via the hydrogen gas interface is particularly volatile, so that power control of the dehydrogenation reaction in the dehydrogenation reactor 2a is required. The control unit 17 is used for this purpose.
Es ist grundsätzlich denkbar, dass das Wasserstoffgas aus dem Dehydrierreaktor 2a gemeinsam mit dem zumindest teilweise dehydrierten Wasserstoffträgermedium über eine gemeinsame Ab- führleitung abgeführt und die beiden Stoffströme in einer Trenneinheit voneinander getrennt werden. In principle, it is conceivable that the hydrogen gas is removed from the dehydrogenation reactor 2a together with the at least partially dehydrogenated hydrogen carrier medium via a common discharge line and the two material streams are separated from one another in a separation unit.
Der Produkt-Pufferbehälter 12 ist in der beschriebenen Weise mit der Flüssigkeitsleitung 8 mit dem Produkt-Speicherbehälter 13 verbunden. The product buffer container 12 is connected to the product storage container 13 with the liquid line 8 in the manner described.
Auch die Anlage la weist eine Trenneinheit 25 auf, die stromabwärts des Dehydrierreaktors 2a angeordnet ist. Die Trenneinheit 25 kann stromaufwärts und/oder stromabwärts des Produkt-Pufferbehälters 12 und insbesondere entlang der Rückführleitung 14 angeordnet sein. The system la also has a separation unit 25, which is arranged downstream of the dehydrogenation reactor 2a. The separation unit 25 can be arranged upstream and/or downstream of the product buffer container 12 and in particular along the return line 14.
Die Mischeinheit 9, der Dehydrierreaktor 2a und der Produkt-Pufferbehälter 12 bilden ein Dehydriermodul 22. Das Dehydriermodul 22 kann auch die Trenneinheit 25 umfassen. Das Dehydrierverfahren funktioniert entsprechend analog dem Hydrierverfahren. Insbesondere erfolgt die Leistungsregelung in dem Dehydrierreaktor 2a anhand der Anpassung des Eingangshydriergrads. Insbesondere zeigt sich, dass eine Reduktion der Anlagenleistung hin zu Teillastbereichen möglich ist, indem der Eingangshydriergrad des Wasserstoffträgermediums reduziert wird, insbesondere bei konstantem Eduktmassenstrom. Die Reduktion des Eingangshydriergrads kann insbesondere dadurch erfolgen, dass zumindest teilweise dehydriertes Wasserstoffträgermedium LOHC-X oder LOHC-D beigemischt wird. Dies kann entweder über die Rückführung aus dem Produkt-Pufferbehälter 12 über die Rückführleitung 14 und/oder über den zweiten Edukt- Speicherbehälter 16 erfolgen, indem entsprechendes Material bevorratet ist. The mixing unit 9, the dehydrogenation reactor 2a and the product buffer container 12 form a dehydrogenation module 22. The dehydrogenation module 22 can also include the separation unit 25. The dehydrogenation process works analogously to the hydrogenation process. In particular, the power control in the dehydrogenation reactor 2a takes place based on the adjustment of the input degree of hydrogenation. In particular, it can be seen that a reduction in system performance towards partial load ranges is possible by reducing the initial degree of hydrogenation of the hydrogen carrier medium, especially with a constant educt mass flow. The reduction in the initial degree of hydrogenation can be achieved in particular by adding at least partially dehydrogenated hydrogen carrier medium LOHC-X or LOHC-D. This can be done either via the return from the product buffer container 12 via the return line 14 and / or via the second educt storage container 16 by storing appropriate material.
Mit Blick auf den bereits beschriebenen Hot-Stand-by-Zustand wird dieser beim Dehydrierverfahren dadurch erreicht, das zunehmend mehr dehydriertes Wasserstoffträgermaterial zugeführt wird und insbesondere vollständig dehydriertes Wasserstoffträgermaterial LOHC-D. With regard to the hot standby state already described, this is achieved in the dehydrogenation process by supplying increasingly more dehydrogenated hydrogen carrier material and in particular completely dehydrogenated hydrogen carrier material LOHC-D.
Um den Dehydrierreaktor 2a wieder in Betrieb zu nehmen, ist es erforderlich, den Eingangshydriergrad wieder zu steigern. Zudem muss eine Beheizung des Dehydrierreaktor 2a erfolgen. Anders als bei Hydrierverfahren besteht beim Dehydrierverfahren ein Heizbedarf, so dass der Dehydrierreaktor 2a unter Wärmeaufnahme auf Temperatur im Hot-Stand-by-Betrieb gehalten werden muss. Das bedeutet, dass die Beheizung des Dehydrierreaktor mittels einer Heizeinheit 23, die einen Wärmestrom Q von der Heizeinheit 23 an den Dehydrierreaktor 2a bereitstellt, mittels der Regelungseinheit 17 separat mitgeregelt werden muss. Die Regelungseinheit 17 steht mit der Heizeinheit 23 in, insbesondere bidirektionaler, Signalverbindung. In order to put the dehydrogenation reactor 2a back into operation, it is necessary to increase the input degree of hydrogenation again. In addition, the dehydrogenation reactor 2a must be heated. Unlike hydrogenation processes, the dehydrogenation process requires heating, so that the dehydrogenation reactor 2a must be kept at the temperature in hot standby mode while absorbing heat. This means that the heating of the dehydrogenation reactor by means of a heating unit 23, which provides a heat flow Q from the heating unit 23 to the dehydrogenation reactor 2a, must be regulated separately by means of the control unit 17. The control unit 17 is in, in particular bidirectional, signal connection with the heating unit 23.
Wenn von dem Wasserstoffgasverbraucher 21 bzw. der entsprechenden Wasserstoffgasschnittstelle kein Wasserstoffgasbedarf gemeldet wird, kann der Dehydrierreaktor 2a in dem Hot- Stand-by-Betrieb oder in einem sogenannten Selbsterhaltungsbetrieb betrieben werden, indem eine Minimal -Menge Wasserstoffgas freigesetzt wird, um den Dehydrierreaktor 2a auf einer Mindest-Betriebstemperatur zu halten. Insbesondere kann die Minimal-Menge des freigesetzten Wasserstoffgases ausschließlich zur Beheizung des Dehydrierreaktors 2a eingesetzt werden. In diesem Fall ist die Heizeinheit 23 als Wasserstoffgasbrenner und/oder als Brennstoffzelle ausgeführt, wobei insbesondere eine Abzweigung der Wasserstoffgasabführleitung 20 unmittelbar mit der Heizeinheit 23 verbunden ist. Ein erneuter Wechsel in einen Lastzustand des Dehydrierreaktors 2a, also ein Wasserstoffgasbedarf bei dem Wasserstoffgasverbraucher 21 könnte aus dem Hot-Standby-Betrieb schneller und schneller und damit dynamischer realisiert werden. If no hydrogen gas requirement is reported by the hydrogen gas consumer 21 or the corresponding hydrogen gas interface, the dehydrogenation reactor 2a can be operated in the hot standby mode or in a so-called self-sustaining mode by releasing a minimum amount of hydrogen gas to the dehydrogenation reactor 2a to maintain a minimum operating temperature. In particular, the minimum amount of hydrogen gas released can be used exclusively to heat the dehydrogenation reactor 2a. In this case, the heating unit 23 is designed as a hydrogen gas burner and/or as a fuel cell, with in particular a branch of the hydrogen gas discharge line 20 being connected directly to the heating unit 23. A new change to a load state of the dehydrogenation reactor 2a, i.e. a hydrogen gas requirement in the hydrogen gas consumer 21, could be realized faster and faster and therefore more dynamically from the hot standby operation.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf Fig. 9 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Konstruktiv identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen, auf deren Beschreibung hiermit verwiesen wird. Konstruktiv unterschiedliche und funktionell gleichartige Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten b. A further exemplary embodiment of the invention will be described below with reference to FIG. 9. Structurally identical parts receive the same reference numbers as in the previous exemplary embodiments, the description of which is hereby referred to. Structurally different and functionally similar parts receive the same reference numbers with a suffix b.
Die Anlage 1b umfasst einen Hydrierreaktor 2 und entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel. Ein Unterschied gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass das Hydriermodul 15 zusätzlich einen Wärmetauscher 24 aufweist, der zur Edukt- Vorwärmung dient. Der Wärmetauscher 24 ist insbesondere stromaufwärts der Mischeinheit 9 angeordnet. Insbesondere ist der Wärmetauscher als Flüssig-Flüssig-Wärmeübertrager ausgeführt. Das vergleichsweise warme, zumindest teilweise in dem Hydrierreaktor 2 hydrierte Wasserstoffträgermedium LOHC-H, also das Produkt, dient zum Vorwärmen des Produkts, also des zumindest teilweise dehydrierten Wasserstoffträgermediums, insbesondere LOHC-D, LOHC-V oder LOHC-X. Entsprechend ist die Rückführleitung 14 sowohl mit der Mischeinheit 9 als auch mit dem Wärmetauscher 24 verbunden. Das in dem Wärmetauscher 24 zumindest teilweise abgekühlte Produkt wird von dem Wärmetauscher 24 über eine Flüssigkeitsleitung 8 dem Produkt- Speicherbehälter 13 zugeführt. The system 1b includes a hydrogenation reactor 2 and essentially corresponds to the first exemplary embodiment. A difference compared to the first exemplary embodiment is that the hydrogenation module 15 additionally has a heat exchanger 24, which is used to preheat the educt. The heat exchanger 24 is arranged in particular upstream of the mixing unit 9. In particular, the heat exchanger is designed as a liquid-liquid heat exchanger. The comparatively warm hydrogen carrier medium LOHC-H, i.e. the product, which is at least partially hydrogenated in the hydrogenation reactor 2, serves to preheat the product, i.e. the at least partially dehydrogenated hydrogen carrier medium, in particular LOHC-D, LOHC-V or LOHC-X. Accordingly, the return line 14 is connected to both the mixing unit 9 and the heat exchanger 24. The product that is at least partially cooled in the heat exchanger 24 is fed from the heat exchanger 24 via a liquid line 8 to the product storage container 13.
Daraus ergeben sich auch Vorteile hinsichtlich der Speicherung des abgekühlten Produkts. This also results in advantages in terms of storing the cooled product.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf Fig. 10 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Konstruktiv identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen, auf deren Beschreibung hiermit verwiesen wird. Konstruktiv unterschiedliche, jedoch funktionell gleichartige Tele erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten c. Die Anlage 1c umfasst den Dehydrierreaktor 2a und den Wärmetauscher 24, der wie bei dem vorherigen Ausführungsbeispiel zum Vorwärmen des Eduktstroms aus dem ersten Edukt-Spei- cherbehälter 7 dient. A further exemplary embodiment of the invention will be described below with reference to FIG. 10. Structurally identical parts receive the same reference numbers as in the previous exemplary embodiments, the description of which is hereby referred to. Telephones that are structurally different but functionally similar receive the same reference numerals with a c after them. The system 1c includes the dehydrogenation reactor 2a and the heat exchanger 24, which, as in the previous exemplary embodiment, serves to preheat the educt stream from the first educt storage container 7.
Dabei wurde überraschend gefunden, dass der Wärmetauscher 24 bei diesem Ausführungsbeispiel die Zusatzfunktion einer Trenneinheit aufweist. Der aus dem Dehydrierreaktor 2a abgeführte und über die Rückführleitung 14 zurückgeführte Stoffstrom umfasst einerseits das Produkt, also LOHC-D, sowie das freigesetzte Wasser stoffgas, die insbesondere beide als Dampf bzw. in der Gasphase vorliegen. Dieses heiße Gemisch aus LOHC-D und Wasserstoffgas kann einerseits der Mischeinheit 9 zugeführt werden, wobei der Mischer 9 als Wascheinheit und als Vorwärmer füngieren könnte. Beispielsweise könnte das heißte Gemisch aus LOHC-D-Dampf und Wasserstoffgas mittels einer Verteilplatte in frisches LOHC-H, also Edukt, eingeleitet werden. Da LOHC-H eine vergleichsweise geringere Temperatur aufweist, würde das Gemisch aus LOHC-D und Wasserstoffgas abkühlen und insbesondere LOHC-D kondensieren. Sowohl die sensible Wärme, die durch die Dampfkühlung anfällt, als auch die Kondensationsenthalpie könnten zum Vorwärmen des LOHC-H genutzt werden. Das gekühlte Wasserstoffgas könnte gezielt am Kopf der Mischeinheit 9 abgeführt werden. Das Gemisch aus LOHC-D und LOHC-H, also LOHC-X könnte dem Dehydrierreaktor 2a zugeführt werden. Zusätzlich oder alternativ kann das heiße Gemisch aus LOHC-D und Wasserstoffgas dem Wärmetauscher 24 zugeführt werden, wobei auch in dem Wärmetauscher eine Kondensation des Produkts, also LOHC-D stattfinden kann. It was surprisingly found that the heat exchanger 24 in this exemplary embodiment has the additional function of a separation unit. The material stream discharged from the dehydrogenation reactor 2a and returned via the return line 14 includes, on the one hand, the product, i.e. LOHC-D, and the released hydrogen gas, both of which are in particular present as vapor or in the gas phase. This hot mixture of LOHC-D and hydrogen gas can be fed to the mixing unit 9, whereby the mixer 9 could function as a washing unit and as a preheater. For example, the mixture of LOHC-D vapor and hydrogen gas could be introduced into fresh LOHC-H, i.e. starting material, using a distribution plate. Since LOHC-H has a comparatively lower temperature, the mixture of LOHC-D and hydrogen gas would cool and, in particular, LOHC-D would condense. Both the sensible heat generated by steam cooling and the enthalpy of condensation could be used to preheat the LOHC-H. The cooled hydrogen gas could be specifically discharged at the top of the mixing unit 9. The mixture of LOHC-D and LOHC-H, i.e. LOHC-X, could be fed to the dehydrogenation reactor 2a. Additionally or alternatively, the hot mixture of LOHC-D and hydrogen gas can be supplied to the heat exchanger 24, whereby condensation of the product, i.e. LOHC-D, can also take place in the heat exchanger.

Claims

Patentansprüche Patent claims
1. Hydrierverfahren für ein Wasserstoffträgermedium umfassend die Verfahrensschritte1. Hydrogenation process for a hydrogen carrier medium comprising the process steps
Zuführen des Wasserstoffträgermediums in einen Hydrierreaktor (2), wobei das zugeführte Wasserstoffträgermedium zumindest teilweise entladen ist und einen Eingangshydriergrad aufweist, Feeding the hydrogen carrier medium into a hydrogenation reactor (2), the supplied hydrogen carrier medium being at least partially discharged and having an initial degree of hydrogenation,
Zuführen von Wasserstoff in den Hydrierreaktor (2), katalytisches Hydrieren des Wasserstoffträgermediums in dem Hydrierreaktor (2), so dass das Wasserstoffträgermedium einen Ausgangshydriergrad aufweist, der größer ist als der Eingangshydriergrad, Supplying hydrogen into the hydrogenation reactor (2), catalytically hydrogenating the hydrogen carrier medium in the hydrogenation reactor (2), so that the hydrogen carrier medium has an initial degree of hydrogenation that is greater than the initial degree of hydrogenation,
Regeln der Hydrierreaktion durch Anpassen des Eingangshydriergrads. Controlling the hydrogenation reaction by adjusting the input hydrogenation level.
2. Hydrierverfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassen des Eingangshydriergrads durch Rückführen von hydriertem Wasserstoffträgermedium mit dem Ausgangshydriergrad in den Hydrierreaktor (2) erfolgt. 2. Hydrogenation process according to claim 1, characterized in that the adjustment of the input degree of hydrogenation is carried out by returning hydrogenated hydrogen carrier medium with the initial degree of hydrogenation into the hydrogenation reactor (2).
3. Hydrierverfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassen des Eingangshydriergrads durch Zuführen von weiterem Wasserstoffträgermedium in den Hydrierreaktor (2) erfolgt, wobei das weitere Wasserstoffträgermedium einen weiteren Hydriergrad aufweist, der vom Eingangshydriergrad verschieden ist. 3. Hydrogenation process according to one of the preceding claims, characterized in that the adjustment of the input degree of hydrogenation is carried out by supplying further hydrogen carrier medium into the hydrogenation reactor (2), the further hydrogen carrier medium having a further degree of hydrogenation which is different from the input degree of hydrogenation.
4. Hydrierverfahren gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserstoffträgermedium vor dem Zuführen in den Hydrierreaktor (2) mit dem rückgeführten Wasserstoffträgermedium und/oder mit dem weiteren Wasserstoffträgermedium in einer Mischeinheit (9) gemischt wird. 4. Hydrogenation process according to claim 2 or 3, characterized in that the hydrogen carrier medium is mixed with the recycled hydrogen carrier medium and / or with the further hydrogen carrier medium in a mixing unit (9) before being fed into the hydrogenation reactor (2).
5. Hydrierverfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch Betreiben des Verfahrens in einem Betriebspunkt (BPoption i) mit einem höheren absoluten Eduktmassenstrom mEdukt,abs und/oder mit einem erhöhten Eingangshydriergrad, wobei mEdukt,abs > 100%, insbesondere mEdukt,abs > 150%, und wobei insbesondere der Eingangshydriergrad mindestens 20% und insbesondere mindestens 40% beträgt. 5. Hydrogenation process according to one of claims 2 to 4, characterized by operating the process in an operating point (BP option i) with a higher absolute educt mass flow mEduct, abs and / or with an increased input degree of hydrogenation, where mEduct, abs > 100%, in particular mEduct, abs > 150%, and in particular the initial degree of hydrogenation is at least 20% and in particular at least 40%.
6. Hydrierverfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Massestrom des in den Hydrierreaktor (2) zugeführten Wasserstoffträgermediums konstant ist. 6. Hydrogenation process according to one of the preceding claims, characterized in that the mass flow of the hydrogen carrier medium fed into the hydrogenation reactor (2) is constant.
7. Hydrierverfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Vorwärmen des Wasserstoffträgermediums, insbesondere in einem dem Hydrierreaktor (2) und insbesondere der Mischeinheit (9) vorgeschalteten Wärmetauscher (24), wobei das Vorwärmen insbesondere mittels des rückgeführten Wasserstoffträgermediums erfolgt. 7. Hydrogenation process according to one of the preceding claims, characterized by preheating the hydrogen carrier medium, in particular in a heat exchanger (24) connected upstream of the hydrogenation reactor (2) and in particular the mixing unit (9), the preheating taking place in particular by means of the recycled hydrogen carrier medium.
8. Hydrierverfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für das Regeln der Hydrierreaktion die, insbesondere dynamisch sich verändernde, Menge an zugeführtem Wasserstoff in den Hydrierreaktor (2) als Eingangsgröße berücksichtigt wird. 8. Hydrogenation process according to one of the preceding claims, characterized in that the, in particular dynamically changing, amount of hydrogen supplied into the hydrogenation reactor (2) is taken into account as an input variable for regulating the hydrogenation reaction.
9. Dehydrierverfahren für ein Wasserstoffträgermedium umfassend die Verfahrensschritte9. Dehydrogenation process for a hydrogen carrier medium comprising the process steps
Zuführen des Wasserstoffträgermediums in einen Dehydrierreaktor (2a), wobei das zugeführte Wasserstoffträgermedium zumindest teilweise beladen ist und einen Eingangshydriergrad aufweist, katalytisches Dehydrieren des Wasserstoffträgermediums in dem Dehydrierreaktor (2a), so dass Wasserstoffgas von dem Wasserstoffträgermedium freigesetzt wird und das Wasserstoffträgermedium einen Ausgangshydriergrad aufweist, der kleiner ist als der Eingangshydriergrad, Abführen des freigesetzten Wasserstoffgases aus dem Dehydrierreaktor (2a), Regeln der Dehydrierreaktion durch Anpassen des Eingangshydriergrads. Feeding the hydrogen carrier medium into a dehydrogenation reactor (2a), the supplied hydrogen carrier medium being at least partially loaded and having an initial degree of hydrogenation, catalytic dehydrogenation of the hydrogen carrier medium in the dehydrogenation reactor (2a), so that hydrogen gas is released from the hydrogen carrier medium and the hydrogen carrier medium has an initial degree of hydrogenation, which is smaller than the input degree of hydrogenation, removing the released hydrogen gas from the dehydrogenation reactor (2a), regulating the dehydrogenation reaction by adjusting the input degree of hydrogenation.
10. Dehydrierverfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassen des Eingangshydriergrads durch Rückführen von dehydriertem Wasserstoffträgermedium mit dem Ausgangshydriergrad in den Dehydrierreaktor (2a) erfolgt. 10. Dehydrogenation process according to claim 9, characterized in that the adjustment of the input degree of hydrogenation is carried out by returning dehydrogenated hydrogen carrier medium with the initial degree of hydrogenation into the dehydrogenation reactor (2a).
11. Dehydrierverfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassen des Eingangshydriergrads durch Zuführen von weiterem Wasserstoffträgermedium in den Dehydrierreaktor (2a) erfolgt, wobei das weitere Wasserstoffträgermedium einen weiteren Hydriergrad aufweist, der vom Eingangshydriergrad verschieden ist. 11. Dehydrogenation process according to claim 9 or 10, characterized in that adjusting the initial degree of hydrogenation by supplying further hydrogen carrier medium the dehydrogenation reactor (2a), the further hydrogen carrier medium having a further degree of hydrogenation which is different from the initial degree of hydrogenation.
12. Dehydrierverfahren gemäß Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserstoffträgermedium vor dem Zuführen in den Dehydrierreaktor (2a) mit dem rückgeführten Wasserstoffträgermedium und/oder mit dem weiteren Wasserstoffträgermedium in einer Mischeinheit (9) gemischt wird. 12. Dehydrogenation process according to claim 10 or 11, characterized in that the hydrogen carrier medium is mixed with the recycled hydrogen carrier medium and / or with the further hydrogen carrier medium in a mixing unit (9) before being fed into the dehydrogenation reactor (2a).
13. Dehydrierverfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, gekennzeichnet durch Betreiben des Verfahrens in einem Betriebspunkt (BPoption i) mit einem höheren absoluten Eduktmassenstrom mEdukt,abs und/oder mit einem erhöhten Eingangshydriergrad, wobei mEdukt,abs > 100%, insbesondere mEdukt,abs > 150%, und wobei insbesondere der Eingangshydriergrad höchstens 80% und insbesondere höchstens 60% beträgt. 13. Dehydrogenation process according to one of claims 9 to 12, characterized by operating the process in an operating point (BP option i) with a higher absolute educt mass flow mEduct, abs and / or with an increased input degree of hydrogenation, where mEduct, abs > 100%, in particular mEduct, abs > 150%, and in particular the initial degree of hydrogenation is at most 80% and in particular at most 60%.
14. Dehydrierverfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das der Massestrom des in den Dehydrierreaktor (2a) zugeführten Wasserstoffträgermediums konstant ist. 14. Dehydrogenation process according to one of claims 9 to 13, characterized in that the mass flow of the hydrogen carrier medium fed into the dehydrogenation reactor (2a) is constant.
15. Dehydrierverfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 14, gekennzeichnet durch ein Vorwärmen des Wasserstoffträgermediums, insbesondere in einem dem Dehydrierreaktor (2a) und insbesondere der Mischeinheit (9) vorgeschalteten Wärmetauscher (24), wobei das Vorwärmen insbesondere mittels des rückgeführten Wasserstoffträgermediums erfolgt. 15. Dehydrogenation process according to one of claims 9 to 14, characterized by preheating the hydrogen carrier medium, in particular in a heat exchanger (24) connected upstream of the dehydrogenation reactor (2a) and in particular the mixing unit (9), the preheating taking place in particular by means of the recycled hydrogen carrier medium.
16. Anlage zum Durchführen eines Verfahrens gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Anlage umfasst a. einen Reaktor (2; 2a) zum katalytischen Hydrieren und/oder zum katalytischen Dehydrieren von Wasserstoffträgermedium, das einen Eingangshydriergrad aufweist, b. mindestens ein Fördermittel (10) zum Fördern des Wasserstoffträgermediums in den Reaktor (2; 2a), c. eine mit dem mindestens einen Fördermittel (10) in Signalverbindung (18) stehende Regelungseinheit (17), die dazu ausgebildet ist, das katalytische Hydrieren und/oder zum katalytischen Dehydrieren in dem Reaktor (2; 2a) durch Anpassen des Eingangshydriergrads des Wasserstoffträgermediums zu regeln. Anlage gemäß Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine Rückführleitung (14) Rückführen von Wasserstoffträgermedium in den Reaktor (2; 2a). Anlage gemäß Anspruch 16 oder 17, gekennzeichnet durch einen Zusatz-Speicherbehälter (16), in dem weiteres Wasserstoffträgermedium bevorratet ist, das einen von dem Eingangshydriergrad verschiedenen Hydriergrad aufweist. Anlage gemäß Anspruch 17 oder 18, gekennzeichnet durch eine Mischeinheit (9) zum Mischen des Wasserstoffträgermediums mit dem rückgeführten Wasserstoffträgermedium und/oder mit dem weiteren Wasserstoffträgermedium. Anlage gemäß einem der Ansprüche 17 bis 19, gekennzeichnet durch einen Wärmetauscher (24) zum Vorwärmen des den Reaktor (2; 2a) zuzuführenden Wasserstoffträgermediums, wobei der Wärmetauscher (24) insbesondere stromaufwärts der Mischeinheit (9) angeordnet ist, und wobei insbesondere die Rückführleitung (14) den Reaktor (2; 2a) mit dem Wärmetauscher (24), insbesondere unmittelbar, verbindet. 16. System for carrying out a method according to one of the preceding claims, wherein the system comprises a. a reactor (2; 2a) for the catalytic hydrogenation and/or for the catalytic dehydrogenation of hydrogen carrier medium which has an initial degree of hydrogenation, b. at least one conveying means (10) for conveying the hydrogen carrier medium into the reactor (2; 2a), c. a control unit (17) which is in signal connection (18) with the at least one conveying means (10) and is designed to carry out catalytic hydrogenation and/or for to regulate catalytic dehydrogenation in the reactor (2; 2a) by adjusting the input degree of hydrogenation of the hydrogen carrier medium. Plant according to claim 16, characterized by a return line (14) for returning hydrogen carrier medium into the reactor (2; 2a). Plant according to claim 16 or 17, characterized by an additional storage container (16) in which further hydrogen carrier medium is stored, which has a different degree of hydrogenation from the initial degree of hydrogenation. Plant according to claim 17 or 18, characterized by a mixing unit (9) for mixing the hydrogen carrier medium with the recycled hydrogen carrier medium and/or with the further hydrogen carrier medium. Plant according to one of claims 17 to 19, characterized by a heat exchanger (24) for preheating the hydrogen carrier medium to be supplied to the reactor (2; 2a), the heat exchanger (24) being arranged in particular upstream of the mixing unit (9), and in particular the return line (14) connects the reactor (2; 2a) to the heat exchanger (24), in particular directly.
PCT/EP2023/064025 2022-05-25 2023-05-25 Hydrogenation process and dehydrogenation process for a carrier medium for hydrogen and system for carrying out processes of this kind WO2023227710A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022205290.0A DE102022205290A1 (en) 2022-05-25 2022-05-25 Hydrogenation process and dehydrogenation process for a hydrogen carrier medium and system for carrying out such processes
DE102022205290.0 2022-05-25

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023227710A1 true WO2023227710A1 (en) 2023-11-30

Family

ID=86732458

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2023/064025 WO2023227710A1 (en) 2022-05-25 2023-05-25 Hydrogenation process and dehydrogenation process for a carrier medium for hydrogen and system for carrying out processes of this kind

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102022205290A1 (en)
WO (1) WO2023227710A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022205290A1 (en) 2022-05-25 2023-11-30 Hydrogenious Lohc Technologies Gmbh Hydrogenation process and dehydrogenation process for a hydrogen carrier medium and system for carrying out such processes

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1081780A2 (en) 1999-08-30 2001-03-07 Kabushiki Kaisha Toyoda Jidoshokki Seisakusho Hydrogen supply system for fuel cell
CN101993721A (en) 2009-08-25 2011-03-30 中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院 Method and reaction system for liquid phase cycling hydrotreatment
EP3168330A1 (en) * 2014-07-11 2017-05-17 Kabushiki Kaisha Toshiba Apparatus and method for hydrogen production using high-temperature water vapor electrolysis
DE102016206106A1 (en) 2016-04-12 2017-10-12 Hydrogenious Technologies Gmbh Storage device for hydrogen carrier medium, system comprising such a storage device and method for storing hydrogen carrier medium
DE102020215444A1 (en) 2020-12-07 2022-06-09 Hydrogenious Lohc Technologies Gmbh Process and plant for the material use of hydrogen
DE102021203883A1 (en) 2021-04-19 2022-10-20 Hydrogenious Lohc Technologies Gmbh Method and system for providing hydrogen gas
DE102022205290A1 (en) 2022-05-25 2023-11-30 Hydrogenious Lohc Technologies Gmbh Hydrogenation process and dehydrogenation process for a hydrogen carrier medium and system for carrying out such processes

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1081780A2 (en) 1999-08-30 2001-03-07 Kabushiki Kaisha Toyoda Jidoshokki Seisakusho Hydrogen supply system for fuel cell
CN101993721A (en) 2009-08-25 2011-03-30 中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院 Method and reaction system for liquid phase cycling hydrotreatment
EP3168330A1 (en) * 2014-07-11 2017-05-17 Kabushiki Kaisha Toshiba Apparatus and method for hydrogen production using high-temperature water vapor electrolysis
DE102016206106A1 (en) 2016-04-12 2017-10-12 Hydrogenious Technologies Gmbh Storage device for hydrogen carrier medium, system comprising such a storage device and method for storing hydrogen carrier medium
DE102020215444A1 (en) 2020-12-07 2022-06-09 Hydrogenious Lohc Technologies Gmbh Process and plant for the material use of hydrogen
WO2022122495A1 (en) * 2020-12-07 2022-06-16 Hydrogenious Lohc Technologies Gmbh Method and system for the material utilization of hydrogen
DE102021203883A1 (en) 2021-04-19 2022-10-20 Hydrogenious Lohc Technologies Gmbh Method and system for providing hydrogen gas
DE102022205290A1 (en) 2022-05-25 2023-11-30 Hydrogenious Lohc Technologies Gmbh Hydrogenation process and dehydrogenation process for a hydrogen carrier medium and system for carrying out such processes

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
FIKRT, A ET AL., DYNAMIC POWER SUPPLY BY HYDROGEN BOUND TO A LIQUID ORGANIC HYDROGEN CARRIER, vol. 194, 2017, pages 1 - 8

Also Published As

Publication number Publication date
DE102022205290A1 (en) 2023-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3639314B1 (en) Device and method for producing electricity using hydrogen and a hydrogen storage medium
EP3426601B1 (en) Method and system for producing a product gas under changing load conditions
DE102018213689A1 (en) Device and method for providing hydrogen gas
WO2023227710A1 (en) Hydrogenation process and dehydrogenation process for a carrier medium for hydrogen and system for carrying out processes of this kind
DD145638A5 (en) METHOD FOR PRODUCING A HYDROCARBON FRACTURE
DE212019000212U1 (en) Micro-interface reinforced reaction system for the hydrogenation of heavy oil and the production of marine fuel
EP3221256B1 (en) Loading/unloading unit for hydrogen, installation comprising said loading/unloading unit and method for storing and releasing energy
DE102021203883B4 (en) Method for providing hydrogen gas
WO2024078959A1 (en) Method and system for releasing hydrogen gas from an at least partially loaded carrier material
WO2024074613A1 (en) Method and device for providing and/or storing hydrogen gas
DE19918997C2 (en) Process for operating a plant for steam reforming of hydrocarbons, in particular methanol, and corresponding plant
EP1230700A2 (en) Device for supplying the consumers of a fuel cell system with liquid media
DE2247241A1 (en) CATALYTIC HYDRATING DESULFURIZATION OF CRUDE OILS OR HEAVY PETROLEUM FRACTIONS
EP4341205A1 (en) Method and apparatus for releasing chemically bound hydrogen from a carrier material
EP0626935A1 (en) Process for separating an intake flow consisting essentially of hydrogen, methane and c 3?/c 4? hydrocarbons.
DE3042984C2 (en) Process for hydrogenating coal
DE2513757A1 (en) METHOD OF SEPARATION OF A HYDROCARBON MIXTURE SUBJECT TO HYDROGEN TREATMENT
DE102006032470B4 (en) Fuel cell system with reformer and afterburner and its use in a motor vehicle
WO2002059037A1 (en) Method for operating a reforming plant for providing hydrogen-enriched gas, and corresponding reforming plant
EP3686154A1 (en) Method for operating a system for synthesis of a chemical product
DE102022205291A1 (en) Method and reactor arrangement for hydrogenating a hydrogen carrier medium
DE2260073C3 (en) Method for operating a reforming plant
BE1030687B1 (en) CO2-free production of artificial pozzolans, especially from clays
DE2646605C2 (en) Process for hydrogenating coal
EP3378848B1 (en) Hydrogenation method for synthesis of methane and methanol

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23729699

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1