WO2025237751A1 - Reaktor zur durchführung von insbesondere exothermen reaktionen sowie verwendung und verfahren zum betreiben eines solchen reaktors - Google Patents

Reaktor zur durchführung von insbesondere exothermen reaktionen sowie verwendung und verfahren zum betreiben eines solchen reaktors

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Definitions

  • Reactor for carrying out particularly exothermic reactions, as well as use and methods for operating such a reactor Reactor for carrying out particularly exothermic reactions, as well as use and methods for operating such a reactor
  • the invention relates to a reactor for carrying out, in particular, exothermic reactions. Furthermore, the invention relates to the use of and a method for operating such a reactor.
  • reactor types are used for exothermic reactions, specifically cooled tube bundle reactors, adiabatic beds with intercooling or cold gas injection, and fluidized bed reactors.
  • NH3 ammonia
  • adiabatic beds with combined intercooling and cold gas injection are used.
  • the reaction takes place at high pressures and temperatures either on iron catalysts (350°C to 550°C, 100 to 300 bar) or ruthenium (Ru) catalysts, where somewhat lower temperatures are also possible.
  • iron catalysts 350°C to 550°C, 100 to 300 bar
  • ruthenium (Ru) catalysts where somewhat lower temperatures are also possible.
  • electrolysis and fuel cell stacks are known that are arranged in a pressure vessel.
  • a high-pressure electrolysis cell is described, for example, in JP 5 524227 B2.
  • US Patent 6 153 083 A discloses an electrolyzer for the electrolysis of water into hydrogen and oxygen, comprising a number of electrolysis cells, each containing an anode and a cathode, connected in series in a cell block surrounded by a pressure vessel.
  • JP 3 845 780 B2 discloses atmospheric and pressurized SOFC power generation systems. It is therefore an object of the present invention to provide an alternative reactor for carrying out, in particular, exothermic reactions, which avoids or at least reduces the aforementioned disadvantages and can be manufactured with comparatively little effort. It is further an object of the invention to provide a method for operating such a reactor.
  • a reactor for carrying out, in particular, exothermic reactions comprising a plate heat exchanger with a plurality of adjacent plates, in particular plates oriented at least substantially parallel to one another, between which gap channels are defined, wherein the gap channels are divided into several primary gap channels that are fluidically interconnected, in particular fluidically connected in parallel, and several secondary gap channels that are fluidically interconnected, in particular fluidically connected in parallel, wherein a catalyst material, in particular for ammonia synthesis or methanol synthesis or dimethyl ether synthesis or a hydrogen release reaction, is provided in at least one of the primary gap channels, preferably in all primary gap channels, and wherein primary fluid supply means for supplying a primary fluid to the primary gap channels and secondary fluid supply means for supplying a secondary fluid to the secondary gap channels are provided, and a pressure vessel that surrounds the plate heat exchanger.
  • Pressure fluid supply means designed to supply a pressure fluid to the pressure vessel and, in particular, to maintain an increased pressure of at least 2 bar in the pressure
  • the second problem is solved according to the invention by a method for operating a reactor according to the invention, comprising the steps
  • a primary fluid is supplied to at least one primary slit channel, preferably all primary slit channels, and a particularly exothermic reaction is carried out in the at least one primary slit channel, preferably in all primary slit channels,
  • a secondary fluid is supplied to at least one secondary slit channel, preferably to all secondary slit channels,
  • a pressure fluid in particular a pressurized gas, is supplied to the pressure vessel, preferably comprising H2 and/or N2, particularly preferably a mixture of H2 and N2 or a mixture of H2 and CO2 or synthesis gas.
  • a plate heat exchanger for carrying out reactions, such as exothermic reactions, for example, ammonia synthesis.
  • a plate heat exchanger in a well-known manner, comprises a plurality of plates, with a gap channel formed between each pair of adjacent plates.
  • the gap channels are generally divided into two groups, and the gap channels of one group typically alternate with those of the other group.
  • the two groups of gap channels are fluidically separated from each other but thermally coupled.
  • a heat transfer medium flows through the gap channels of both groups. An efficient exchange of thermal energy takes place between the heat transfer media.
  • At least one group of the slit channels is used to carry out or operate a thermal reaction.
  • These slit channels preferably those used for the exothermic reaction, are referred to herein as primary slit channels.
  • a catalyst material is provided in the primary slit channels, for example, a catalyst material for an exothermic reaction, such as a catalyst material for ammonia synthesis, methanol synthesis, dimethyl ether synthesis (DM E synthesis), or a hydrogen release reaction.
  • a primary fluid is supplied to the primary slit channels for the reaction. This can also be referred to as the reaction fluid.
  • the other group of slit channels can be used, for example, to dissipate heat released during an exothermic reaction.
  • the primary slit channels serve as reaction slit channels and the secondary slit channels as cooling slit channels.
  • a secondary fluid is supplied to the secondary slit channels. If this fluid is used for heat dissipation, it acts as a cooling medium.
  • the catalyst material is introduced via the secondary slit channels or the material in the During operation, the secondary fluid flowing through the heat exchanger does not dissipate heat released during an exothermic reaction on the primary side. Instead, heat can be supplied via the secondary side for the endothermic reaction on the primary side.
  • the secondary slotted channels can be used not only as cooling channels but also as heat supply channels, and the secondary fluid can be used accordingly as the heating fluid.
  • a catalyst material for a thermocatalytic reaction is provided in the primary slit channels.
  • the reactor according to the invention is, in particular, a thermocatalytic reactor.
  • the reactor according to the invention is not an electrolytic reactor. In other words, it is not a reactor in which chemical reactions driven by electricity, in particular redox reactions forced by electrical energy, can take place or do take place.
  • the primary and secondary slit channels are not fluidically connected.
  • the primary and secondary slit channels are arranged alternately, in other words, if a primary slit channel alternates with a secondary slit channel. This allows, for example, particularly efficient cooling in the case of an exothermic reaction. the primary side or heat input in the case of an endothermic reaction on the primary side.
  • the secondary slit channels may be free of catalyst material, but this is not necessarily the case. They may, for example, contain such material to utilize cooling via an endothermic reaction on the secondary side, which will be discussed in more detail below. Any catalyst material present in the secondary slit channels, which can also be referred to as "secondary catalyst material" for clarity, may differ from the catalyst material in the primary slit channels.
  • the plate heat exchanger is further provided for in a pressure vessel in which an elevated pressure is present or can be achieved during operation.
  • the plate heat exchanger is arranged in the interior of the pressure vessel, so that during operation there is no or only a small pressure differential to the outside, in other words, compared to the pressurized interior of the pressure vessel.
  • the plate heat exchanger can therefore be of a comparatively simple design. Reactions, for example exothermic reactions, can take place at high pressures and temperatures without the need for complex sealing of the plate heat exchanger or the primary and/or secondary channels. It should be noted that it is also possible for a reactor according to the invention to have more than one plate heat exchanger arranged in the pressure vessel.
  • the reactor according to the invention can be manufactured relatively cost-effectively. It offers good thermal integration, especially compared to adiabatic beds with intercooling. It also offers high load flexibility. Rapid load changes and high responsiveness are possible. This is particularly true since cooling can be used instead of adiabatic beds. Furthermore, the reactor according to the invention can be started up relatively quickly. For example, the secondary fluid can also be used for preheating or heating during the start-up phase, which will be discussed in more detail below.
  • the pressure vessel has a shape that is at least substantially cylindrical, and in particular circular cylindrical. It may have a (circular) hollow cylindrical shell that is closed at both ends. It may have rounded, and in particular convex, outwardly curved ends or end walls, which has proven to be a particularly advantageous shape for pressure vessels.
  • a cylindrical pressure vessel with rounded, outwardly curved end faces can represent a good compromise between the ideal shape of a spherical shell on the one hand and comparatively simple, cost-effective manufacturing on the other, while still maintaining very good pressure resistance.
  • the pressure vessel can be provided internally with an insulating layer made of a thermally insulating material.
  • thermally insulating materials include fireclay bricks, glass fabric, and/or ceramic fabric, such as polycrystalline mullite/aluminum oxide wool (PCW).
  • PCW polycrystalline mullite/aluminum oxide wool
  • the pressure vessel can be made of steel, in particular an outer shell made of steel. If the pressure vessel includes an internal thermal insulating layer, it can be prevented that its outer shell heats up to high temperatures during operation. This makes it possible to use an outer shell made of less temperature-resistant materials, in particular cost-effective steels that can withstand, for example, temperatures of only 250°C, preferably 220°C, and most preferably 100°C.
  • a leakage sensor can also be provided to monitor the plate heat exchanger.
  • the leakage sensor allows the plate heat exchanger to be monitored for leaks.
  • the leakage sensor is preferably located inside the pressure vessel. If the pressure vessel is filled with inert gas, it is advantageous to monitor for the primary gas or a component thereof. If the pressure vessel is filled with primary gas, it is advantageous to monitor for the reaction product. For example, if the reaction to NH3 occurs and N2 is supplied to the pressure vessel as a pressurized gas (in other words, if it is purged with N2), the leakage sensor is advantageously used to test for or monitor for H2.
  • the catalyst material provided in the primary slit channel(s) can, for example, be iron- and/or ruthenium- and/or copper-zinc-based. Alternatively or additionally, it is possible that it comprises or is provided by one or more bimetals, preferably with a cobalt component. It is also possible, again alternatively or additionally, that the catalyst material provided in the primary slit channel(s) comprises or is provided by at least one single-atom catalyst and/or comprises or is provided by at least one SCALMS catalyst.
  • Single-atom catalysts are also referred to as one-atom catalysts. They preferably comprise or consist of single-atom alloys. SCALMS stands for “Supported Catalytically Active Liquid Metal Solutions”.
  • the catalyst material provided in the primary slotted channel(s) can also be located on a support material.
  • the catalyst material, or the support material thereof, can be granular, for example. It can be in the form of pellets, or pellets containing the catalyst material can be provided in the primary slotted channels.
  • the catalyst material can also be in the form of at least one coating, for example, obtained by a washcoat.
  • plates of the plate heat exchanger can be coated with the catalyst material or a coating material containing the catalyst material.
  • One or more insert plates, consisting of the catalyst material or coated with it, for example by a washcoat, can also be arranged in the primary slotted channels, which can simplify manufacturing. It is also possible for the catalyst material to be in the form of catalytically active structures.
  • catalytically active networks can be provided in the primary slotted channels and/or the secondary slotted channels. If a catalyst material is also provided in the secondary slit channels, in particular one for an endothermic reaction, the above may alternatively or additionally apply to this catalyst material as well.
  • the reactor according to the invention can include pressure control means which are designed and/or configured in such a way that the pressure difference which prevails during operation of the reactor between the pressure in the pressure vessel and the pressure in at least one of the primary slot channels, preferably in all primary slot channels, is adjustable, preferably controllable.
  • the reactor is operated such that the pressure in the pressure vessel lies a maximum of 20%, in particular a maximum of 10%, preferably a maximum of 5%, and most preferably a maximum of 1% above or below the pressure in at least one of the primary slot channels, preferably in all primary slot channels, which has proven to be particularly suitable.
  • the reactor can be operated such that the pressure in the pressure vessel lies a maximum of 5 bar, in particular a maximum of 1 bar, and preferably a maximum of 100 mbar above or below the pressure in at least one of the primary slot channels, preferably in all primary slot channels.
  • a percentage difference and/or absolute deviations can be used.
  • Pressure control means of the reactor according to the invention can be designed and/or configured to achieve this.
  • the pressure in the pressure vessel is then the same as, or at least very similar to, the reaction pressure in one or more primary slit channels.
  • the pressure of the pressurized gas is expediently adjusted to the reaction pressure during operation.
  • the pressure control devices can be designed and/or configured accordingly.
  • pressure control means can alternatively or additionally be designed and/or configured in such a way that the pressure difference that occurs during the operation of the reactor between the pressure in at least one of the primary slotted channels, preferably in all primary slotted channels and the pressure prevails in at least one of the secondary slot channels, preferably in all secondary slot channels, is adjustable, preferably controllable.
  • the reactor can further be operated such that the pressure in at least one of the secondary slotted channels, preferably the pressure in all secondary slotted channels, is a maximum of 20%, in particular a maximum of 10%, preferably a maximum of 5%, and most preferably a maximum of 1% above or below the pressure in at least one of the primary slotted channels, preferably in all primary slotted channels.
  • the reactor can be operated such that the pressure in at least one of the secondary slotted channels, preferably the pressure in all secondary slotted channels, is a maximum of 5 bar, in particular a maximum of 1 bar, and more preferably a maximum of 100 mbar above or below the pressure in at least one of the primary slotted channels, preferably in all primary slotted channels.
  • Pressure control means of the reactor according to the invention can be designed and/or configured to achieve this.
  • operation can also be carried out in such a way that the secondary slotted channels have the same or a similar pressure as the primary slotted channels, which is particularly possible, for example, when a thermal oil is used as the secondary fluid.
  • the pressure in the secondary slotted channels is expediently adjusted to the pressure in the primary slotted channels, since the reaction pressure depends on the operating conditions.
  • the secondary gap channels, or the plates defining the secondary gap channels can then be particularly affected by... These components may be welded together, or suitable seals and sufficient contact pressure of the plates may be implemented to allow for higher pressure differentials. The same can apply alternatively or additionally to the primary slot channels or the plates defining the primary slot channels.
  • the primary and/or secondary slot channels can be provided with stabilizing elements, in particular stabilizing ribs.
  • stabilizing elements can increase stability. Especially in applications where larger pressure differences between primary and secondary slot channels occur (or may occur), it can be advantageous to reinforce the slot channels accordingly.
  • Stabilizing elements for example in the form of stabilizing ribs, can extend between two adjacent plates and be supported by the adjacent plates.
  • the sealing of the plate heat exchanger can be specifically designed so that the side with the higher pressure (primary or secondary side) keeps the side with the lower pressure (secondary or primary side) sealed during operation.
  • sealing elements of the plate heat exchanger can be specifically arranged accordingly. For example, they can be arranged so that, due to the higher pressure on one side (primary or secondary), at least one element, such as a plate of the plate heat exchanger, is pressed against at least one other element of the plate heat exchanger during operation.
  • a control device is provided by means of which the pressure in the pressure vessel and/or the pressure difference between the pressure in the pressure vessel and the pressure in at least one of the primary slotted channels can be adjusted, preferably regulated.
  • the pressure in the secondary slotted channels can be adjusted, preferably regulated, by means of the control device.
  • the pressure in the primary channel(s) and the pressure in the primary fluid supply to the primary channel(s) and/or in the primary fluid discharge from the primary channel(s) are almost identical. This is particularly true if no valve or similar device is located between the plate heat exchanger or its primary channel(s) and at least one supply or discharge line.
  • the pressure is almost identical, especially if no valve or similar device is arranged between the secondary slotted channels or the pressure vessel and a supply or discharge line.
  • the optionally available pressure control means can be designed and/or configured in such a way that the pressure difference prevailing during operation of the device between the pressure in the pressure vessel and/or the pressure in at least one line upstream or downstream of the pressure vessel on the one hand, and the pressure in at least one of the primary slot channels, preferably in all primary slot channels, and/or in at least one line upstream or downstream of the primary slot channels on the other hand, is adjustable, preferably controllable.
  • a pressure measuring device may also be provided for measuring the pressure in the pressure vessel and/or in at least one, preferably exactly one, line upstream of the pressure vessel.
  • a pressure measuring device may be provided for measuring the pressure in at least one, preferably exactly one, line downstream of the pressure vessel. This may, for example, be a pressure measuring device for measuring the pressure in a pressure inlet line and/or for measuring the pressure in a pressure outlet line through which pressure fluid can be supplied to or removed from the pressure vessel.
  • At least one primary pressure measuring device can be provided for measuring the pressure in one – or even several, possibly all – primary slotted channels.
  • a primary pressure measuring device can be provided for measuring the pressure in at least one, preferably exactly one, line upstream of the primary slotted channels and/or the pressure in at least one, preferably exactly one, line downstream of the primary slotted channels.
  • the reactor according to the invention can include a primary differential pressure measuring device for measuring the pressure difference between the pressure in the pressure vessel and/or in at least one, preferably exactly one, line upstream or downstream of the pressure vessel and the pressure in at least one of the primary slotted channels.
  • a primary differential pressure measuring device can alternatively or additionally be configured to measure the pressure difference between the pressure in the pressure vessel and the pressure in at least one of the primary slotted channels.
  • At least one secondary pressure measuring device can also be provided for measuring the pressure in one – or even several, possibly all – secondary slotted channels.
  • a secondary pressure measuring device can be provided for measuring the pressure in at least one, preferably exactly one, line upstream of the secondary slotted channels and/or the pressure in at least one, preferably exactly one, line downstream of the secondary slotted channels.
  • the reactor according to the invention can include a secondary differential pressure measuring device for measuring the pressure difference between the pressure in the pressure vessel and/or in at least one line upstream of the pressure vessel and/or in at least one line downstream of the pressure vessel on the one hand, and the pressure in at least one of the secondary slotted channels on the other.
  • a secondary differential pressure measuring device can alternatively or additionally be configured to measure the pressure difference between the pressure in the pressure vessel or in at least one line upstream of it and/or in at least one line downstream of it on the one hand, and the pressure in at least one line upstream of the secondary slotted channels and/or in at least one line downstream of the secondary slotted channels on the other.
  • the line upstream of the primary slotted channel(s), in which the pressure can be measured alternatively or additionally, can be, for example, a primary inlet line and/or a primary distribution channel or one of several arms of a primary distribution channel.
  • the line is fluidically connected upstream of the primary slotted channel(s) and can be directly connected to one or more of the primary slotted channels, or via one or more other lines.
  • the line downstream of the primary slotted channel(s), in which the pressure can be measured alternatively or additionally can be, for example, a primary outlet line and/or a primary collector channel or one of several arms of a primary collector channel.
  • the line is fluidically connected downstream of the primary slotted channel(s) and can be directly connected to one or more of the primary slotted channels, or via one or more other lines.
  • the line upstream of the secondary slotted channels in which the pressure can be measured alternatively or additionally, can be, for example, a secondary inlet line and/or a secondary distribution channel or one of several arms of a secondary distribution channel.
  • the line is fluidically connected upstream of the secondary slotted channel(s) and can be directly connected to one or more of the secondary slotted channels, or via one or more other lines.
  • the line downstream of the secondary slotted channels in which the pressure can be measured alternatively or additionally, can be, for example, a secondary outlet line and/or a secondary- This refers to a secondary collector channel or one of several arms of a secondary collector channel.
  • the line is fluidically connected downstream of the secondary slotted channel(s) and can be directly connected to one or more of the secondary slotted channels, or via one or more other lines.
  • the line upstream of the pressure vessel can be, for example, a pressure inlet line, and the line downstream of the pressure vessel can be, for example, a pressure outlet line.
  • the pressure measuring device and/or the primary pressure measuring device and/or the secondary pressure measuring device and/or the primary differential pressure measuring device and/or the secondary differential pressure measuring device can be part of the reactor's pressure control means.
  • the pressure measuring device and/or the primary pressure measuring device and/or the secondary pressure measuring device and/or the primary differential pressure measuring device and/or the secondary differential pressure measuring device may also be connected to a control device for the pressure control means.
  • a control device for the pressure control means Depending on the measured pressure (differential) values, at least one valve and/or at least one pump and/or at least one compressor may be controlled to achieve the desired pressure.
  • the pressure fluid supply means which may include at least one valve and/or at least one pump and/or at least one compressor, may be connected to the pressure control means, in particular to a control device for these.
  • the pressure control means in particular a control device thereof, are designed and/or configured such that the pressure in the pressure vessel and/or in at least one line upstream or downstream of the pressure vessel can be adjusted, in particular regulated, as a function of the pressure in at least one of the primary slotted channels and/or in at least one, preferably exactly one, line upstream or downstream of the primary slotted channels.
  • the pressure control means in particular a control device thereof, are designed and/or configured such that the pressure in the pressure vessel and/or in at least one line upstream or downstream of the pressure vessel can be adjusted, in particular regulated, as a function of the pressure difference between the pressure in the pressure vessel and/or in at least one line upstream or downstream of the pressure vessel on the one hand and the pressure in at least one of the primary slotted channels and/or in at least one, preferably exactly one, line upstream or downstream of the primary slotted channels on the other.
  • the pressure control means in particular a control device thereof, can be designed and/or configured such that the pressure in at least one of the secondary slotted channels and/or in at least one, preferably exactly one, line upstream or downstream of the secondary slotted channels can be adjusted, in particular regulated, depending on the pressure in at least one of the primary slotted channels and/or in at least one, preferably exactly one, line upstream or downstream of the primary slotted channels.
  • the pressure control means in particular a control device thereof, can also be designed and/or configured such that the pressure in at least one of the secondary slotted channels and/or in at least one, preferably exactly one, line upstream or downstream of the secondary slotted channels can be adjusted, in particular regulated, depending on the pressure in at least one of the secondary slotted channels and/or in at least one, preferably exactly one, line upstream or downstream of the secondary slotted channels.
  • the line is adjustable, in particular controllable, depending on the pressure difference between the pressure in the pressure vessel and/or in at least one, preferably exactly one, line upstream or downstream of the pressure vessel on the one hand and the pressure in at least one of the secondary slotted channels and/or in at least one, preferably exactly one, line upstream or downstream of the secondary slotted channels on the other hand.
  • control device for the pressure control means can be conveniently connected to the secondary fluid supply means.
  • the control device may also be designed and/or configured to obtain maximum pressure deviations in the aforementioned areas.
  • the primary fluid supply means and/or the secondary fluid supply means and/or the pressurized fluid supply means can each comprise at least one line or be provided by at least one line.
  • the primary fluid supply means can also comprise at least one compressor and/or at least one pump and/or at least one valve, which has proven particularly advantageous.
  • the secondary fluid supply means can comprise at least one compressor and/or at least one pump and/or at least one valve.
  • the pressurized fluid supply means can also comprise at least one compressor and/or at least one pump and/or at least one valve. It should be emphasized that, although the aforementioned supply means can each comprise at least one compressor and/or at least one pump and/or at least one valve, this is by no means a requirement.
  • the pressurized gas supplied to the pressure vessel can, for example, comprise or consist of H2 and/or N2, preferably a mixture of H2 and N2 or a mixture of H2 and CO2 or synthesis gas or an inert gas or hydrogen (H2) or forming gas, in particular a mixture of nitrogen (N2) and hydrogen (H2).
  • the primary fluid supply means comprise or are provided by a primary inlet line
  • the pressure fluid supply means comprise or are provided by a pressure inlet line
  • the primary inlet line and the pressure inlet line are fluidically connected to each other, so that a primary fluid that can be supplied to the primary slotted channels can also be supplied to the pressure vessel as a pressure fluid.
  • a feed fluid, in particular feed gas, which is supplied to the primary slotted channels, or a partial flow thereof can also be used as a pressure fluid, in particular a pressure gas, for the pressure vessel.
  • the method according to the invention can be characterized analogously in that the primary fluid supplied to the at least one primary slot channel is also supplied to the pressure vessel as pressure fluid, preferably wherein the primary fluid supplied to the at least one primary slot channel and the pressure vessel originates from a common source.
  • the reactor according to the invention can be designed and/or configured accordingly.
  • the primary fluid supply and pressure fluid supply can be, for example, fluidically connected or connectable to a common primary fluid source.
  • a primary fluid feed line can also be provided upstream of the primary fluid supply and pressure fluid supply. be, which is fluidically connected to both the primary fluid supply means and the pressure fluid supply means.
  • the pressurized fluid and the primary fluid are (re)combined after leaving the pressure vessel.
  • the amount of pressurized fluid added to the primary fluid is preferably controlled, in particular regulated, for example by at least one controllable or adjustable valve. It is then expediently ensured that the pressurized fluid constitutes only a small fraction of the primary fluid, for example 1 to 10% of the primary fluid.
  • Another embodiment of the reactor according to the invention is characterized accordingly in that a pressure outlet line is provided through which pressure fluid can exit the pressure vessel and that a primary outlet line is provided through which primary fluid, which has flowed through the primary slotted channels, can exit the plate heat exchanger and in particular leave the pressure vessel, and the pressure outlet line and the primary outlet line are fluidically connected to each other.
  • a bypass may be provided through which the primary fluid is supplied to and discharged from the pressure vessel and recombined with primary fluid that has flowed through and exited the primary slotted channels.
  • the pressure inlet line may be designed as a first bypass line, branching off from the primary inlet line and leading to the pressure vessel, and the pressure outlet line may be designed as a second bypass line leading away from the pressure vessel and, in particular, opening into the primary outlet line.
  • pressure fluid withdrawn from the pressure vessel is also mixed with the primary fluid after exiting the primary channels, it can be achieved very simply that the same pressure prevails in the primary channels and the pressure vessel.
  • a bypass requires comparatively little design effort while simultaneously achieving the desired, as closely matched as possible, pressure conditions.
  • the primary fluid is preheated before entering the primary fluid channel(s). Any planned diversion of primary fluid towards the pressure vessel then conveniently occurs before preheating, which can be achieved, for example, by means of a heat exchanger designed for primary fluid preheating.
  • a portion of the primary fluid is drawn off cold, i.e., in its unpreheated state, and routed through the pressure vessel—particularly via two bypass lines—so that the pressure vessel can be cooled by the primary fluid, or is cooled during operation.
  • the pressurized fluid can be cooled.
  • the reactor according to the invention can accordingly include a pressurized fluid cooling device for cooling the pressurized fluid. It can be provided that the pressurized fluid is cooled before entering the pressure vessel and/or after exiting the pressure vessel.
  • the pressurized fluid cooling device if present, can be designed and arranged accordingly.
  • the discharge fluid from the pressure vessel can also be mixed with the discharge fluid from the primary slit channels, i.e., the reaction discharge fluid. They are mixed. This makes cooling the printing envelope possible without additional large equipment.
  • pressure fluid is at least partially replaced repeatedly or continuously.
  • pressure fluid removed from the pressure vessel is returned to the pressure vessel, preferably after cooling.
  • the reactor according to the invention can comprise a pressure fluid circuit, in which excess pressure fluid can be removed from the pressure vessel and returned to the pressure vessel.
  • At least one, preferably all, secondary slotted channels can be supplied with a secondary fluid, in particular boiling methanol, or in particular boiling water, or thermal oil, or a molten salt.
  • the plate heat exchanger of the reactor according to the invention, in particular its secondary slotted channels, can be further developed accordingly, for example, by being made of a suitable material.
  • a suitable coolant as a secondary fluid can be selected depending on the temperature.
  • Boiling methanol for example, has proven particularly suitable for a temperature range of 70°C to 130°C.
  • Boiling water is suitable for a temperature range of 130°C to 300°C, which corresponds to a boiling pressure of approximately 3 to 150 bar.
  • a thermal oil is particularly suitable for a comparatively high temperature range of 250°C to 450°C. The same applies to a molten salt, which is especially suitable for... especially for a temperature range of 400°C to 650°C.
  • the reactor according to the invention can be advantageously characterized in that a catalyst material for an endothermic reaction, in particular a catalyst material for a hydrogen release reaction, is provided in at least one of the secondary slotted channels, preferably in all secondary slotted channels.
  • a reaction fluid specifically one for an endothermic reaction
  • an endothermic reaction in particular a hydrogen release reaction
  • a hydrogen-rich compound can then be supplied as a secondary fluid to the at least one secondary slit channel, preferably to all secondary slit channels.
  • the plate heat exchanger according to the invention can advantageously include a preferably electric heating device.
  • a heating device for example, one or more plates of the plate heat exchanger can preferably be heated electrically by means of the heating device. If a heating device is present, it can be used to provide heat for an endothermic reaction in the secondary slotted channels during a start-up phase.
  • a heated fluid or gas e.g., heated nitrogen
  • a heated fluid or gas e.g., heated nitrogen
  • This form of heating can be used as an alternative or in addition to electrical heating of the plate heat exchanger, for example, of its plates.
  • the secondary side can be used to preheat the reactor for startup.
  • the thermal oil or the thermal oil circuit can be heated.
  • the reactor according to the invention can incorporate heating elements for warming the secondary fluid. This eliminates the need for electric heating plates in the reactor.
  • hydrogen can be supplied to at least one, preferably all, of the primary slit channels from a other sources, in particular hydrogen, which is provided by means of an electrolyzer or a separate hydrogen release reaction facility.
  • ammonia synthesis As mentioned, one of the exothermic reactions that can be used within the scope of the present invention is the ammonia synthesis. Regarding this, the following applies:
  • Another advantageous embodiment of the invention is characterized in that the secondary fluid evaporates and/or superheats as a result of absorbing the heat released during the exothermic reaction in the at least one primary slot channel. It is also possible to use heated secondary fluid to generate steam, in particular superheated steam. The generated and/or superheated Steam can then, for example, be supplied to at least one solid oxide electrolyzer cell to produce hydrogen, preferably with the produced hydrogen subsequently being used to produce ammonia (NH3). Such a configuration has proven to be particularly energy-efficient.
  • the reactor according to the invention can accordingly comprise at least one solid oxide electrolyzer cell.
  • At least one of the secondary slot channels is subdivided into several partial secondary slot channels, preferably connected in parallel to each other in terms of flow characteristics. Such a subdivision, so to speak into several "sub-secondary slot channels", can also be provided for all secondary slot channels.
  • At least one, or even all, of the secondary slit canals may exhibit a meandering course. If there is a subdivision into several "sub-secondary slit canals,” these may also be meandering.
  • the secondary split channels are connected to each other via a secondary distribution channel and a secondary collector channel.
  • Each plate can, for example, have four holes, particularly round ones, wherein the holes are located in identical positions in all plates and the holes of all plates are aligned, with each aligned hole forming a transverse channel through the plates and the gap channels defined between them. extending, in particular cylindrical, primary-secondary distribution or collector channel. If four holes are provided in each plate, in particular a primary distribution channel and a primary collector channel as well as a secondary distribution channel and a secondary collector channel are formed or defined.
  • the holes are preferably located in the edge area of the plates. If the plates are rectangular, especially if they are at least substantially rectangular or square, one of the holes can be found, for example, in or near each corner of each plate.
  • the primary slotted channels of the plate heat exchanger are connected to a primary inlet line, in particular a central one, and a primary outlet line, in particular a central one.
  • the secondary slotted channels can be connected to a secondary inlet line, in particular a central one, and a secondary outlet line, in particular a central one.
  • the primary slit channels can be connected, for example, to a primary inlet line via a primary distributor channel and to a primary outlet line via a primary collector channel.
  • the secondary slit channels can be connected to a secondary inlet line via a secondary distributor channel and to a secondary outlet line via a secondary collector channel.
  • the plates of a plate heat exchanger will typically have the same shape, for example, all being at least approximately rectangular, and/or characterized by identical external dimensions. It is also possible that several, or even all, of the plates of the plate heat exchanger...
  • the plates are structurally identical. They are preferably made of metal or comprise metal.
  • the plates have a structured surface or profile on at least one side.
  • the at least one side with a structured surface or profile is a side that defines or limits a gap channel.
  • the plate heat exchanger can be provided with an insulating layer made of a thermally insulating material on its outer surface. This prevents excessive heating of the pressure vessel surrounding the plate heat exchanger during operation.
  • the plate heat exchanger may also include a housing.
  • the housing may in particular have an insulating layer made of a thermally insulating material.
  • SNG stands for Synthetic Natural Gas.
  • PEM electrolysis stands for “Proton Exchange Membrane” electrolysis.
  • AEL electrolysis stands for alkaline electrolysis.
  • AEM electrolysis stands for "Anion Exchange Membrane” electrolysis.
  • the invention also relates to the use of a reactor according to the invention for ammonia synthesis or methanol synthesis, in particular from carbon dioxide (CO2) or synthesis gas, or dimethyl ether synthesis, in particular from carbon dioxide (CO2) or synthesis gas, or for oxygen removal from a hydrogen stream, in particular from electrolysis, or for hydrogen removal from an oxygen stream, in particular from electrolysis.
  • a reactor according to the invention for ammonia synthesis or methanol synthesis, in particular from carbon dioxide (CO2) or synthesis gas, or dimethyl ether synthesis, in particular from carbon dioxide (CO2) or synthesis gas, or for oxygen removal from a hydrogen stream, in particular from electrolysis, or for hydrogen removal from an oxygen stream, in particular from electrolysis.
  • Figure 1 shows a first embodiment of a reactor according to the invention in a purely schematic sectional view.
  • Figure 2 is a perspective exterior view of the reactor from Figure 1.
  • Figure 3 shows another purely schematic sectional view of the reactor from Figure 1
  • Figure 4 shows a second embodiment of a reactor according to the invention in a purely schematic sectional view.
  • Figure 1 shows a first embodiment of a reactor 1 according to the invention in a purely schematic sectional view.
  • Figure 2 shows the reactor 1 in a perspective external view and Figure 3 another schematic sectional view.
  • Reactor 1 is designed to carry out exothermic reactions.
  • Reactor 1 comprises a plate heat exchanger 2 with a plurality of adjacent, in particular at least substantially parallel to each other. oriented, plates 3. Of the plates 3, only a few are shown in Figure 1, designated with the reference numeral 3.
  • gap channels 4, 5 are defined; specifically, one gap channel 4, 5 is located between each pair of adjacent plates 3.
  • the gap channels 4, 5 are divided into two groups: several primary gap channels 4, which are fluidically interconnected (specifically, fluidically connected in parallel), and several secondary gap channels 5, which are fluidically interconnected (specifically, fluidly connected in parallel).
  • the gap channels 4 of one group, the primary gap channels 4, alternate with the gap channels 5 of the other group, the secondary gap channels 5.
  • a primary slit channel 4 is therefore located between two secondary slit channels 5, or – in the case of the primary slit channel 4 on the far left of the figure, at the edge – next to a secondary slit channel 5.
  • a secondary slit channel 5 is located between two primary slit channels 4, or – in the case of the secondary slit channel 5 on the far right of the figure, at the edge – next to a primary slit channel 4.
  • Each of the primary slit channels 4 contains a catalyst material 6 for an exothermic reaction.
  • the catalyst material 6 is only indicated by way of example in some primary slit channels 4.
  • a granular catalyst material 6 is schematically indicated by way of example, and even then only over a section of the respective primary slit channel 4.
  • the primary slit channels 4 can be filled with, for example, a granular catalyst material 6 along their entire length.
  • the plates 3 may be coated with catalyst material 6 or a coating material containing catalyst material 6.
  • One or more insert plates, made of or coated with the catalyst material (e.g., by a washcoat), may also be arranged in the primary slot channels 4, which can simplify manufacturing.
  • the catalyst material may also be present in the form of catalytically active structures.
  • catalytically active networks may be provided in the primary slot channels and/or the secondary slot channels.
  • the present case concerns a catalyst material 6 for ammonia synthesis, for which the embodiment of a reactor 1 according to the invention shown in Figure 1 is used.
  • the catalyst material 6 for ammonia synthesis can, for example, be an iron-based or a ruthenium-based catalyst material 6.
  • the catalyst material 6 can also comprise one or more bimetals, preferably with a cobalt component, or be provided by It may also include or be provided by at least one so-called single-atom catalyst and/or at least one so-called SCALMS catalyst for ammonia synthesis.
  • an iron-based catalyst material is provided in the primary slot channels 4, and the same catalyst material 6 is used in all primary slot channels 4.
  • Iron catalysts generally require operating temperatures in the range of 300°C to 520°C.
  • exothermic reactions to ammonia synthesis which can be carried out in a reactor 1 according to the invention, or in other words, for which a reactor 1 according to the invention can be used, include, for example, methanol synthesis, DME synthesis, or oxygen removal from a hydrogen stream, particularly from electrolysis, or hydrogen removal from an oxygen stream, particularly from electrolysis, or SNG production, particularly from carbon dioxide (CO2) or synthesis gas.
  • Appropriate catalyst materials suitable for the respective exothermic reaction are then provided in the primary slit channels 4.
  • Reactor 1 further comprises primary fluid supply means 7 for supplying a primary fluid to the primary slot channels 4.
  • the primary fluid supplied is a forming gas, specifically a mixture of nitrogen (N2) and hydrogen (H2).
  • the primary fluid can also be referred to as the reaction fluid or, in this case, the reaction gas.
  • the primary fluid supply means 7 comprise at least one compressor and at least one valve, which are not shown separately in the purely schematic Figure 1.
  • the primary slot channels 4 are all fluidically connected on the inlet side to a central primary distribution channel 8, which in the illustrated embodiment is part of the primary fluid supply means 7.
  • the primary fluid enters the primary distribution channel 8 via the central primary inlet line 9 of the primary fluid supply means 7, indicated by an arrow in Figure 1.
  • the primary fluid supplied can be distributed to all primary slot channels 4 via the primary distribution channel 8.
  • the reactor 1 also includes secondary fluid supply means 10 for supplying a secondary fluid to the secondary slot channels 5.
  • the secondary fluid supply means 10 include at least one pump and at least one valve, which are not shown separately in the purely schematic figure 1.
  • the secondary slot channels 5 are – analogous to the primary slot channels 4 – all fluidically connected at their inlet side to a central secondary distribution channel 11, which in the illustrated embodiment is part of the secondary fluid supply means 10. During operation, the secondary fluid enters the secondary distribution channel 11 via the upstream, central secondary inlet line 12 of the secondary fluid supply means 10.
  • a primary collector channel 13 is provided in which fluid exiting from all primary slotted channels 4 can be collected and can exit the plate heat exchanger 2 via a central primary outlet line 14.
  • a secondary collector channel 15 is provided on the output side of the secondary slit channels 5, in an analogous manner, in which all secondary- Fluid exiting from the 5 slit channels can be collected and can exit the plate heat exchanger 2 via a central secondary outlet line 16.
  • the primary slot channels 4 and the secondary slot channels 5 are not fluidically connected.
  • the plate heat exchanger 2 has a cuboid housing 17, through the wall of which the inlet and outlet lines 9, 12, 14, 16 for the primary and secondary fluid extend.
  • each plate 3 can have four holes, especially round ones (not shown in the figure), with the holes being located at identical positions in all plates 3 and aligned, with each aligned hole forming a primary or secondary distribution or collector channel 8, 11, 13, 15, extending transversely through the plates 3 and the defined gap channels 4, 5, and being cylindrical in shape. This is known from conventional or conventionally used plate heat exchangers.
  • connection of the respective distribution or collector channel 8, 11, 13, 15 with the associated slot channels, or the separation thereof, can then be realized via gaskets (not shown), as is well known from conventional plate heat exchangers.
  • the holes are preferably located in the edge region of the plates 3. If the plates 3 are, as in the illustrated- In the example shown, which is rectangular, one of the holes can be located in or near each corner.
  • a cooling fluid e.g. boiling methanol, boiling water, a thermal oil or a molten salt, is used as the secondary fluid.
  • an endothermic reaction e.g., a hydrogen release reaction
  • an endothermic reaction e.g., a hydrogen release reaction
  • a catalyst material for an endothermic reaction e.g., a hydrogen release reaction
  • a reaction fluid for the endothermic reaction is supplied to the secondary slit channels 5 as the secondary fluid.
  • a reaction fluid for an endothermic reaction is used as the secondary fluid for cooling.
  • a hydrogen-rich compound would be supplied as the secondary fluid, and hydrogen would be released by absorbing heat from the reaction side. The hydrogen released as a result of the hydrogen release reaction can then be used for ammonia (NH3) synthesis on the primary side of the plate heat exchanger 2.
  • NH3 ammonia
  • the plate heat exchanger 2 can be electrically heated to provide heat for the endothermic reaction during a start-up phase. It is also possible for the secondary fluid to be heated externally.
  • Reactor 1 also includes a pressure vessel 18 that surrounds the plate heat exchanger 2.
  • the pressure vessel 18 has a hollow cylindrical shell section and rounded, outwardly curved end faces.
  • the cube- or cuboid-shaped plate heat exchanger 2 is arranged inside the pressure vessel 18.
  • the pressure vessel 18 comprises an outer shell made of cost-effective steel, which is provided on the inside with an insulating layer of a thermally insulating material.
  • the thermal insulation ensures or contributes to the fact that the outer shell has a maximum operating temperature of 200°C, preferably a maximum of 70°C, which allows the use of cost-effective steels.
  • the plate heat exchanger 2 e.g., its housing 17, can also be provided with an insulating layer of a thermally insulating material.
  • the pressure vessel 18 is designed in two parts: a first part 18a and a second part 18b.
  • the two parts 18a and 18b are detachably connected to each other by integrally formed flanges 18c and screws (not visible in the figures).
  • the plate heat exchanger 2 is held in the pressure vessel 18 by a bracket 18d, which is preferably attached to the flanges 18c, at a distance from the pressure vessel wall (see Figure 3).
  • pressure fluid supply means 19 are provided, which are configured to supply a pressure fluid to the interior 20 of the pressure vessel 18 and to generate an increased pressure of at least 2 bar, in particular at least 5 bar, preferably at least 10 bar, and most preferably at least 20 bar, in the interior 20 of the pressure vessel 18.
  • the pressure fluid supply means 19 comprise at least one compressor and at least one valve, which are not shown separately in schematic Figure 1.
  • the pressure vessel 18 and the pressure fluid supply means 19 enable the plate heat exchanger 2 to have no or only a small pressure difference to the outside (to the interior of the pressure vessel 18) during operation when ammonia synthesis is carried out and can therefore be designed more simply with regard to its seals.
  • an inert gas or hydrogen (H2) or forming gas, in particular a mixture of nitrogen (N2) and hydrogen (H2), can be supplied to the pressure vessel 18 as a pressurized pressurized gas by means of the pressurized fluid supply means 19.
  • the reactor 1 shown in Figure 1 comprises a pressurized fluid circuit 21 with a pressurized fluid cooling device, which includes or is provided by a heat exchanger 22. Pressurized gas can be drawn from the pressure vessel 18 via the pressurized fluid circuit 21, cooled by means of the pressurized fluid cooling device, in particular by means of the heat exchanger 22, and then reintroduced into the pressure vessel 18.
  • the circuit 21 also includes a compressor 23. Additional cooling can be achieved via a recirculated, cooled pressurized gas.
  • the pressure vessel 18 can also be equipped with a leakage sensor (not shown).
  • Pressure control means are provided which are designed and/or configured in such a way that the pressure difference prevailing during the operation of reactor 1 between the pressure in the pressure vessel 18 and the pressure in the primary gap channels 4 can be adjusted, preferably controlled.
  • the reactor 1, in particular the pressure control means specifically comprises a control device 24 by means of which the pressure prevailing in the interior 20 of the pressure vessel 18 can be adjusted, preferably regulated.
  • the control device 24 can also be used to adjust, preferably regulate, the pressure in the primary gap channels 4.
  • the control device 24 is expediently connected to the primary fluid supply means 7 and the pressure fluid supply means 19, for example, compressors thereof.
  • Pressure measuring devices such as pressure sensors, may be provided for the metrological measurement of the pressure in the pressure vessel 18 and/or the pressure in at least one primary slot channel 4.
  • a primary differential pressure measuring device can be provided for measuring the pressure difference between the pressure in the pressure vessel 18 and the pressure in at least one of the primary slot channels 4.
  • a pressure measuring device can be provided for measuring the pressure in at least one secondary slot channel 5.
  • the pressure measuring devices and/or the primary differential pressure measuring device can be part of the pressure control system.
  • the control unit 24 can be connected to the pressure measuring devices and/or the differential pressure measuring device to enable control or regulation based on the measured pressure values.
  • the pressure can also be measured in the supply line, specifically in at least one fluid line upstream of the pressure vessel 18 or in at least one line upstream of one or more, possibly even all, primary slotted channels 4 or secondary slotted channels 5.
  • at least one pressure measuring device e.g., at least one pressure sensor, is provided for measuring the pressure in the primary inlet line 9 and/or the primary distribution channel 8, for instance, in at least one of its several arms.
  • At least one pressure measuring device e.g., at least one pressure sensor
  • the supply specifically at least one The line upstream of the pressure vessel 18 or at least one primary slotted channel 4 or secondary slotted channel 5 is shut off.
  • pressure measurement can be performed in a feeder line, or in at least one downstream line.
  • at least one pressure measuring device e.g., at least one pressure sensor
  • the downstream line specifically at least one line downstream of the pressure vessel 18 or at least one primary slotted channel 4.
  • At least one pressure measuring device e.g., at least one pressure sensor
  • Differential pressure measurement can also be performed on the downstream line, specifically at least one line connected to at least one primary slotted channel 4 or secondary slotted channel 5.
  • the pressure vessel 18 has a pressure fluid outlet line 25 in which an outlet valve 26 is arranged. Pressure fluid can escape from the pressure vessel 18 via the pressure fluid outlet line 25.
  • a safety valve may also be provided, which activates in the event of excessive pressure (in the ( Figure not shown). Pressurized fluid can then pass through such a safety valve to, for example, a flare or safe location.
  • vent valve 27 is provided for the plate heat exchanger 2.
  • the feed gas is supplied as the primary fluid to the primary slotted channels 4, in other words, the primary side of the plate heat exchanger 2, and a thermal oil is supplied to the secondary slotted channels 5, i.e., the secondary side.
  • a pressurized gas is supplied to the pressure vessel, in this case also the feed gas, for example from the same source as the feed gas for the primary slotted channels 4.
  • Reactor 1 may include a heat exchanger for primary fluid preheating (not shown).
  • ammonia synthesis takes place according to the equation above, releasing heat. Cooling occurs via the secondary side of the plate heat exchanger 2, through the thermal oil flowing through the secondary slotted channels 5.
  • the pressure prevailing in the pressure vessel 18 and optionally also in the secondary slotted channels 5 is adjusted to the pressure in the primary slotted channels 4 by means of the control device 24, since the primary pressure depends on the operating state.
  • reactor 1 is operated in such a way that the pressure in the pressure vessel 18 is adjusted by means of the control device 24 by a maximum of 20%, in particular by a maximum of 10%, preferably by a maximum of 5%, and most preferably by a maximum of 1% above or below the pressure in the primary slotted channels.
  • the reactor 1 is operated such that the pressure in the pressure vessel 18 is a maximum of 5 bar, in particular a maximum of 1 bar, preferably a maximum of 100 mbar above or below the pressure in the primary slotted channels 4.
  • the control device 24 is designed and/or configured accordingly.
  • the reactor 1 is preferably operated such that the pressure in the secondary slotted channels 5 is at most 20%, in particular at most 10%, preferably at most 5%, and most preferably at most 1% above or below the pressure in the primary slotted channels 4. Specifically, the reactor 1 is operated such that the pressure in the secondary slotted channels
  • the control unit 24 is appropriately trained and/or configured.
  • the leakage sensor of pressure vessel 18 monitors for a lack of gas.
  • the leakage sensor detects a leak between primary gap channels 4 and pressure vessel 18 if the pressure in the primary gap channel 4 is slightly higher than in the pressure vessel 18.
  • Ammonia exiting from the primary slotted channels 4 on the outlet side is collected in the primary collector channel 13 and can be routed out of the plate heat exchanger 2 and the pressure vessel 18 via the primary outlet line 14 and put to a desired use.
  • a hydrogen release reaction is used on the secondary side, a hydrogen-rich compound is supplied to the secondary slit channels 5 as a secondary fluid.
  • the secondary slit channels 5 which in this case are equipped with a suitable catalyst material, hydrogen is released, and hydrogen and a hydrogen-poor compound exit the secondary slit channels 5 at the outlet side and enter the secondary collector channel 15.
  • Reactor 1 can be designed accordingly, in particular including suitable lines for such routing.
  • Heated nitrogen can also be supplied to the primary slotted channels 4 during the start-up phase to preheat the catalyst for the endothermic reaction and thus initiate the reaction.
  • the hydrogen is available via the hydrogen release reaction, it is expediently supplied to the primary side first.
  • another source can be used temporarily, e.g., an electrolyzer or a separate hydrogen release reaction unit.
  • the pressurized fluid feeders 19 can, for example, be fluidically connected to the primary fluid feeders 7 and supply feed gas from a common source.
  • a bypass may be provided through which a portion of the primary fluid is "tapped off” before entering the primary slot channels 4, fed to the pressure vessel 18, routed out of it again, and mixed with the primary fluid that has flowed through the primary slot channels, i.e., with the The primary fluid is recombined after the reaction.
  • a bypass is provided in the second embodiment of a reactor 1 according to the invention. Since the second embodiment largely corresponds to the first embodiment shown in Figure 1, only the few differences will be discussed below.
  • the pressure inlet line is provided by a first bypass line 28, which is fluidically connected to the primary inlet line 9, specifically branching off from it.
  • the first bypass line 28 connects the primary inlet line 9, through which the primary fluid is also supplied to the primary slotted channels 4, to the interior of the pressure vessel 18.
  • the pressure fluid supply means can be provided solely by the bypass line 28.
  • a separate compressor used only for the pressure fluid is not required.
  • the pressurized outlet line is designed as a second bypass line 30, which fluidically connects the interior 20 of the pressure vessel 18 to the primary outlet line 14, specifically leading into the primary outlet line 14 (see Figure 4).
  • a valve 31 is provided in the second bypass line 30.
  • a valve can also be provided in the first bypass line 28 (not shown).
  • the two bypass lines 28, 30 represent a particularly simple design for achieving consistent pressure conditions in the pressure vessel 18 and the primary slotted channels 4. Since the primary fluid bypasses into and through the pressure vessel 18 via the two bypass lines 28, 30, the pressure in the primary fluid channels 4 and the pressure in the interior of the pressure vessel 18 automatically match.
  • the second embodiment can, for example, include a primary differential pressure measuring device in addition to the two bypass lines 28, 30 for measuring the pressure difference between the pressure in the pressure vessel 18 and the pressure in the primary slotted channels 4.
  • the valve 31 provided in the pressure outlet line formed by the second bypass line 30 can be connected to a control unit 24 of the reactor 1, via which its valve position can be adjusted.
  • the valve position determines how much of the primary fluid is routed through the pressure vessel 18 via the bypass 28, 30. This also determines the degree to which the pressure vessel 18 is cooled by the primary fluid.
  • a portion of the primary fluid intended for the pressure vessel 18 is advantageously "diverted" before preheating.
  • Primary fluid preheating before entering the primary slotted channels 4 can, for example, take place in a heat exchanger provided for this purpose, which is then advantageously located downstream of the branch point of the bypass line 28 from the primary inlet line 9 and upstream of the pressure vessel 18 or plate heat exchanger 2, in the direction of primary fluid flow.
  • Figure 4 shows such a heat defrost
  • the primary fluid preheating circuit is not shown for the sake of clarity.
  • a control unit 24, which may also be present in the second embodiment is not shown again in Figure 4, but is only visible in Figure 1.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Reaktor (1) zur Durchführung von Reaktionen umfassend einen Plattenwärmetauscher (2) mit einer Mehrzahl benachbarter Platten (3), zwischen denen Spaltkanäle (4, 5) definiert sind, wobei die Spaltkanäle (4, 5) in mehrere Primär-Spaltkanäle (4), und mehrere Sekundär-Spaltkanäle (5), unterteilt sind, wobei in wenigstens einem der Primär-Spaltkanäle (4) ein Katalysatormaterial (6) vorgesehen ist, und wobei Primärfluid-Zuführmittel (7) für die Zuführung eines Primärfluids zu den Primär-Spaltkanälen (4) und Sekundärfluid-Zuführmittel (10) für die Zuführung eines Sekundärfluids zu den Sekundär-Spaltkanälen (5) vorgesehen sind, einen Druckbehälter (18), der den Plattenwärmetauscher (2) umgibt, Druck-fluid-Zuführmittel (19), die ausgebildet sind, um dem Druckbehälter (18) ein Druckfluid zuzuführen.

Description

BESCHREIBUNG
Reaktor zur Durchführung von insbesondere exothermen Reaktionen sowie Verwendung und Verfahren zum Betreiben eines solchen Reaktors
Die Erfindung betrifft einen Reaktor zur Durchführung von insbesondere exothermen Reaktionen. Darüber hinaus betrifft die Erfindung die Verwendung sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Reaktors.
Der Anmelderin ist bekannt, dass für beispielsweise exotherme Reaktionen verschiedene Reaktortypen verwendet werden, konkret gekühlte Rohrbündelreaktoren, adiabate Betten mit Zwischenkühlung bzw. Kaltgaseinspritzung sowie Wirbelbettreaktoren.
Vor allem für die Ammoniak(NH3)-Synthese kommen adiabate Betten mit kombinierter Zwischenkühlung und Kaltgaseinspritzung zum Einsatz Die Reaktion läuft bei hohen Drücken und Temperaturen entweder an Eisenkatalysatoren (350°C bis 550°C, 100 bis 300 bar) oder Rutheni- um(Ru)-Katalysatoren, bei denen auch etwas niedrigere Temperaturen möglich sind, ab.
Als Katalysatoren für die Ammoniaksynthese sind vor kurzem auch Bimetalle mit Cobalt-Anteil und sogenannte Single Atom Katalysatoren vorgeschlagen worden. Erstgenannte sind beispielsweise in der Publikation „Iron-Cobalt-Based Materials: An Efficient Bimetallic Catalyst for Ammonia Synthesis at Low Temperatures “ von Rohit K. Rai et al., ACS Catal. 2022, 12, 1 , 587 bis 599 behandelt. Die Ammoniaksynthese mittels Single Atom Katalysatorbetten ist Thema der Publikation „Ammonia Synthesis Using Single-Atom Catalysts Based on Two-Dimensiofnal Organometallic Metal Phthalocyanine Monolayers under Ambient Conditions“ von Chun-Xiang Huang et al., ACS Appl. Mater. Interfaces 2021 , 13, 1 , 608 bis 621.
Die vorgenannten Reaktorkonzepte haben alle Nachteile. Bei den adiabaten Betten mit Zwischenkühlung werden in der Regel die Katalysatorbetten sehr groß, da der Katalysator nicht gut ausgenutzt wird. Zudem ist vergleichsweise viel Equipment für die zum Einsatz kommenden Zwischenwärmetauscher nötig. Bei den adiabaten Betten mit Kaltgaseinspritzung wird die Gleichgewichtslage negativ verschoben und auch die Katbetten werden insgesamt nicht optimal ausgenutzt. Gekühlte Rohrbündelreaktoren haben zwar eine vergleichsweise gute Katausnutzung, sind aber in der Regel sehr teuer, da sie über die Anzahl der Rohre skalieren. Eine Siedewasserkühlung funktioniert bei der NH3-Synthese nicht, da 350°C zu nah am kritischen Punkt sind.
Im Bereich der Elektrolyse bzw. der Brennstoffzellentechnologie sind Elektrolyse- bzw. Brennstoffzellenstacks bekannt, die in einem Druckbehälter angeordnet sind. Eine Hochdruck-Elektrolysezelle geht beispielsweise aus der JP 5 524227 B2 hervor.
Die US 6 153 083 A offenbart einen Elektrolyseur zur Elektrolyse von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff mit einer Anzahl von jeweils einer Anode und einer Kathode enthaltenden Elektrolysezellen, die in einem von einem Druckbehälter umgebenen Zellblock in Reihe geschaltet sind.
Aus der US 6 689 499 B2 gehen durch Spülgas geschützte, unter Druck stehende Brennstoffzellen-Generatormodule hervor.
Die JP 3 845 780 B2 offenbart atmosphärische sowie unter Druck stehende SOFC Stromerzeugungssysteme. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen alternativen Reaktor für die Durchführung insbesondere exothermer Reaktionen bereitzustellen, welcher die vorgenannten Nachteile vermeidet oder zumindest reduziert und sich mit vergleichsweise geringem Aufwand fertigen lässt. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Reaktors anzugeben.
Die erstgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Reaktor zur Durchführung von insbesondere exothermen Reaktionen umfassend einen Plattenwärmetauscher mit einer Mehrzahl benachbarter, insbesondere zumindest im Wesentlichen parallel zueinander orientierter, Platten, zwischen denen Spaltkanäle definiert sind, wobei die Spaltkanäle in mehrere strömungstechnisch miteinander verbundene, insbesondere strömungstechnisch parallel geschaltete, Pri- mär-Spaltkanäle, und mehrere strömungstechnisch miteinander verbundene, insbesondere strömungstechnisch parallel geschaltete, Se- kundär-Spaltkanäle, unterteilt sind, wobei in wenigstens einem der Primär-Spaltkanäle, bevorzugt in allen Primär-Spaltkanälen, ein Katalysatormaterial, insbesondere für die Ammoniaksynthese oder die Methanolsynthese oder die Dimethylethersynthese oder eine Wasserstofffreisetzungsreaktion, vorgesehen ist, und wobei Primärfluid-Zuführmittel für die Zuführung eines Primärfluids zu den Primär-Spaltkanälen und Sekundärfluid-Zuführmittel für die Zuführung eines Sekundärfluids zu den Sekundär-Spaltkanälen vorgesehen sind, einen Druckbehälter, der den Plattenwärmetauscher umgibt, Druckfluid-Zuführmittel, die ausgebildet sind, um dem Druckbehälter ein Druckfluid zuzuführen und insbesondere, um in dem Druckbehälter einen erhöhten Druck von wenigstens 2 bar, insbesondere von we- nigstens 5 bar, bevorzugt von wenigstens 10 bar, besonders bevorzugt von wenigstens 20 bar zu erzeugen.
Die zweitgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Reaktors, umfassend die Schritte
- wenigstens einem Primär-Spaltkanal, bevorzugt allen Pri- mär-Spaltkanälen wird ein Primärfluid zugeführt und in dem wenigstens einen Primär-Spaltkanal, bevorzugt in allen Primär-Spaltkanälen eine insbesondere exotherme Reaktion durchgeführt,
- wenigstens einem Sekundär-Spaltkanal, bevorzugt allen Sekun- där-Spaltkanälen wird ein Sekundärfluid zugeführt,
- dem Druckbehälter wird ein Druckfluid, insbesondere ein Druckgas zugeführt, bevorzugt, wobei das Druckgas H2 und/oder N2, besonders bevorzugt eine Mischung aus H2 und N2 oder eine Mischung aus H2 und CO2 oder Synthesegas, umfasst.
Die vorliegende Erfindung schlägt mit anderen Worten die Verwendung eines Plattenwärmetauschers zur Durchführung von Reaktionen, etwa exothermen Reaktionen, beispielsweise der Ammoniak-Synthese, vor. Ein Plattenwärmetauscher weist in hinlänglich vorbekannter Weise eine Mehrzahl von Platten auf, wobei jeweils zwischen zwei benachbarten Platten ein Spaltkanal gebildet wird. Die Spaltkanälen sind dabei in der Regel in zwei Gruppen unterteilt, und die Spaltkanäle der einen Gruppe wechseln sich üblicher Weise mit den Spaltkanälen der anderen Gruppe ab. Die beiden Gruppen von Spaltkanälen sind strömungstechnisch voneinander getrennt, jedoch thermisch miteinander gekoppelt. Im konventionellen Betrieb eines Plattenwärmetauschers werden beispielsweise die Spaltkanäle sowohl der einen als auch der anderen Gruppe von einem Wärmeträgermedium durchströmt und es findet ein effizienter Austausch von thermischer Energie zwischen den Wärmeträgermedien statt.
Erfindungsgemäß wird wenigstens eine Gruppe der Spaltkanäle genutzt, um darin eine thermische Reaktion durchzuführen bzw. zu betreiben. Diese für die bevorzugt exotherme Reaktion vorgesehenen bzw. genutzten Spaltkanäle werden vorliegend als Primär-Spaltkanäle bezeichnet. In den Pri- mär-Spaltkanälen ist erfindungsgemäß ein Katalysatormaterial vorgesehen, beispielsweise ein solches für eine exotherme Reaktion, etwa ein Katalysatormaterial für die Ammoniaksynthese oder die Methanolsynthese oder die Dimethylethersynthese (DM E-Synthese) oder eine Wasserstofffreisetzungsreaktion. Den Primär-Spaltkanälen wird für die Reaktion ein Primärfluid zugeführt. Dieses kann man auch als Reaktionsfluid bezeichnen.
Die andere Gruppe von Spaltkanälen, die vorliegend als Sekun- där-Spaltkanäle bezeichnet werden, kann beispielsweise für den Abtransport von bei einer exothermen Reaktion freigesetzter Wärme genutzt werden. In dieser Konstellation kann man auch sagen, dass die Primär-Spaltkanäle als Reaktions-Spaltkanäle und die Sekundär-Spaltkanäle als Kühl-Spaltkanäle dienen bzw. solche darstellen. Den Sekundär-Spaltkanälen wird ein Sekundärfluid zugeführt. Sofern dieses für einen Wärmeabtransport genutzt wird, dient das Sekundärfluid als Kühlmedium.
Es sei angemerkt, dass, auch wenn es sich als besonders geeignet erwiesen hat, dass in dem oder den Primär-Spaltkanälen des erfindungsgemäßen Reaktors ein Katalysatormaterial für eine exotherme Reaktion vorgesehen ist und eine exotherme Reaktion durchgeführt wird, dies keineswegs zwingend der Fall ist. Vielmehr ist es auch möglich, dass in dem oder den Primär-Spaltkanälen ein Katalysatormaterial für eine endotherme Reaktion vorgesehen ist. Dann wird über die Sekundär-Spaltkanäle bzw. das diese im Betrieb durchströmende Sekundärfluid keine Wärme abgeführt, die bei einer exothermen Reaktion auf der Primärseite des Plattenwärmetauschers freigesetzt wird, sondern es kann über die Sekundärseite Wärme für die endotherme Reaktion auf der Primärseite zugeführt werden. Die Sekun- där-Spaltkanäle können mit anderen Worten nicht nur als Kühl-Spaltkanäle, sondern auch als Wärme(zufuhr)-Spaltkanäle genutzt werden und das Sekundärfluid entsprechend als Fluid zur Erwärmung.
Bevorzugt ist in den Primär-Spaltkanälen ein Katalysatormaterial für eine thermokatalytische Reaktion vorgesehen. Der erfindungsgemäße Reaktor ist insbesondere ein thermokatalytischer Reaktor.
Der erfindungsgemäße Reaktor ist kein elektrolytischer Reaktor. Er ist mit anderen Worten kein Reaktor, in welchem mittels Strom betriebene chemische Reaktionen, insbesondere keine durch elektrische Energie erzwungene Redoxreaktionen, ablaufen können bzw. ablaufen.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden entsprechend keine elektrolytischen Reaktionen in den Primär- oder Sekundär-Spaltkanälen durchgeführt.
Zweckmäßiger Weise sind die Primär-Spaltkanäle und die Sekun- där-Spaltkanäle strömungstechnisch nicht miteinander verbunden.
Als besonders zweckmäßig hat sich auch bei dem erfindungsgemäßen Reaktor erwiesen, wenn die Primär-Spaltkanäle und die Sekundär-Spaltkanäle abwechselnd angeordnet sind, sich mit anderen Worten jeweils ein Pri- mär-Spaltkanal mit einem Sekundär-Spaltkanal abwechselt. Dann kann z.B. eine besonders effiziente Kühlung im Falle einer exothermen Reaktion auf der Primärseite bzw. Wärmezufuhr im Falle einer endothermen Reaktion auf der Primärseite erzielt werden.
Es sei angemerkt, dass die Sekundär-Spaltkanäle frei von einem Katalysatormaterial sein können, dies jedoch nicht zwingend der Fall ist. Sie können ein solches z.B. aufweisen, um über die Sekundärseite eine Kühlung mittels einer endothermen Reaktion zu nutzen, worauf weiter unten noch näher eingegangen wird. Ein etwaig in den Sekundär-Spaltkanälen vorhandenes Katalysatormaterial, was zur Unterscheidung auch als „Sekundär-Katalysatormaterial“ bezeichnet werden kann, kann sich von dem Katalysatormaterial in den Primär-Spaltkanälen unterscheiden.
Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass der Plattenwärmetauscher in einer Druckhülle installiert ist, in welcher ein erhöhter Druck vorliegt bzw. im Betrieb erzielt werden kann. Der Plattenwärmetauscher ist in dem Innenraum des Druckbehälters angeordnet, so dass es möglich wird, dass im Betrieb keine oder nur eine geringe Druckdifferenz nach außen, mit anderen Worten gegenüber dem unter Druck stehenden Innenraum des Druckbehälters, vorliegt. Der Plattenwärmetauscher kann daher in konstruktiver Hinsicht vergleichsweise einfach ausgeführt sein. Reaktionen, beispielsweise exotherme Reaktionen, können bei hohen Drücken und Temperaturen ablaufen ohne dass eine aufwändige Abdichtung des Plattenwärmetauschers bzw. der Primär- und/oder Sekundär-Spaltkanäle nötig ist. Es sei angemerkt, dass auch nicht ausgeschlossen ist, dass ein erfindungsgemäßer Reaktor mehr als einen in dem Druckbehälter angeordneten Plattenwärmetauscher aufweist.
Die vorliegende Erfindung kombiniert verschiedene Vorteile. Einerseits kann der erfindungsgemäße Reaktor vergleichsweise kostengünstig gefertigt werden. Er bietet dabei eine gute Wärmeintegration insbesondere im Vergleich mit adiabaten Betten mit Zwischenkühlung. Es besteht eine hohe Lastflexibi- lität und auch schnelle Lastwechsel können erfolgen. Dies insbesondere, da eine Kühlung anstellen von adiabaten Betten genutzt werden kann. Darüber hinaus lässt sich der erfindungsgemäße Reaktor auch vergleichsweise schnell anfahren. Beispielsweise kann das Sekundärfluid in einer Anlaufphase auch zum Vor- bzw. Beheizen genutzt werden, worauf weiter unten noch näher eingegangen wird.
Der Druckbehälter weist in bevorzugter Ausgestaltung eine zumindest im Wesentlichen zylindrische, insbesondere kreiszylindrische Form auf. Er kann einen (kreis)hohlzylindrischen Mantel aufweisen, der an beiden Enden verschlossen ist. Er kann abgerundete, insbesondere konvex nach außen gewölbte Enden bzw. Stirnwandungen aufweisen, was sich als besonders günstige Form für Druckgefäße erwiesen hat. Ein zylindrischer Druckbehälter mit abgerundeten, nach außen gewölbten Stirnseiten kann einen guten Kompromiss zwischen der idealen Form einer Kugelschale einerseits und einer vergleichsweise einfachen, kostengünstige Herstellung bei noch sehr guter Druckfestigkeit darstellen.
Der Druckbehälter kann innenseitig mit einer Isolierschicht aus einem thermisch isolierenden Material versehen sein. Rein beispielhaft für thermisch isolierende Materialien seien Schamotte-Steine, Glasgewebe und/oder Keramikgewebe, z.B. polykristalline Mullit/Aluminiumoxid-Wolle (PCW) genannt. Alternativ oder zusätzlich kann der Druckbehälter Stahl, insbesondere eine Außenhülle aus Stahl, umfassen. Umfasst der Druckbehälter eine innenseitige thermische Isolierschicht, kann vermieden werden, dass seine Außenhülle im Betrieb auf hohe Temperaturen erwärmt wird. Dies macht es möglich, eine Außenhülle auch aus weniger temperaturbeständigen Materialien vorzusehen, insbesondere eine solche aus kostengünstigen Stählen, die z.B. nur Temperaturen von maximal 250°C, bevorzugt maximal 220°C, besonders bevorzugt maximal 100°C standhalten können. Auch kann ein Leckagesensor zur Überwachung des Plattenwärmetauschers vorgesehen sein. Mittels eines Leckagesensor kann der Plattenwärmetauscher auf Dichtheit überwacht werden. Der Leckagesensor zur Überwachung des Plattenwärmetauschers ist bevorzugt innerhalb des Druckbehälters angeordnet. Ist bzw. wird der Druckbehälter mit Inertgas gefüllt, wird zweckmäßiger Weise auf das Primärgas oder eine Komponente daraus überwacht. Ist der Druckbehälter mit Primärgas gefüllt, wird zweckmäßiger Weise auf das Reaktionsprodukt überwacht. Findet zum Beispiel die Reaktion zu NH3 statt und wird dem Druckbehälter N2 als Druckgas zugeführt, wird dieser mit anderen Worten mit N2 gespült, wird mit dem Leckagesensor zweckmäßiger Weise auf H2 getestet bzw. überwacht.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können prinzipiell verschiedene Katalysatormaterialien zum Einsatz kommen.
Das in dem oder den Primär-Spaltkanälen vorgesehene Katalysatormaterial kann beispielsweise Eisen- und/oder Ruthenium- und/oder Kup- fer-Zink-basiert sein. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass es eines oder mehrere Bimetalle, bevorzugt mit Kobaltanteil umfasst oder dadurch gegeben ist. Auch kann wiederum alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass das in dem oder den Primär-Spaltkanälen vorgesehene Katalysatormaterial wenigstens einen Einzel-Atom-Katalysator umfasst oder dadurch gegeben ist und/oder wenigstens einen SCALMS-Katalysator umfasst oder dadurch gegeben ist.
Einzel-Atom-Katalysatoren werden auch als Ein-Atom-Katalysatoren bezeichnet. Sie umfassen bevorzugt Einzelatom-Legierungen bzw. bestehen aus solchen. SCALMS steht für “Supported Catalytically Active Liquid Metal Solutions”.
Das in dem oder den Primär-Spaltkanälen vorgesehene Katalysatormaterial kann sich ferner auf einem Trägermaterial befinden. Das Katalysatormaterial bzw. das Trägermaterial eines solchen kann beispielsweise granular sein. Es kann in Form von Pellets vorliegen bzw. es können Pellets in den Primär-Spaltkanälen vorgesehen sein, welche das Katalysatormaterial umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann das Katalysatormaterial auch in Form wenigstens einer beispielsweise durch Washcoat erhaltenen Beschichtung vorliegen. Beispielsweise können Platten des Plattenwärmetauschers mit dem Katalysatormaterial bzw. einem das Katalysatormaterial umfassenden Beschichtungsmaterial beschichtet sein. Es können auch eine oder mehrere Einlegeplatten in den Primär-Spaltkanälen angeordnet sein bzw. werden, welche aus dem Katalysatormaterial bestehen oder mit dem Katalysatormaterial beschichtet sind, etwa durch Washcoat, was die Fertigung vereinfachen kann. Auch ist es möglich, dass das Katalysatormaterial in Form von katalytisch-aktiven Strukturen vorliegt. Beispielhaft sei genannt, dass katalytisch aktive Netze in den Primär-Spaltkanälen und/oder den Sekun- där-Spaltkanälen vorgesehen sind. Sofern auch in den Sekun- där-Spaltkanälen ein Katalysatormaterial vorgesehen ist, insbesondere ein solches für eine endotherme Reaktion, kann das Vorstehende alternativ oder zusätzlich auch für dieses Katalysatormaterial gelten.
Der erfindungsgemäße Reaktor kann Drucksteuermittel umfassen, die derart ausgebildet und/oder eingerichtet sind, dass mittels dieser die Druckdifferenz, die im Betrieb des Reaktors zwischen dem Druck in dem Druckbehälter und dem Druck in wenigstens einem der Primär-Spaltkanäle, bevorzugt in allen Primär-Spaltkanälen vorherrscht, einstellbar, bevorzugt regelbar ist. In vorteilhafter Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Reaktor derart betrieb wird, dass der Druck in dem Druckbehälter um maximal 20 %, insbesondere um maximal 10%, bevorzugt um maximal 5 %, besonders bevorzugt um maximal 1 % oberhalb oder unterhalb des Drucks in wenigstens einem der Primär-Spaltkanäle, bevorzugt in allen Primär-Spaltkanälen, liegt, was sich als besonders geeignet erwiesen hat. Alternativ oder zusätzlich kann der Reaktor derart betrieben werden, dass der Druck in dem Druckbehälter um maximal 5 bar, insbesondere um maximal 1 bar, bevorzugt um maximal 100 mbar oberhalb oder unterhalb des Drucks in wenigstens einem der Primär-Spaltkanäle, bevorzugt in allen Primär-Spaltkanälen, liegt. Mit anderen Worten kann bei der Einstellung bzw. Regelung einer maximalen Druckdifferenz zwischen dem Innenraum des Druckbehälters und dem Reaktionsdruck in einem oder mehreren Primär-Spaltkanälen auf einen prozentualen Unterschied und/oder absolute Abweichungen abgestellt werden.
Drucksteuermittel des erfindungsgemäßen Reaktors können ausgebildet und/oder eingerichtet sein, um dies zu realisieren.
Mit anderen Worten liegt in dem Druckbehälter dann ein gleicher oder zumindest ähnlicher Druck wie der Reaktionsdruck in einem oder mehreren Primär-Spaltkanälen vor. Der Druck des Druckgases wird dafür zweckmäßigerweise im Betrieb an den Reaktionsdruck angepasst. Die Drucksteuermittel können entsprechend ausgebildet und/oder eingerichtet sein.
Sind Drucksteuermittel vorhanden, können diese alternativ oder zusätzlich derart ausgebildet und/oder eingerichtet sein, dass mittels dieser die Druckdifferenz, die im Betrieb des Reaktors zwischen dem Druck in wenigstens einem der Primär-Spaltkanäle, bevorzugt in allen Primär-Spaltkanälen und dem Druck in wenigstens einem der Sekundär-Spaltkanäle, bevorzugt in allen Sekundär-Spaltkanälen vorherrscht, einstellbar, bevorzugt regelbar ist.
Der Reaktor kann ferner derart betrieb werden, dass der Druck in wenigstens einem der Sekundär-Spaltkanäle, bevorzugt der Druck in allen Sekundär-Spaltkanälen, um maximal 20 %, insbesondere um maximal 10%, bevorzugt um maximal 5 % besonders bevorzugt um maximal 1 % oberhalb oder unterhalb des Drucks in wenigstens einem der Primär-Spaltkanäle, bevorzugt in allen Primär-Spaltkanälen, liegt. Alternativ oder zusätzlich kann der Reaktor derart betrieben werden, dass der Druck in wenigstens einem der Sekundär-Spaltkanäle, bevorzugt der Druck in allen Sekundär-Spaltkanälen, um maximal 5 bar, insbesondere um maximal 1 bar, bevorzugt um maximal 100 mbar oberhalb oder unterhalb des Drucks in wenigstens einem der Primär-Spaltkanäle, bevorzugt in allen Primär-Spaltkanälen, liegt.
Drucksteuermittel des erfindungsgemäßen Reaktors können ausgebildet und/oder eingerichtet sein, um dies zu realisieren.
Der Betrieb kann mit anderen Worten auch derart erfolgen, dass die Sekundär-Spaltkanäle den gleichen oder ähnlichen Druck aufweisen, wie die Primär-Spaltkanäle, was z.B. insbesondere möglich ist, wenn ein Thermoöl als Sekundärfluid zum Einsatz kommt. Hierfür wird der Druck in den Sekundär-Spaltkanälen zweckmäßiger Weise dem Druck in den Primär-Spaltkanälen angepasst, da der Reaktionsdruck vom Betriebszustand abhängt.
Es kann aber auch eine Druckdifferenz vorliegen, wobei auch (stark) unterschiedliche Drücke prinzipiell möglich sind. Die Sekundär-Spaltkanäle bzw. die die Sekundär-Spaltkanäle definierenden Platten können dann insbeson- dere miteinander verschweißt sein oder aber es können geeignete Dichtungen und ein ausreichender Anpressdruck der Platten realisiert sein, um auch höhere Druckdifferenzen zu ermöglichen. Gleiches kann alternativ oder zusätzlich für die Primär-Spaltkanäle bzw. die die Primär-Spaltkanäle definierenden Platten gelten.
Auch kann vorgesehen sein, dass die Primär-Spaltkanäle und/oder die Se- kundär-Spaltkanäle mit Stabilisierungselementen, insbesondere Stabilisierungsstegen, versehen sind. Die Stabilisierungselemente können die Stabilität erhöhen. Insbesondere für Anwendungsfälle, bei denen auch größere Druckdifferenzen zwischen Primär- und Sekundär-Spaltkanälen auftreten (können), kann es vorteilhaft sein, die Spaltkanäle entsprechend zu verstärken. Stabilisierungselemente, beispielsweise in Form von Stabilisierungsstegen, können sich jeweils zwischen zwei benachbarten Platten erstrecken und sich an den benachbarten Platten abstützen.
Für den Fall, dass eine größere Druckdifferenz zwischen Primär- und Sekundär-Spaltkanälen im Betrieb auftritt bzw. möglich sein soll, etwa ein Druckunterschied von mehr als 5 bar, ggf. auch deutlich mehr als 5 bar, kann die Abdichtung des Plattenwärmetauschers gezielt derart ausgestaltet sein, dass die Seite mit höheren Druck (Primär- oder Sekundärseite) die Seite mit dem niedrigeren Druck (Sekundär- oder Primärseite) im Betrieb dicht hält. Insbesondere können Dichtungselemente des Plattenwärmetauschers gezielt entsprechend angeordnet sein. Etwa derart, dass sie im Betrieb aufgrund des höheren Druckes auf der einen Seite (Primär oder Sekundär) von wenigstens einem Element, etwa einer Platte des Plattenwärmetauschers, gegen wenigstens ein weiteres Element, des Plattenwärmetauschers gepresst werden. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, mittels derer der Druck in dem Druckbehälter und/oder die Druckdifferenz zwischen dem Druck in dem Druckbehälter und dem Druck in wenigstens einem der Primär-Spaltkanäle einstellbar, bevorzugt regelbar ist. Alternativ oder zusätzlich kann mit der Steuereinrichtung der Druck in den Sekun- där-Spaltkanälen einstellbar, bevorzugt regelbar sein.
In der Regel ist es so, dass der Druck in dem oder den Primär-Spaltkanälen und der Druck in der Primärfluid-Zuführung zu den Primär-Spaltkanälen und/oder in der Primärfluid-Ableitung aus den Primär-Spaltkanälen nahezu identisch ist. Dies gilt insbesondere, wenn zwischen dem Plattenwärmetauscher bzw. dessen Primär-Spaltkanälen und wenigstens einer zuführenden bzw. ableitenden Leitung kein Ventil oder ähnliches angeordnet ist.
Analoges gilt, was die Sekundär-Spaltkanäle und den Druckbehälter und jeweils wenigstens eine zuführende bzw. ableitende Leitung angeht. Auch hier ist der Druck nahezu identisch, insbesondere, wenn kein Ventil oder ähnliches Zwischen den Sekundär-Spaltkanälen bzw. dem Druckbehälter und einer zuführenden bzw. ableitenden Leitung angeordnet ist.
Entsprechend können die optional vorhandenen Drucksteuermittel derart ausgebildet und/oder eingerichtet sein, dass mittels dieser die Druckdifferenz, die im Betrieb der Vorrichtung zwischen dem Druck in dem Druckbehälter und/oder dem Druck in wenigstens einer dem Druckbehälter vorgeschalteten bzw. nachgeschalteten Leitung einerseits, und dem Druck in wenigstens einem der Primär-Spaltkanäle, bevorzugt in allen Primär-Spaltkanälen, und/oder in wenigstens einer den Primär-Spaltkanälen vorgeschalteten bzw. nachgeschalteten Leitung andererseits, vorherrscht, einstellbar, bevorzugt regelbar ist. Auch kann eine Druckmesseinrichtung zur messtechnischen Erfassung des Drucks im Druckbehälter und/oder in wenigstens einer, bevorzugt genau einer, dem Druckbehälter vorgeschalteten Leitung vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann eine Druckmesseinrichtung zur messtechnischen Erfassung des Drucks in wenigstens einer, bevorzugt genau einer, dem Druckbehälter nachgeschalteten Leitung vorgesehen sein. Es kann sich beispielsweise um eine Druckmesseinrichtung zur messtechnischen Erfassung des Drucks in einer Druck-Einlassleitung und/oder zur messtechnischen Erfassung des Druck in einer Druck-Auslassleitung handeln, über welche dem Druckbehälter Druckfluid zu- bzw. abgeführt werden kann oder zu- bzw. abgeführt wird.
Weiterhin kann wenigstens eine Primär-Druckmesseinrichtung zur messtechnischen Erfassung des Drucks in einem - oder auch mehreren, ggf. allen - Primär-Spaltkanälen vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann eine Primär-Druckmesseinrichtung zur messtechnischen Erfassung des Drucks in wenigstens einer, bevorzugt genau einer, den Primär-Spaltkanälen vorgeschalteten und/oder des Drucks in wenigstens einer, bevorzugt genau einer, den Primär-Spaltkanälen nachgeschalteten Leitung vorgesehen sein.
Alternativ oder zusätzlich kann der erfindungsgemäße Reaktor eine Pri- mär-Differenzdruckmesseinrichtung zur messtechnischen Erfassung der Druckdifferenz zwischen dem Druck im Druckbehälter und/oder in wenigstens einer, bevorzugt genau einer, dem Druckbehälter vorgeschalteten bzw. nachgeschalteten Leitung und dem Druck in wenigstens einem der Pri- mär-Spaltkanäle umfassen. Ist eine Primär-Differenzdruckmesseinrichtung vorhanden, kann diese alternativ oder zusätzlich dazu ausgebildet sein, die Druckdifferenz zwischen dem Druck im Druckbehälter und/oder in wenigstens einer diesem vorgeschalteten Leitung einerseits und dem Druck in wenigstens einer den Primär-Spaltkanälen vorgeschalteten Leitung und/oder in wenigstens einer den Primär-Spaltkanälen nachgeschalteten Leitung andererseits messtechnisch zu erfassen.
Auch kann wenigstens eine Sekundär-Druckmesseinrichtung zur messtechnischen Erfassung des Drucks in einem - oder auch mehreren, ggf. allen - Sekundär-Spaltkanälen vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann eine Sekundär-Druckmesseinrichtung zur messtechnischen Erfassung des Drucks in wenigstens einer, bevorzugt genau einer, den Sekundär-Spaltkanälen vorgeschalteten und/oder des Drucks in wenigstens einer, bevorzugt genau einer, den Sekundär-Spaltkanälen nachgeschalteten Leitung vorgesehen sein.
Alternativ oder zusätzlich kann der erfindungsgemäße Reaktor eine Sekun- där-Differenzdruckmesseinrichtung zur messtechnischen Erfassung der Druckdifferenz zwischen dem Druck im Druckbehälter und/oder in wenigstens einer dem Druckbehälter vorgeschalteten Leitung und/oder in wenigstens einer dem Druckbehälter nachgeschalteten Leitung einerseits und dem Druck in wenigstens einem der Sekundär-Spaltkanäle andererseits umfassen. Ist eine Sekundär-Differenzdruckmesseinrichtung vorhanden, kann diese alternativ oder zusätzlich dazu ausgebildet sein, die Druckdifferenz zwischen dem Druck im Druckbehälter bzw. in wenigstens einer diesem vorgeschalteten Leitung und/oder in wenigstens einer diesem nachgeschalteten Leitung einerseits und dem Druck in wenigstens einer den Sekundär-Spaltkanälen vorgeschalteten Leitung und/oder in wenigstens einer den Sekundär-Spaltkanälen nachgeschalteten Leitung andererseits messtechnisch zu erfassen. Bei der dem oder den Primär-Spaltkanälen vorgeschalteten Leitung, in der alternativ oder zusätzlich der Druck gemessen werden kann, kann es sich zum Beispiel um eine Primär-Einlassleitung und/oder um einen Pri- mär-Verteilerkanal bzw. einen von mehreren Armen eines Pri- mär-Verteilerkanals handeln. Die Leitung ist dem oder den Primär-Spaltkanälen fluidtechnisch vorgeschaltet und kann direkt mit einem o- der mehreren der Primär-Spaltkanäle verbunden sein, oder auch über eine oder mehrere weitere Leitungen.
In analoger Weise kann es sich bei der dem oder den Primär-Spaltkanälen nachgeschalteten Leitung, in der alternativ oder zusätzlich der Druck gemessen werden kann, zum Beispiel um eine Primär-Auslassleitung und/oder um einen Primär-Sammlerkanal bzw. einen von mehreren Armen eines Pri- mär-Sammlerkanals handeln. Die Leitung ist dem oder den Primär-Spaltkanälen fluidtechnisch nachgeschaltet und kann direkt mit einem oder mehreren der Primär-Spaltkanäle verbunden sein, oder auch über eine oder mehrere weitere Leitungen
Ferner kann es sich bei der den Sekundär-Spaltkanälen vorgeschalteten Leitung, in der alternativ oder zusätzlich der Druck gemessen werden kann, zum Beispiel um eine Sekundär-Einlassleitung und/oder um einen Sekun- där-Verteilerkanal bzw. einen von mehreren Armen eines Sekun- där-Verteilerkanals handeln. Die Leitung ist dem oder den Sekundär-Spaltkanälen fluidtechnisch vorgeschaltet und kann direkt mit einem oder mehreren der Sekundär-Spaltkanäle verbunden sein, oder auch über eine oder mehrere weitere Leitungen.
Bei der den Sekundär-Spaltkanälen nachgeschalteten Leitung, in der alternativ oder zusätzlich der Druck gemessen werden kann, kann es sich zum Beispiel um eine Sekundär-Auslassleitung und/oder um einen Sekun- där-Sammlerkanal bzw. einen von mehreren Armen eines Sekun- där-Sammlerkanals handeln. Die Leitung ist dem oder den Sekun- där-Spaltkanälen fluidtechnisch nachgeschaltet und kann direkt mit einem oder mehreren der Sekundär-Spaltkanäle verbunden sein, oder auch über eine oder mehrere weitere Leitungen.
Bei der dem Druckbehälter vorgeschalteten Leitung kann es sich zum Beispiel um eine Druck-Einlassleitung und bei der dem Druckbehälter nachgeschalteten Leitung zum Beispiel um eine Druck-Auslassleitung handeln.
Die Druckmesseinrichtung und/oder die Primär-Druckmesseinrichtung und/oder die Sekundär-Druckmesseinrichtung und/oder die Pri- mär-Differenzdruckmesseinrichtung und/oder die Sekun- där-Differenzdruckmesseinrichtung können Bestandteil der Drucksteuermittel des Reaktors sein.
Mit der Druckmesseinrichtung und/oder der Primär-Druckmesseinrichtung und/oder der Sekundär-Druckmesseinrichtung und/oder der Pri- mär-Differenzdruckmesseinrichtung und/oder der Sekun- där-Differenzdruckmesseinrichtung kann auch eine Steuereinrichtung der Drucksteuermittel verbunden sein. In Abhängigkeit erfasster Druck(differenz)messwerte kann beispielsweise wenigstens ein Ventil und/oder wenigstens eine Pumpe und/oder wenigstens ein Kompressor gesteuert werden, um die gewünschte Drucksituation zu erzielen. Die Druckfluid-Zuführmittel, die wenigstens ein Ventil und/oder wenigstens eine Pumpe und/oder wenigstens einen Kompressor umfassen können, können mit den Drucksteuermitteln, insbesondere einer Steuereinrichtung dieser, verbunden sein. Als besonders vorteilhaft hat sich ferner erwiesen, wenn die Drucksteuermittel, insbesondere eine Steuereinrichtung dieser, derart ausgebildet und/oder eingerichtet sind, dass mittels dieser der Druck im Druckbehälter und/oder in wenigstens einer dem Druckbehälter vor- bzw. nachgeschalteten Leitung in Abhängigkeit des Drucks in wenigstens einem der Primär-Spaltkanäle und/oder in wenigstens einer, bevorzugt genau einer, den Pri- mär-Spaltkanälen vor- bzw. nachgeschalteten Leitung einstellbar, insbesondere regelbar ist. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Drucksteuermittel, insbesondere eine Steuereinrichtung dieser, derart ausgebildet und/oder eingerichtet sind, dass mittels dieser der Druck im Druckbehälter und/oder in wenigstens einer dem Druckbehälter vor- bzw. nachgeschalteten Leitung in Abhängigkeit der Druckdifferenz zwischen dem Druck im Druckbehälter und/oder in wenigstens einer dem Druckbehälter vor- bzw. nachgeschalteten Leitung einerseits und dem Druck in wenigstens einem der Primär-Spaltkanäle und/oder in wenigstens einer, bevorzugt genau einer, den Primär-Spaltkanälen vor- bzw. nachgeschalteten Leitung andererseits einstellbar, insbesondere regelbar ist.
Alternativ oder zusätzlich können die Drucksteuermittel, insbesondere eine Steuereinrichtung dieser, derart ausgebildet und/oder eingerichtet sein, dass mittels dieser der Druck in wenigstens einem der Sekundär-Spaltkanäle und/oder in wenigstens einer, bevorzugt genau einer, den Sekun- där-Spaltkanälen vor- bzw. nachgeschalteten Leitung, in Abhängigkeit des Drucks in wenigstens einem der Primär-Spaltkanäle und/oder in wenigstens einer, bevorzugt genau einer, den Primär-Spaltkanälen vor- bzw. nachgeschalteten Leitung einstellbar, insbesondere regelbar ist. Auch können die Drucksteuermittel, insbesondere eine Steuereinrichtung dieser, derart ausgebildet und/oder eingerichtet sein, dass mittels dieser der Druck in wenigstens einem der Sekundär-Spaltkanäle und/oder in wenigstens einer, bevorzugt genau einer, den Sekundär-Spaltkanälen vor- bzw. nachgeschalteten Leitung, in Abhängigkeit der Druckdifferenz zwischen dem Druck im Druckbehälter und/oder in wenigstens einer, bevorzugt genau einer, dem Druckbehälter vor- bzw. nachgeschalteten Leitung einerseits und dem Druck in wenigstens einem der Sekundär-Spaltkanäle und/oder in wenigstens einer, bevorzugt genau einer, den Sekundär-Spaltkanälen vor- bzw. nachgeschalteten Leitung andererseits einstellbar, insbesondere regelbar ist.
Zum Beispiel kann die Steuereinrichtung der Drucksteuermittel zweckmäßiger Weise mit den Sekundärfluid-Zuführmitteln verbunden sein.
Die Steuereinrichtung kann ferner ausgebildet und/oder eingerichtet sein, um maximale Druckabweichungen in den vorgenannten Bereichen zu erhalten.
Die Primärfluid-Zuführmittel und/oder die Sekundärfluid-Zuführmittel und/oder die Druckfluid-Zuführmittel können jeweils wenigstens eine Leitung umfassen oder durch wenigstens eine Leitung gegeben sein. Auch können die Primärfluid-Zuführmittel wenigstens einen Kompressor und/oder wenigstens eine Pumpe und/oder wenigstens ein Ventil umfassen, was sich als besonders zweckmäßig erweisen hat. In analoger Weise können die Sekundärfluid-Zuführmittel wenigstens einen Kompressor und/oder wenigstens eine Pumpe und/oder wenigstens ein Ventil umfassen. Auch die Druckfluid-Zuführmittel können wenigstens einen Kompressor und/oder wenigstens eine Pumpe und/oder wenigstens ein Ventil aufweisen. Es sei betont, dass, auch wenn die genannten Zuführmittel jeweils wenigstens einen Kompressor und/oder wenigstens eine Pumpe und/oder wenigstens ein Ventil umfassen können, dies keineswegs der Fall sein muss. Diese können im einfachsten Falle auch jeweils nur durch eine Zuführleitung oder einen Einlass gegeben sein. Das dem Druckbehälter zugeführte Druckgas kann beispielsweise H2 und/oder N2, bevorzugt eine Mischung aus H2 und N2 oder eine Mischung aus H2 und CO2 oder Synthesegas oder ein Inertgas oder Wasserstoff (H2) oder Formiergas, insbesondere eine Mischung aus Stickstoff (N2) und Wasserstoff (H2), umfassen oder daraus bestehen.
Eine weitere besonders vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Primärfluid-Zuführmittel eine Primär-Einlassleitung umfassen oder dadurch gegeben sind, und die Druckfluid-Zuführmittel eine Druck-Einlassleitung umfassen oder dadurch gegeben sind und die Primär-Einlassleitung und die Druck-Einlassleitung strömungstechnisch miteinander verbunden sind, so dass ein den Primär-Spaltkanälen zuführbares Primärfluid auch als Druckfluid dem Druckbehälter zuführbar ist. Mit anderen Worten kann ein Feedfluid, insbesondere Feedgas, welches den Primär-Spaltkanälen zugeführt wird, bzw. ein Teilstrom dieses, auch als Druckfluid, insbesondere Druckgas, für den Druckbehälter genutzt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann sich in analoger Weise dadurch auszeichnen, dass das Primärfluid, das dem wenigstens einen Pri- mär-Spaltkanal zugeführt wird, dem Druckbehälter auch als Druckfluid zugeführt wird, bevorzugt, wobei dem wenigstens einen Primär-Spaltkanal und dem Druckbehälter aus einer gemeinsamen Quelle stammendes Primärfluid zugeführt wird. Der erfindungsgemäße Reaktor kann entsprechend ausgebildet und/oder eingerichtet sein.
Die Primärfluid-Zuführmittel und die Druckfluid-Zuführmittel bzw. die Primär-Einlassleitung und die Druck-Einlassleitung können zum Beispiel mit einer gemeinsamen Primärfluid-Quelle strömungstechnisch verbunden oder verbindbar sein. Auch kann eine den Primärfluid-Zuführmitteln und den Druckfluid-Zuführmitteln vorgeschaltete Primärfluid-Speiseleitung vorgese- hen sein, die sowohl mit den Primärfluid-Zuführmitteln als auch mit den Druckfluid-Zuführmitteln strömungstechnisch verbunden ist.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass das Druckfluid und das Primärfluid nach dem Verlassen des Druckbehälters (wieder) zusammengeführt werden. Dann wird bevorzugt die Menge an Druckfluid, die dem Primärfluid (wieder) zugeführt wird, gesteuert insbesondere geregelt, etwa über wenigstens ein steuer- bzw. regelbares Ventil. Dann wird zweckmäßiger Weise darauf geachtet, dass das Druckfluid nur einen kleinen Anteil des Primärfluids beträgt, beispielsweise 1 bis 10 % des Primärfluids.
Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reaktors zeichnet sich entsprechend dadurch aus, dass eine Druck-Auslassleitung vorgesehen ist, über welche Druckfluid aus dem Druckbehälter austreten kann und dass eine Primär-Auslassleitung vorgesehen ist, über welche Primärfluid, das die Primär-Spaltkanäle durchströmt hat, aus dem Plattenwärmetauscher austreten und insbesondere den Druckbehälter verlassen kann, und die Druck-Auslassleitung und die Primär-Auslassleitung strömungstechnisch miteinander verbunden sind.
Es kann insbesondere ein Bypass vorgesehen sein, über welchen das Primärfluid auch dem Druckbehälter zu- sowie von dem Druckbehälter abgeführt und mit Primärfluid, was den bzw. die Primär-Spaltkanäle durchströmt hat und aus diesen ausgetreten ist, wieder zusammengeführt wird. Die Druck-Einlassleitung kann als eine erste, insbesondere von der Pri- mär-Einlassleitung abzweigende, zum Druckbehälter hinführende Bypassleitung und die Druck-Auslassleitung durch eine zweite, vom Druckbehälter wegführende, insbesondere in die Primär-Auslassleitung mündende, Bypassleitung ausgebildet sein, die zusammen den Bypass bilden, über den ein Teil des Primärfluids „ abgegriffen“, an den Primär-Spaltkanälen vorbei und durch den Druckbehälter geführt wird. Ein Bypass hat sich als besonders geeignet erwiesen. Erfolgt auch ein Zusammenführen von dem Druckbehälter wieder entnommenen Druckfluids mit Primärfluid nach Verlassen der Primär-Spaltkanäle, kann auf besonders einfache Weise erzielt werden, dass in den Primär-Spaltkanälen und dem Druckbehälter der gleiche Druck vorherrscht. Mit einem Bypass ist ein vergleichsweise geringer konstruktiver Aufwand bei gleichzeitiger Erzielung der gewünschten möglichst übereinstimmenden Druckverhältnisse verbunden.
Es sei angemerkt, dass Primärfluid, bevor es in den oder die Pri- mär-Fluidkanäle eintritt, in bevorzugter Weiterbildung vorgewärmt wird. Dann erfolgt eine etwaig vorgesehene „ Abzweigung“ von Primärfluid in Richtung des Druckbehälters zweckmäßiger Weise noch vor der Vorwärmung, die beispielsweise mittels eines für eine Primärfluid Vorwärmung vorgesehenen Wärmetauschers realisiert werden kann. Ein Teil des Primärfluids wird mit anderen Worten kalt bzw. im nicht vorgewärmten Zustand abgegriffen und - insbesondere mittels zweier Bypassleitungen - durch den Druckbehälter geführt, so dass dieser mittels des Primärfluids gekühlt werden kann bzw. im Betrieb gekühlt wird.
In vorteilhafter Weiterbildung kann das Druckfluid gekühlt werden. Der erfindungsgemäße Reaktor kann entsprechend eine Druckfluid-Kühleinrichtung zur Kühlung des Druckfluids umfassen. Es kann vorgesehen sein, dass Druckfluid vor dem Eintritt in den Druckbehälter und/oder nach dem Austritt aus dem Druckbehälter gekühlt wird bzw. werden kann. Die Druckfluid-Kühleinrichtung kann, sofern vorhanden, entsprechend ausgebildet und angeordnet sein.
Das Austrittsfluid aus dem Druckbehälter kann, wie erwähnt, auch mit dem Austrittsfluid aus den Primär-Spaltkanälen, also dem Reaktionsaustrittsfluids, gemischt werden. So wird eine Kühlung der Druckhülle ohne weiteres großes Equipment möglich.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich ferner dadurch aus, dass das Druckfluid zumindest teilweise wiederholt oder kontinuierlich ausgetauscht wird. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass dem Druckbehälter entnommenes Druckfluid dem Druckbehälter erneut zugeführt wird, bevorzugt im Anschluss an eine Kühlung.
Der erfindungsgemäße Reaktor kann einen Druckfluid-Kreislauf umfassen, überweichen Druckfluid aus dem Druckbehälter abgeführt und dem Druckbehälter wieder zugeführt werden kann.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bestehen ferner verschiedene Möglichkeiten, was im Falle einer exothermen Reaktion in dem bzw. den Pri- mär-Spaltkanälen eine Kühlung angeht. Beispielsweise kann wenigsten einem, bevorzugt allen Sekundär-Spaltkanälen insbesondere siedendes Methanol oder insbesondere siedendes Wasser oder Thermoöl oder eine Salzschmelze als Sekundärfluid zugeführt werden. Der Plattenwärmetauscher des erfindungsgemäßen Reaktors, insbesondere dessen Sekun- där-Spaltkanäle können in Weiterbildung entsprechend ausgebildet sein, etwa aus einem geeigneten Material bestehen.
Ein geeignetes Kühlmittel als Sekundärfluid kann insbesondere je nach Temperatur gewählt werden. Siedendes Methanol beispielsweise hat sich vor allem für einen Temperaturbereich von 70°C bis 130°C als geeignet erwiesen. Siedendes Wasser für einen Temperaturbereich von 130°C bis 300°C, was in etwa einem Siededruck von 3 bis 150 bar entspricht. Ein Thermoöl eignet sich vor allem für einen vergleichsweise hohen Temperaturbereich von 250°C bis 450°C. Gleiches gilt für eine Salzschmelze, die sich insbe- sondere für einen Temperaturbereich von 400°C bis 650°C als besonders geeignet erwiesen hat.
Es ist auch möglich, auf der Sekundärseite des Plattenwärmetauschers eine endotherme Reaktion durchzuführen, was sich als besonders vorteilhaft erweisen hat. Entsprechend kann sich der erfindungsgemäße Reaktor in vorteilhafter Weiterbildung dadurch auszeichnen, dass in wenigstens einem der Sekundär-Spaltkanäle, bevorzugt in allen Sekundär-Spaltkanälen, ein Katalysatormaterial für eine endotherme Reaktion, insbesondere ein Katalysatormaterial für eine Wasserstofffreisetzungsreaktion, vorgesehen ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann entsprechend vorgesehen sein, dass auch dem wenigstens einen Sekundär-Spaltkanal ein Reaktionsfluid und zwar ein solches für eine endotherme Reaktion zugeführt wird, und in dem wenigstens einen Sekundär-Spaltkanal eine endotherme Reaktion, insbesondere eine Wasserstofffreisetzungsreaktion, betrieben wird. Dem wenigstens einen Sekundär-Spaltkanal, bevorzugt allen Sekundär-Spaltkanälen, kann dann eine wasserstoffreiche Verbindung als Sekundärfluid zugeführt werden.
Insbesondere für den Fall, dass auf der Primärseite als exotherme Reaktion eine Ammoniaksynthese durchgeführt wird, kann Wasserstoff, der auf der Sekundärseite über eine Wasserstofffreisetzungsreaktion freigesetzt wird, dann für die Ammoniaksynthese genutzt, mit anderen Worten der Primärseite des Plattenwärmetauschers zugeführt werden. Dies hat sich als besonders effizient erwiesen.
In einer Anlaufphase zum Anfahren des Prozesses erfolgt dann zweckmäßiger Weise zunächst eine bevorzugt elektrische Beheizung des Plattenwär- metauschers, um Wärme für die endotherme Reaktion bereitzustellen und diese, insbesondere eine Wasserstofffreisetzungsreaktion, zu starten.
Der erfindungsgemäße Plattenwärmetauscher kann in vorteilhafter Weiterbildung eine bevorzugt elektrische Heizeinrichtung umfassen. Beispielsweise können eine oder mehrere Platten des Plattenwärmetauschers bevorzugt elektrisch mittels der Heizeinrichtung erwärmbar sein. Ist eine Heizeinrichtung vorhanden, kann diese genutzt werden, um in einer Anlaufphase Wärme für eine endotherme Reaktion in den Sekundär-Spaltkanälen bereitzustellen.
Auch ist es möglich, in einer Anlaufphase wenigstens einem Pri- mär-Spaltkanal, bevorzugt allen Primär-Spaltkanälen, ein erwärmtes Fluid bzw. Gas, z.B. erwärmten Stickstoff, zuzuführen, um so den Katalysator vorzuwärmen und die endotherme Reaktion zu starten. Diese Form der Heizung kann alternativ oder zusätzlich zu einer elektrischen Heizung des Plattenwärmetauschers, etwa von dessen Platten, erfolgen.
Alternativ oder zusätzlich kann die Sekundärseite genutzt werden, um den Reaktor zum Start aufzuheizen. Beispielsweise kann, wenn ein Thermoöl als Sekundärfluid zugeführt wird, das Thermoöl bzw. der Thermoölkreislauf beheizt werden. Der erfindungsgemäße Reaktor kann für die konstruktive Umsetzung Heizmittel für eine Erwärmung des Sekundärfluids aufweisen. Dann kann beispielsweise auf elektrische Heizplatten im Reaktor verzichtet werden.
Ist in der Anlaufphase zunächst noch kein Wasserstoff über die Dehydrierung verfügbar, kann dieser für die Primärseite auch zunächst vorgelegt werden. Entsprechend kann in einer Anlaufphase wenigstens einem der Pri- mär-Spaltkanäle, bevorzugt allen Primär-Spaltkanälen, Wasserstoff aus einer anderen Quelle zugeführt werden, insbesondere Wasserstoff, der mittels eines Elektrolyseurs oder einer separaten Wasserstofffreisetzungsreaktion-Einrichtung bereitgestellt wird.
Ist die Wasserstofffreisetzungsreaktion angelaufen, kann Wasserstoff aus dieser dem Stickstoff-Loop zugegeben werden. Die Anlaufphase ist dann beendet und die externe Heizung kann ausgestellt und das Vorlegen von Wasserstoff aus einer anderen Quelle beendet werden.
Wie erwähnt ist eine der exothermen Reaktionen, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung genutzt werden können, die Ammoniaksynthese, Bezüglich dieser gilt
N2(g) + 2H2(g) 2NH3(g) AH° = -91 ,88 kJ moM
Dies ist eine stark exotherme Gleichgewichtsreaktion, die bei hohen Drücken bis 300 bar abläuft. Konventionell wird ein Eisenkatalysator verwendet, der Betriebstemperaturen über 300°C und unter 520°C benötigt. Daher ist eine Kühlung mit Wasser eher unpraktisch (zu nah an oder über dem kritischen Punkt). Bevorzugt wird daher insbesondere für den Fall der Ammoniaksynthese im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Thermoöl oder auch die Variante der endothermen Reaktion, insbesondere eine Wasserstofffreisetzungsreaktion, auf der Sekundärseite des Plattenwärmetauschers genutzt.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Sekundärfluid infolge der Aufnahme der Wärme, die unter Ablauf der der exothermen Reaktion in dem wenigstens einen Pri- mär-Spaltkanal freigesetzt wird, verdampft und/oder überhitzt wird. Auch ist es möglich, dass erwärmtes Sekundärfluid genutzt wird, um Dampf, insbesondere überhitzten Dampf, zu erzeugen. Der erzeugte und/oder überhitzte Dampf kann dann beispielsweise wenigstens einer Festo- xid-Elektrolyseurzelle zugeführt werden, um Wasserstoff herzustellen, bevorzugt, wobei der hergestellte Wasserstoff anschließend genutzt wird, um Ammoniak (NH3) herzustellen. Eine solche Verschaltung hat sich als ganz besonders energieeffizient erweisen. Der erfindungsgemäße Reaktor kann entsprechend wenigstens eine Festoxid-Elektrolyseurzelle umfassen.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass wenigstens einer der Sekun- där-Spaltkanäle in mehrere bevorzugt strömungstechnisch parallel zueinander geschaltete Teil-Sekundär-Spaltkanäle unterteilt ist. Eine solche llnter- bzw. Aufteilung, sozusagen in mehrere „Unter-Sekundär-Spaltkanäle“, kann auch bei alle Sekundär-Spaltkanälen vorgesehen sein.
Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens einer der Sekundär-Spaltkanäle, können auch alle Sekundär-Spaltkanäle, einen mäanderförmigen Verlauf aufweisen. Liegt eine Unter- bzw. Aufteilung in mehrere „Un- ter-Sekundär-Spaltkanäle“ vor, können diese auch mäanderförmig sein.
Als zweckmäßig hat sich ferner erwiesen, wenn die Primär-Spaltkanäle über einen Primär-Verteilerkanal und über einen Primär-Sammlerkanal miteinander verbunden sind.
Alternativ oder zusätzlich kann in analoger Weise vorgesehen sein, dass die Sekundär-Spaltkanäle über einen Sekundär-Verteilerkanal und über einen Sekundär-Sammlerkanal miteinander verbunden sind.
In jeder Platte können beispielsweise vier insbesondere runde Löcher vorgesehen sein, wobei sich die Löcher in allen Platten an identischen Stellen befinden und die Löcher aller Platten fluchten und jeweils fluchtende Löcher einen sich quer durch die Platten und die dazwischen definierten Spaltkanäle erstreckenden, insbesondere zylinderförmigen, Primär-ZSekundär-Verteiler- bzw. Sammlerkanal bilden. Sind in jeder Platte vier Löcher vorgesehen, werden insbesondere ein Primär-Verteiler- und ein Primär-Sammlerkanal sowie ein Sekundär-Verteiler- und ein Sekundär-Sammlerkanal gebildet bzw. definiert.
Die Löcher befinden sich bevorzugt im Randbereich der Platten. Sind die Platten viereckig, insbesondere zumindest im Wesentlichen rechteckig oder quadratisch, kann sich z.B. in bzw. nahe jeder Ecke jeder Platte eines der Löcher befinden.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Primär-Spaltkanäle des Plattenwärmetauschers mit einer insbesondere zentralen Primär-Einlassleitung und einer insbesondere zentralen Primär-Auslassleitung verbunden sind. In gleicher Weise können die Sekundär-Spaltkanäle mit einer insbesondere zentralen Sekun- där-Einlassleitung und einer insbesondere zentralen Sekun- där-Auslassleitung verbunden sein.
Die Primär-Spaltkanäle können z.B. über einen Primär-Verteilerkanal mit einer Primär-Einlassleitung und über einen Primär-Sammlerkanal mit einer Primär-Auslassleitung verbunden sein. Die Sekundär-Spaltkanäle können in analoger Weise über einen Sekundär-Verteilerkanal mit einer Sekun- där-Einlassleitung verbunden sein und über einen Sekundär-Sammlerkanal mit einer Sekundär-Auslassleitung.
In der Regel werden die Platten des Plattenwärmetauschers die gleiche Form aufweisen, beispielsweise alle zumindest in etwa rechteckig ausgebildet sein, und/oder sich durch gleiche äußere Dimensionen auszeichnen. Es ist auch möglich, dass mehrere, ggf. auch alle Platten des Plattenwärmetau- schers baugleich sind. Die Platten bestehen bevorzugt aus Metall oder umfassen solches.
Alternativ oder zusätzlich weisen die Platten zumindest an einer Seite eine strukturierte Oberfläche bzw. Profilierung auf. Zweckmäßiger Weise ist die zumindest eine Seite, die eine strukturierte Oberfläche bzw. Profilierung aufweist, eine einen Spaltkanal definierende bzw. begrenzende Seite.
Der Plattenwärmetauscher kann in vorteilhafter Weiterbildung außenseitig mit einer Isolierschicht aus einem thermisch isolierenden Material versehen sein. Auf diese Weise kann eine übermäßige Erwärmung des den Plattenwärmetauscher umgebenden Druckbehälters im Betrieb vermieden werden.
Der Plattenwärmetauscher kann ferner ein Gehäuse umfassen. Dann kann insbesondere das Gehäuse eine Isolierschicht aus einem thermisch isolierenden Material aufweisen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können prinzipiell verschiedene Arten exothermer Reaktionen durchgeführt bzw. genutzt werden.
Als besonders geeignet hat sich erwiesen, wenn als die exotherme Reaktion in dem wenigstens einen Primär-Spaltkanal, bevorzugt in allen Pri- mär-Spaltkanälen,
- eine Sauerstoffentfernung aus einem Wasserstoffstrom, insbesondere einem aus der Elektrolyse (insbesondere PEM, AEL, AEM) stammenden Wasserstoffstrom, bevorzugt bei Temperaturen T = 70 bis 100°C, und Drücken p bis 40 bar, oder
- eine Wasserstoffentfernung aus einem Sauerstoffstrom, insbesondere einem aus der Elektrolyse (insbesondere PEM, AEL, AEM) stam- menden Sauerstoffstrom, bevorzugt bei Temperaturen T = 70 bis 150°C, und Drücken p bis 40 bar, oder
- eine Methanol-Synthese, bevorzugt aus CO2 oder Synthesegas und/oder mit Kupfer-Zink-basierten Katalysatoren für die Methanolbildung und/oder bei Temperaturen T = 200 bis 300°C, und Drücken p bis 80 bar, oder
- eine DME-Synthese, bevorzugt aus CO2 oder Synthesegas und/oder mit Kupfer-Zink-basierten Katalysatoren für die Methanolbildung und/oder bei Temperaturen T = 200 bis 300°C, und Drücken p bis 80 bar, oder
- eine Ammoniaksynthese, bevorzugt bei Temperaturen T = 300°C bis 520°C und Drücken p bis 300 bar, oder
- eine SNG-Herstellung, insbesondere aus Kohlenstoffdioxid (CO2) oder Synthesegas, bevorzugt bei Temperaturen T = 250 bis 400°C und Drücken p bis 80 bar, durchgeführt wird. SNG steht dabei für Synthetic Natural Gas.
PEM-Elektrolyse steht dabei für die „Proton Exchange Membrane“ Elektrolyse. AEL-Elektrolyse steht für die alkalische Elektrolyse. AEM-Elektrolyse steht für „Anion Exchange Membrane“ Elektrolyse.
Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Reaktors für die Ammoniaksynthese oder die Methanolsynthese, insbesondere aus Kohlenstoffdioxid (CO2) oder Synthesegas, oder die Dimethylethersynthese, insbesondere aus Kohlenstoffdioxid (CO2) oder Synthesegas, oder für die Sauerstoffentfernung aus einem insbesondere aus der Elektrolyse stammenden Wasserstoffstrom oder für die Wasserstoffentfernung aus einem insbesondere aus der Elektrolyse stammenden Sauerstoffstrom oder zum Erhalt von Synthetic Natural Gas aus Kohlenstoffdioxid (CO2) oder Synthesegas.
Hinsichtlich der Ausgestaltungen der Erfindung wird auch auf die Unteransprüche sowie auf die nachfolgende Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigt:
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Reaktors in rein schematischer Schnittdarstellung,
Figur 2 eine perspektivische Außenansicht des Reaktors aus Figur 1 ,
Figur 3 eine weitere rein schematische Schnittdarstellung des Reaktors aus Figur 1 , und
Figur 4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Reaktors in rein schematischer Schnittdarstellung.
Für gleiche bzw. ähnliche Komponenten und Elemente werden in den Figuren gleichen Bezugszeichen verwendet.
Die Figur 1 zeigt in rein schematischer Schnittdarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Reaktors 1. Die Figur 2 zeigt den Reaktor 1 in einer perspektivischen Außenansicht und die Figur 3 eine weitere schematische Schnittdarstellung.
Der Reaktor 1 ist als solcher zur Durchführung exothermer Reaktionen ausgebildet.
Der Reaktor 1 umfasst einen Plattenwärmetauscher 2 mit einer Mehrzahl benachbarter, insbesondere zumindest im Wesentlichen parallel zueinander orientierter, Platten 3. Von den Platten 3 sind in der Figur 1 nur einige beispielhaft mit dem Bezugszeichen 3 versehen. Die Platten 3, die aus Metall bestehen, weisen bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel alle eine rechteckige Außenkontur und die gleiche Dimensionierung auf, sind mit anderen Worten alle gleich groß.
Zwischen den Platten 3 sind Spaltkanäle 4, 5 definiert, konkret jeweils zwischen zwei benachbarten Platten 3 ein Spaltkanal 4, 5. Die Spaltkanäle 4, 5 sind in zwei Gruppen unterteilt, nämlich in mehrere strömungstechnisch miteinander verbundene, konkret strömungstechnisch parallel geschaltete, Pri- mär-Spaltkanäle 4, und mehrere strömungstechnisch miteinander verbundene, konkret strömungstechnisch parallel geschaltete, Sekun- där-Spaltkanäle 5. Die Spaltkanäle 4 der einen Gruppe, die Pri- mär-Spaltkanäle 4, wechseln sich mit den Spaltkanälen 5 der anderen Gruppe, den Sekundär-Spaltkanälen 5, ab. Ein Primär-Spaltkanal 4 liegt demnach jeweils zwischen zwei Sekundär-Spaltkanälen 5 bzw. - im Falle des in Figur ganz linken Primär-Spaltkanals 4 am Rand - neben einem Se- kundär-Spaltkanal 5. In analoger Weise liegt ein Sekundär-Spaltkanal 5 jeweils zwischen zwei Primär-Spaltkanälen 4 bzw. - im Falle des in Figur ganz rechten Sekundär-Spaltkanals 5 am Rand - neben einem Primär-Spaltkanal 4.
In jedem der Primär-Spaltkanäle 4 befindet sich ein Katalysatormaterial 6 für eine exotherme Reaktion. In der stark vereinfachten, rein schematischen Figur 1 ist das Katalysatormaterial 6 nur beispielhaft in einigen Primär-Spaltkanälen 4 angedeutet. In der Figur 1 ist beispielhaft ein granuläres Katalysatormaterial 6 schematisch angedeutet, dies auch nur über einen Abschnitt des jeweiligen Primär-Spaltkanales 4. Es versteht sich, dass die Primär-Spaltkanäle 4 über ihre gesamte Länge mit einem beispielsweise granulären Katalysatormaterial 6 befüllt sein können. Auch ist es alternativ oder zusätzlich möglich, dass die Platten 3 mit Katalysatormaterial 6 bzw. einem Katalysatormaterial 6 aufweisenden Beschichtungsmaterial beschichtet sind. Es können auch eine oder mehrere Einlegeplatten in den Pri- mär-Spaltkanälen 4 angeordnet sein bzw. werden, welche aus dem Katalysatormaterial bestehen oder mit dem Katalysatormaterial beschichtet sind, etwa durch Washcoat, was die Fertigung vereinfachen kann. Auch ist es möglich, dass das Katalysatormaterial in Form von katalytisch-aktiven Strukturen vorliegt. Beispielhaft sei genannt, dass katalytisch aktive Netze in den Primär-Spaltkanälen und/oder den Sekundär-Spaltkanälen vorgesehen sind.
Es sei angemerkt, dass die innere Struktur des Plattenwärmetauschers 2 u.a. mit den Platten 3, Primär- und Sekundärspaltkanälen 4, 5 und dem Katalysatormaterial 6 nur in Figur 1 erkennbar, in Figur 2 jedoch nicht erneut dargestellt ist.
Vorliegend handelt es sich um ein Katalysatormaterial 6 für die Ammoniaksynthese, für welche das in Figur 1 gezeigte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Reaktors 1 verwendet wird.
Bezüglich der Ammoniaksynthese gilt
N2(g) + 2H2(g) 2NH3(g) AH° = -91 ,88 kJ mol-1
Dies ist eine stark exotherme Gleichgewichtsreaktion, die bei hohen Drücken bis 300 bar abläuft.
Bei dem Katalysatormaterial 6 für die Ammoniaksynthese kann es sich beispielsweise um ein Eisen-basiertes oder ein Ruthenium-basiertes Katalysatormaterial 6 handeln. Das Katalysatormaterial 6 kann auch eines oder mehrere Bimetalle, bevorzugt mit Kobaltanteil, umfassen oder dadurch gegeben sein. Es kann auch wenigstes einen sogenannten Einzel-Atom-Katalysator und/oder wenigstens einen sogenannten SCALMS-Katalysator für die Ammoniaksynthese umfassen oder dadurch gegeben sein.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist in den Primär-Spaltkanälen 4 ein Eisen-basiertes Katalysatormaterial vorgesehen und zwar in allen Primär-Spaltkanälen 4 das gleiche Katalysatormaterial 6. Eisenkatalysatoren benötigen in der Regel Betriebstemperaturen im Bereich von 300°C bis 520°C.
Es sei angemerkt, dass zu der Ammoniaksynthese alternative exotherme Reaktionen, die in einem erfindungsgemäßen Reaktor 1 durchgeführt, für welche ein erfindungsgemäßer Reaktor 1 mit anderen Worten verwendet werden kann, zum Beispiel die Methanol-Synthese oder die DME-Synthese oder auch die Sauerstoffentfernung aus einem insbesondere aus der Elektrolyse stammenden Wasserstoffstrom oder die Wasserstoffentfernung aus einem aus einem insbesondere aus der Elektrolyse stammenden Sauerstoffstrom oder die SNG-Herstellung, insbesondere aus Kohlenstoffdioxid (CO2) oder Synthesegas sind. In den Primär-Spaltkanälen 4 sind dann entsprechende, für die jeweilige exotherme Reaktion geeignete Katalysatormaterialien vorgesehen.
Der Reaktor 1 umfasst des Weiteren Primärfluid-Zuführmittel 7 für die Zuführung eines Primärfluids zu den Primär-Spaltkanälen 4. Als Primärfluid wird bei dem dargestellten Beispiel ein Formiergas, konkret eine Mischung aus Stickstoff (N2) und Wasserstoff (H2), zugeführt. Das Primärfluid kann auch als Reaktionsfluid, bzw. vorliegen Reaktionsgas, bezeichnet werden. Die Primärfluid-Zuführmittel 7 umfassen wenigstens einen Kompressor und wenigstens ein Ventil, die in der rein schematischen Figur 1 nicht separat dargestellt sind. Wie man in der Figur 1 erkennt, sind die Primär-Spaltkanäle 4 eingangsseitig alle mit einem zentralen Primär-Verteilerkanal 8 strömungstechnisch verbunden, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel Bestandteil der Primärfluid-Zuführmittel 7 ist. In den Primär-Verteilerkanal 8 gelangt das Primärfluid im Betrieb über die in Figur 1 durch einen Pfeil angedeutete zentrale Primär-Einlassleitung 9 der Primärfluid-Zuführmittel 7. Über den Primär-Verteilerkanal 8 kann zugeführtes Primärfluid auf alle Primär-Spaltkanäle 4 verteilt werden.
Der Reaktor 1 umfasst auch Sekundärfluid-Zuführmittel 10 für die Zuführung eines Sekundärfluids zu den Sekundär-Spaltkanälen 5. Die Sekundärfluid-Zuführmittel 10 umfassen wenigstens eine Pumpe und wenigstens ein Ventil, die in der rein schematischen Figur 1 nicht separat dargestellt sind.
Die Sekundär-Spaltkanäle 5 sind - analog zu den Primär-Spaltkanälen 4 - eingangsseitig alle mit einem zentralen Sekundär-Verteilerkanal 11 strömungstechnisch verbunden, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel Bestandteil der Sekundärfluid-Zuführmittel 10 ist. In den Sekundär-Verteilerkanal 11 gelangt das Sekundärfluid im Betrieb über die vorgeschaltete, zentrale Sekundär-Einlassleitung 12 der Sekundärfluid-Zuführmittel 10.
Ausgangsseitig der Primär-Spaltkanäle 4 ist ein Primär-Sammlerkanal 13 vorgesehen, in welchem aus allen Primär-Spaltkanälen 4 austretendes Fluid gesammelt werden und über eine zentrale Primär-Auslassleitung 14 aus dem Plattenwärmetauscher 2 austreten kann.
Ausgangsseitig der Sekundär-Spaltkanäle 5 ist in analoger Weise ein Se- kundär-Sammlerkanal 15 vorgesehen, in welchem aus allen Sekun- där-Spaltkanälen 5 austretendes Fluid gesammelt werden und über eine zentrale Sekundär-Auslassleitung 16 aus dem Plattenwärmetauscher 2 austreten kann.
Die Primär-Spaltkanäle 4 und die Sekundär-Spaltkanäle 5 sind strömungstechnisch nicht miteinander verbunden.
Der Plattenwärmetauscher 2 weist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ein quaderförmiges Gehäuse 17 auf, durch dessen Wandung sich die Ein- und Auslassleitungen 9, 12, 14, 16 für das Primär- sowie Sekundärfluid erstrecken.
Es sei angemerkt, dass in der schematischen Figur 1 die beiden Verteilerund Sammlerkanäle 8, 11 , 13, 15 aus Gründen der Darstellbarkeit ober- bzw. unterhalb der Platten 3 gezeigt sind. Diese können sich aber auch durch die Platten 3 erstrecken, insbesondere durch in den Platten 3 vorgesehen Aussparungen definiert werden. So können in jeder Platte 3 beispielsweise vier insbesondere runde Löcher (in der Figur nicht gezeigt) vorgesehen sein, wobei sich die Löcher in allen Platten 3 an identischen Stellen befinden und die Löcher aller Platten 3 fluchten, wobei jeweils fluchtende Löcher einen sich quer durch die Platten 3 und die dazwischen definierten Spaltkanäle 4, 5 erstreckenden, insbesondere zylinderförmigen, Primär- bzw. Sekun- där-Verteiler- bzw. Sammlerkanal 8, 11 , 13, 15 bilden. Dies ist von konventionellen bzw. konventionell genutzten Plattenwärmetauschern vorbekannt. Die Verbindung des jeweiligen Verteiler- bzw. Sammlerkanals 8, 11 , 13, 15 mit den zugehörigen Spaltkanälen bzw. die Trennung davon kann dann über Dichtungen realisiert sein (nicht gezeigt), wie es von konventionellen Plattenwärmetauschern hinlänglich vorbekannt ist. Die Löcher befinden sich bevorzugt im Randbereich der Platten 3. Sind die Platten 3, wie bei dem darge- stellten Ausführungsbeispiel viereckig, kann sich in bzw. nahe jeder Ecke jeweils eines der Löcher befinden.
Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel mit einer exothermen Reaktion auf der Primärseite kommt als Sekundärfluid beispielsweise ein Kühlfluid, z.B. siedendes Methanol, siedendes Wasser, ein Thermoöl oder auch eine Salzschmelze zum Einsatz.
Es ist auch möglich, auf der Sekundärseite des Plattenwärmetauschers 2 eine endotherme Reaktion, z.B. eine Wasserstofffreisetzungsreaktion, durchzuführen und diese für die Aufnahme und den Abtransport der Wärme, die bei der exothermen Reaktion, vorliegend Ammoniaksynthese, in den Primär-Spaltkanälen 4 freigesetzt wird, zu nutzen. Ist dies der Fall, ist in den Sekundär-Spaltkanälen 5 zweckmäßiger Weise ein Katalysatormaterial für eine endotherme Reaktion, z.B. eine Wasserstofffreisetzungsreaktion, vorgesehen (in Figur 1 nicht dargestellt). Dann können mit anderen Worten nicht nur die Primär-Spaltkanäle 4, sondern auch die Sekundär-Spaltkanäle 5 mit einem Katalysatormaterial befüllt sein.
Den Sekundär-Spaltkanälen 5 wird in diesem Fall als Sekundärfluid ein Reaktionsfluid für die endotherme Reaktion zugeführt. Als Sekundärfluid für die Kühlung kommt mit anderen Worten ein Reaktionsfluid für eine endotherme Reaktion zum Einsatz. Für eine Wasserstofffreisetzungsreaktion z.B. würde als Sekundärfluid eine wasserstoffreiche Verbindung zugeführt und unter Aufnahme von Wärme von der Reaktionsseite würde Wasserstoff freigesetzt. Infolge der Wasserstofffreisetzungsreaktion freigesetzter Wasserstoff kann dann für die Ammoniak(NH3)-Synthese auf der Primärseite des Plattenwärmetauschers 2 genutzt werden. Wird eine endotherme Reaktion auf der Sekundärseite genutzt, kann der Plattenwärmetauscher 2 (elektrisch) beheizbar ausgebildet sein, um in einer Anlaufphase Wärme für die endotherme Reaktion bereitzustellen. Auch ist es möglich, dass eine insbesondere externe Beheizung des Sekundärfluids erfolgt.
Der Reaktor 1 umfasst auch einen Druckbehälter 18, der den Plattenwärmetauscher 2 umgibt. Der Druckbehälter 18 weist, wie in den Figuren erkennbar, einen hohlzylinderförmigen Mantelabschnitt und abgerundete, nach außen gewölbten Stirnseiten auf. Der würfel- bzw. quaderförmige Plattenwärmetauscher 2 ist in dem Druckbehälter 18 angeordnet.
Der Druckbehälter 18 umfasst eine Außenhülle aus kostengünstigem Stahl, die innenseitig mit einer Isolierschicht aus einem thermisch isolierenden Material versehen ist. Die thermische Isolierung gewährleistet bzw. trägt dazu bei, dass die Außenhülle im Betrieb eine Temperatur von maximal 200°C, bevorzugt maximal 70°C aufweist, was die Nutzung kostengünstiger Stähle ermöglicht. Es sei angemerkt, dass alternativ oder zusätzliche dazu der Plattenwärmetauscher 2, z.B. dessen Gehäuse 17, mit einer Isolierschicht aus einem thermisch isolierenden Material versehen sein kann. Der Druckbehälter 18 ist zweiteilig mit einem ersten Teil 18a und einem zweiten Teil 18b ausgebildet. Die beiden Teile 18a, 18b sind über angeformte Flansche 18c und in den Figuren nicht erkennbare Schrauben miteinander lösbar verbunden sind. Der Plattenwärmetauscher 2 ist über eine Halterung 18d, die bevorzugt an den Flanschen 18c befestigt ist, in dem Druckbehälter 18 gehalten, dies mit Abstand zur Druckbehälterwandung (vgl. Figur 3). Es sei angemerkt, dass in der rein schematischen, vereinfachten Figur 1 die zweiteilige Ausgestaltung des Druckbehälters 18 nicht erkennbar ist. Es sind ferner Druckfluid-Zuführmittel 19 vorgesehen, die ausgebildet sind, um dem Innenraum 20 des Druckbehälters 18 ein Druckfluid zuzuführen und um im Innenraum 20 des Druckbehälters 18 einen erhöhten Druck von wenigstens 2 bar, insbesondere von wenigstens 5 bar, bevorzugt von wenigstens 10 bar, besonders bevorzugt von wenigstens 20 bar zu erzeugen. Die Druckfluid-Zuführmittel 19 umfassen wenigstens einen Kompressor und wenigstens ein Ventil, die in der schematischen Figur 1 nicht separat dargestellt sind.
Der Druckbehälter 18 und die Druckfluid-Zuführmittel 19 ermöglichen es, dass der Plattenwärmetauscher 2 im Betrieb, wenn die Ammoniaksynthese durchgeführt wird, keine oder nur eine kleine Druckdifferenz nach außen (zum Innenraum des Druckbehälters 18) hat und daher einfacher bezüglich seiner Dichtungen ausgeführt sein kann.
Es sei angemerkt, dass in der schematischen, stark vereinfachten Figur 1 die Dichtungen, welche insbesondere ein Austreten von Primär- und Sekundärfluid in den Druckbehälter 18 bzw. einen Eintritt von Druckfluid in die Primär- und Sekundär-Spaltkanäle 4, 5 vermeiden, nicht eingezeichnet sind.
Dem Druckbehälter 18 kann beispielsweise ein Inertgas oder Wasserstoff (H2) oder Formiergas, insbesondere eine Mischung aus Stickstoff (N2) und Wasserstoff (H2), als druckbelastetes Druckgas mittels der Druckfluid-Zuführmittel 19 zugeführt werden.
Es ist auch möglich und hat sich als besonders geeignet erwiesen, wenn das Feedgas, welches den Primär-Spaltkanälen 4 für die exotherme Reaktion zugeführt wird, gleichzeitig als Druckgas für den Druckbehälter 18 zum Einsatz kommt. Es kann eine Kühlung des Druckfluids vorgesehen sein. Der in Figur 1 dargestellte Reaktor 1 umfasst einen Druckfluid-Kreislauf 21 mit einer Druckfluid-Kühleinrichtung, die einen Wärmetauscher 22 umfasst oder dadurch gegeben ist. Über den Druckfluid-Kreislauf 21 kann Druckgas aus dem Druckbehälter 18 entnommen, mittels der Druckfluid-Kühleinrichtung, insbesondere mittels des Wärmetauschers 22, gekühlt und wieder in den Druckbehälter 18 eingelassen werden. Der Kreislauf 21 umfasst auch einen Kompressor 23. Über ein zykliertes, gekühltes Druckgas kann eine zusätzliche Kühlung realisiert werden.
Der Druckbehälter 18 kann auch mit einem Leckagesensor (nicht dargestellt) versehen sein.
Es sind Drucksteuermittel vorgesehen, die derart ausgebildet und/oder eingerichtet sind, dass mittels dieser die Druckdifferenz, die im Betrieb des Reaktors 1 zwischen dem Druck in dem Druckbehälter 18 und dem Druck in den Primär-Spaltkanälen 4 vorherrscht, einstellbar, bevorzugt regelbar ist.
Der Reaktor 1 , insbesondere die Drucksteuermittel, umfasst bzw. umfassen konkret eine Steuereinrichtung 24, mittels derer der im Innenraum 20 des Druckbehälters 18 vorherrschende Druck einstellbar, bevorzugt regelbar ist. Mit der Steuereinrichtung 24 kann ferner der Druck in den Primär-Spaltkanälen 4 einstellbar, bevorzugt regelbar sein. Die Steuereinrichtung 24 ist hierfür zweckmäßiger Weise mit den Primärfluid-Zuführmitteln 7 und den Druckfluid-Zuführmitteln 19, beispielsweise Kompressoren dieser, verbunden.
Es können Druckmesseinrichtungen, etwa Drucksensoren, zur messtechnischen Erfassung des Drucks im Druckbehälter 18 und/oder des Drucks in wenigstens einem Primär-Spaltkanal 4 vorgesehen sein. Alternativ oder zu- sätzlich kann eine Primär-Differenzdruckmesseinrichtung zur messtechnischen Erfassung der Druckdifferenz zwischen dem Druck im Druckbehälter 18 und dem Druck in wenigstens einem der Primär-Spaltkanäle 4 vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann eine Druckmesseinrichtung zur messtechnischen Erfassung des Drucks in wenigstens einem Sekun- där-Spaltkanal 5 vorgesehen sein. Die Druckmesseinrichtungen und/oder die Primär-Differenzdruckmesseinrichtung können Bestandteil der Drucksteuermittel sein. Die Steuereinrichtung 24 kann mit der Druckmesseinrichtungen und/oder der Differenzdruckmesseinrichtung verbunden sein, um eine Steuerung bzw. Regelung in Abhängigkeit messtechnisch erfasster Druckwerte vornehmen zu können.
Es sei angemerkt, dass alternativ oder zusätzlich dazu, dass eine Druckmessung in dem Druckbehälter 18 bzw. wenigstens einem Primär-Spaltkanal 4 bzw. Sekundär-Spaltkanal 5 erfolgt, der Druck auch jeweils in der Zuführung, konkret in wenigstens einer dem Druckbehälter 18 fluidtechnisch vorgeschalteten Leitung bzw. in wenigstens einer einem oder mehreren, ggf. auch allen, Primär-Spaltkanälen 4 bzw. Sekundär-Spaltkanälen 5 vorgeschalteten Leitung erfolgen kann. Rein Beispielhaft sei genannt, dass wenigstens eine Druckmesseinrichtung, z.B. wenigstens ein Drucksensor, zur messtechnischen Erfassung des Drucks in der Primär-Einlassleitung 9 und/oder dem Primär-Verteilerkanal 8, etwa in wenigstens einem der mehreren Arme dieses, vorgesehen ist.
Bezüglich der Sekundär-Spaltkanäle 5 kann alternativ oder zusätzlich gelten, dass wenigstens eine Druckmesseinrichtung, z.B. wenigstens ein Drucksensor, zur messtechnischen Erfassung des Drucks in der Sekun- där-Einlassleitung 12 und/oder dem Sekundär-Verteilerkanal 11 , etwa in wenigstens einem der mehreren Arme dieses, vorgesehen ist. Auch bei einer Differenzdruckmessung kann auf die Zuführung, konkret wenigstens eine dem Druckbehälter 18 bzw. wenigstens einem Primär-Spaltkanal 4 bzw. Se- kundär-Spaltkanal 5 vorgeschaltete Leitung abgestellt werden.
Alternativ oder zusätzlich dazu, dass die Druckmessung in einer Zufürhung erfolgt, kann diese auch in wenigstens einer nachgeschalteten Leitung erfolgen. Rein Beispielhaft sei genannt, dass wenigstens eine Druckmesseinrichtung, z.B. wenigstens ein Drucksensor, zur messtechnischen Erfassung des Drucks in dem Primär-Sammlerkanal 13, etwa in wenigstens einem der mehreren Arme dieses, vorgesehen ist. Auch bei einer Differenzdruckmessung kann auf die Ableitung, konkret wenigstens eine dem Druckbehälter 18 bzw. wenigstens einem Primär-Spaltkanal 4 nachgeschaltete Leitung abgestellt werden.
Analoges kann wiederum bezüglich der Sekundär-Spaltkanäle 5 gelten. So kann wenigstens eine Druckmesseinrichtung, z.B. wenigstens ein Drucksensor, zur messtechnischen Erfassung des Drucks in der Sekun- där-Auslassleitung 16 und/oder dem Sekundär-Sammlerkanal 15, etwa in wenigstens einem der mehreren Arme dieses, vorgesehen sein. Auch bei einer Differenzdruckmessung kann auf die Ableitung, konkret wenigstens eine, wenigstens einem Primär-Spaltkanal 4 bzw. Sekundär-Spaltkanal 5 nachgeschaltete Leitung abgestellt werden.
Es versteht sich, dass auch noch andere Kombinationen von Druckmesseinrichtungen möglich sind und das Vorgenannte beispielhaft ist.
Der Druckbehälter 18 weist eine Druckfluid-Auslassleitung 25 auf, in der ein Auslassventil 26 angeordnet ist. Über die Druckfluid-Auslassleitung 25 kann Druckfluid aus dem Druckbehälter 18 austreten. Es kann zusätzlich ein Sicherheitsventil vorgesehen sein, das bei zu hohem Druck anschlägt (in der Figur nicht dargestellt). Über ein solches Sicherheitsventil kann dann Druckfluid beispielsweise zu einer Fackel oder safe location gelangen.
Es ist ferner ein Entlüftungsventil 27 für den Plattenwärmetauscher 2 vorhanden.
Im Betrieb des Reaktors 1 wird den Primär-Spaltkanälen 4, mit anderen Worten der Primärseite des Plattenwärmetauschers 2, das Feedgas als Primärfluid zugeführt und den Sekundär-Spaltkanälen 5, also der Sekundärseite, ein Thermoöl. Gleichzeitig wird dem Druckbehälter ein Druckgas zugeführt, vorliegend ebenfalls das Feedgas, beispielsweise aus der gleichen Quelle, aus der das Feedgas für die Primär-Spaltkanäle 4 stammt.
Es sei angemerkt, dass das Primärfluid vorgewärmt werden kann, bevor es in die Primär-Spaltkanäle 4 eintritt. Der Reaktor 1 kann einen Wärmetauscher für eine Primärfluid-Vorwärmung umfassen (nicht dargestellt).
In den Primär-Spaltkanälen 4 erfolgt die Ammoniaksynthese gemäß obiger Gleichung, wobei Wärme freigesetzt wird. Über die Sekundärseite des Plattenwärmetauschers 2 erfolgt eine Kühlung, dies über das die Sekun- där-Spaltkanäle 5 durchströmende Thermoöl.
Eine zusätzliche Kühlung erfolgt bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel über das gekühlte Druckfluid.
Der in dem Druckbehälter 18 und optional auch der in den Sekundär-Spaltkanälen 5 herrschende Druck wird mittels der Steuereinrichtung 24 an den Druck in den Primär-Spaltkanälen 4 angepasst, da der Primärdruck vom Betriebszustand abhängt. Konkret wird der Reaktor 1 derart betrieben, dass der Druck in dem Druckbehälter 18 mit Hilfe der Steuereinrichtung 24 um maximal 20 %, insbesondere um maximal 10%, bevorzugt um maximal 5 %, besonders bevorzugt um maximal 1 % oberhalb oder unterhalb des Drucks in den Primär-Spaltkanälen
4 liegt. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel wird der Reaktor 1 derart betrieben, dass der Druck in dem Druckbehälter 18 um maximal 5 bar, insbesondere um maximal 1 bar, bevorzugt um maximal 100 mbar oberhalb oder unterhalb des Drucks in den Primär-Spaltkanälen 4 liegt. Die Steuereinrichtung 24 ist entsprechend ausgebildet und/oder eingerichtet.
Bevorzugt wird ferner der Reaktor 1 derart betrieben, dass Druck in den Se- kundär-Spaltkanälen 5 um maximal 20 %, insbesondere um maximal 10%, bevorzugt um maximal 5 %, besonders bevorzugt um maximal 1 % oberhalb oder unterhalb des Drucks in den Primär-Spaltkanälen 4 liegt. Der Reaktor 1 wird konkret derart betrieben, dass der Druck in den Sekundär-Spaltkanälen
5 um maximal 5 bar, insbesondere um maximal 1 bar, bevorzugt um maximal 100 mbar oberhalb oder unterhalb des Drucks in den Primär-Spaltkanälen 4 liegt.
Die Steuereinrichtung 24 ist entsprechend ausgebildet und/oder eingerichtet.
Insbesondere für den Fall, dass ein Plattenwärmetauscher 2 mit aufwändigerer Dichtung genutzt wird, kann aber prinzipiell auch ein Betrieb mit stärker abweichenden Drücken erfolgen.
Der Leckagesensor des Druckbehälters 18 überwacht auf fehlendes Gas. Der Leckagesensor spürt insbesondere eine Leckage zwischen Primär-Spaltkanälen 4 und Druckbehälter 18 auf, wenn der Druck im Pri- mär-Spaltkanal 4 minimal höher ist als im Druckbehälter 18. Aus den Primär-Spaltkanälen 4 auslassseitig austretendes Ammoniak wird in dem Primär-Sammlerkanal 13 gesammelt und kann über die Pri- mär-Auslassleitung 14 aus dem Plattenwärmetauscher 2 und dem Druckbehälter 18 herausgeführt und einer gewünschten Nutzung zugeführt werden.
Aus den Sekundär-Spaltkanälen 5 tritt auslassseitig erwärmtes Thermoöl aus. Das erwärmte Thermoöl kann einer gewünschten Nutzung zugeführt werden.
Als besonders geeignet hat sich erwiesen, wenn das erwärmte Thermoöl zur Dampferzeugung genutzt wird und der erhalten Dampf in eine Festo- xid-Elektrolyseurzelle (englisch solid oxide electrolyzer cell, SOEC) gespeist wird, um Wasserstoff zu erzeugen. Der so erzeugte Wasserstoff kann zur Ammoniakerzeugung genutzt werden. Eine solche Verschaltung hat sich als ganz besonders effizient erweisen.
Wird alternativ zu einem Thermoöl z.B. eine Wasserstofffreisetzungsreaktion auf der Sekundärseite genutzt, wird den Sekundär-Spaltkanälen 5 eine wasserstoffreiche Verbindung als Sekundärfluid zugeführt. In den in diesem Falle mit einem geeigneten Katalysatormaterial versehenen Sekundär-Spaltkanälen 5 erfolgt die Wasserstofffreisetzung und es treten Wasserstoff und eine wasserstoffarme Verbindung auslassseitig aus den Sekundär-Spaltkanälen 5 aus und in den Sekundär-Sammlerkanal 15 ein.
Im Falle einer Wasserstofffreisetzungsreaktion hat sich dabei als besonders effizient erweisen, wenn der auf der Sekundärseite erhaltene Wasserstoff der Primärseite für die Ammoniaksynthese zugeführt wird. Der Reaktor 1 kann entsprechend ausgebildet sein, insbesondere geeignete Leitungen für eine solche Führung umfassen. In einer Anlaufphase zum Anfahren des Prozesses erfolgt dann zweckmäßiger Weise zunächst eine elektrische Beheizung des Plattenwärmetauschers 2, um Wärme für die Wasserstofffreisetzungsreaktion bereitzustellen und diese zu starten. Den Primär-Spaltkanälen 4 kann in der Anlaufphase auch erwärmter Stickstoff zugeführt werden, um so den Katalysator für die endotherme Reaktion vorzuwärmen und die Reaktion zu starten.
Bis der Wasserstoff über die Wasserstofffreisetzungsreaktion verfügbar ist, wird solcher zweckmäßiger Weise für die Primärseite zunächst vorgelegt. Hierfür kann übergangsweise eine andere Quelle genutzt werden, z.B. ein Elektrolyseur oder eine separate Wasserstofffreisetzungsreaktions-Einrichtung.
Ist die Wasserstofffreisetzungsreaktion angelaufen, kann Wasserstoff aus dieser dem Stickstoff-Loop zugegeben werden, wodurch die NHs-Bildungsreaktion in den Primär-Spaltkanälen 4 startet. Die Anlaufphase ist dann beendet und die externe Heizung kann ausgestellt und das Vorlegen von Wasserstoff aus einer anderen Quelle beendet werden.
Wie oben angemerkt, hat es sich als besonders geeignet erwiesen, wenn das Feedgas, welches den Primär-Spaltkanälen 4 für die exotherme Reaktion zugeführt wird, gleichzeitig als Druckgas für den Druckbehälter 18 zum Einsatz kommt. Hierfür können die Druckfluid-Zuführmittel 19 beispielsweise auch strömungstechnisch mit den Primärfluid-Zuführmitteln 7 verbunden sein und aus einer gemeinsame Quelle stammendes Feedgas zuführen.
Es kann insbesondere ein Bypass vorgesehen sein, über welchen ein Teil des Primärfluids vor Eintritt in die Primär-Spaltkanäle 4 „abgegriffen“, dem Druckbehälter 18 zugeführt, aus diesem wieder herausgeführt und mit dem Primärfluid, welches die Primär-Spaltkanäle durchströmt hat, also mit dem Primärfluid nach der Reaktion, wieder zusammengeführt wird. Bei dem in Figur 4 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Reaktors 1 ist ein solcher Bypass vorgesehen. Da das zweite Ausführungsbeispiel in weiten Teilen mit dem ersten Ausführungsbeispiel aus Figur 1 übereinstimmt, wird im Folgenden nur auf die wenigen Unterschiede eingegangen.
So ist bei dem zweiten Ausführungsbeispiel die Druck-Einlassleitung durch eine erste Bypassleitung 28 gegeben, die mit der Primär-Einlassleitung 9 strömungstechnisch verbunden ist, konkret von dieser abzweigt.
Wie man in Figur 4 erkennt, verbindet die erste Bypassleitung 28 die Primär-Einlassleitung 9, über welche das Primärfluid auch den Pri- mär-Spaltkanälen 4 zugeführt wird, strömungstechnisch mit dem Innenraum des Druckbehälters 18. Das in den Druckbehälter 18 mündende Ende 29 der Bypassleitung 28 bildet dabei sozusagen einen Einlass für das hier auch als Druckfluid genutzte Primärfluid in den Druckbehälter 18. Bei diesem Ausführungsbeispiel können die Druckfluidzuführmittel allein durch die Bypassleitung 28 gebildet sein. Insbesondere ein nur für das Druckfluid genutzter separater Kompressor muss nicht vorhanden sein.
Das Druckfluid (hier ebenfalls Primärfluid) wird nach dem Verlassen des Druckbehälters 18 ferner wieder mit dem aus den Primär-Spaltkanälen 4 austretenden Primärfluid zusammengeführt. Dabei ist die Druck-Auslassleitung hier als zweite Bypassleitung 30 ausgebildet, welche den Innenraum 20 des Druckbehälters 18 strömungstechnisch mit der Pri- mär-Auslassleitung 14 verbindet, konkret in die Primär-Auslassleitung 14 mündet (vgl. Figur 4). In der zweiten Bypassleitung 30 ist dabei ein Ventil 31 vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich kann auch in der ersten Bypassleitung 28 ein Ventil vorgesehen sein (nicht gezeigt). Die zwei Bypassleitungen 28, 30 stellen eine konstruktiv besonders einfache Variante zur Erzielung übereinstimmender Druckverhältnisse in dem Druckbehälter 18 und den Primär-Spaltkanälen 4 dar. Da über die beiden Bypassleitungen 28, 30 ein Bypass des Primärfluids in den bzw. durch den Druckbehälter 18 realisiert ist, stimmen der Druck in den Primär-Fluidkanälen 4 und der Druck in dem Innenraum des Druckbehälters 18 automatisch überein. Eine Steuerung bzw. Regelung in Abhängigkeit erfasster Druck- bzw. Differenzdruckmesswerte ist nicht erforderlich. Es ist aber natürlich auch nicht ausgeschlossen, dass eine Drucküberwachung und aktive Drucksteuerung bzw. Druckregelung ggf. (zusätzlich) erfolgt. Entsprechend kann das zweite Ausführungsbeispiel beispielsweise zusätzlich zu den zwei Bypassleitungen 28, 30 eine Primär-Differenzdruckmesseinrichtung zur messtechnischen Erfassung der Druckdifferenz zwischen dem Druck im Druckbehälter 18 und dem Druck in den Primär-Spaltkanälen 4 umfassen.
Das in der durch die zweiten Bypassleitung 30 gegebenen Druck-Auslassleitung vorgesehene Ventil 31 kann mit einer Steuerung 24 des Reaktors 1 verbunden sein, über welche dessen Ventilstellung einstellbar ist. Über die Ventilstellung ist insbesondere einstellbar, wieviel des Primärfluids über dem Bypass 28, 30 durch den Druckbehälter 18 geführt wird. Hierüber insbesondere auch, wie stark der Druckbehälter 18 mittels des Primärfluids gekühlt wird. Ein für den Druckbehälter 18 bestimmter Anteil des Primärfluids wird dabei zweckmäßiger Weise „ abgezweigt“, noch bevor eine Vorwärmung des Primärfluids erfolgt. Eine Primärfluid-Vorwärmung vor Eintritt in die Primär-Spaltkanäle 4 kann z.B. in einem zu diesem Zwecke vorgesehenen Wärmetauscher erfolgen, der dann zweckmäßiger Weise in Strömungsrichtung des Primärfluids hinter dem Abzweigungspunkt der Bypassleitung 28 von der Primär-Einlassleitung 9 und vor dem Druckbehälter 18 bzw. Plattenwärmetauscher 2 liegt. In Figur 4 ist ein solcher Wärmetau- scher für die Primärfluid-Vorwärmung der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Auch eine Steuerung 24, die bei dem zweiten Ausführungsbeispiel prinzipiell ebenfalls vorhanden sein kann, ist in Figur 4 nicht nochmals eingezeichnet, sondern nur in Figur 1 erkennbar.
Da bei dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 eine Kühlung des Druckbehälters 28 über das „ Bypass-Primärfluid“ erfolgen kann, ist kein zusätzlicher Druckfluid-Kreislauf 21 mit Wärmetauscher 22 erforderlich, wie er bei dem ersten Ausführungsbeispiel aus Figur 1 erkennbar ist. Es ist aber auch nicht ausgeschlossen, dass ein solcher bei dem Beispiel aus Figur 4 noch zusätzlich vorgesehen ist (nicht dargestellt).
Bezugszeichenliste
1 Reaktor
2 Plattenwärmetauscher
3 Platte
4 Primär-Spaltkanal
5 Sekundär-Spaltkanal
6 Katalysatormaterial
7 Primärfluid-Zuführmittel
8 Primär-Verteilerkanal
9 Primär-Einlassleitung
10 Sekundärfluid-Zuführmittel
11 Sekundär-Verteilerkanal
12 Sekundär-Einlassleitung
13 Primär-Sammlerkanal
14 Primär-Auslassleitung
15 Sekundär-Sammlerkanal
16 Sekundär-Auslassleitung
17 Gehäuse
18 Druckbehälter
18a Teil
18b Teil
18c Flansch
18d Halterung
19 Druckfluid-Zuführmittel
20 Innenraum des Druckbehälters
21 Druckfluid-Kreislauf
22 Wärmetauscher
23 Kompressor
24 Steuereinrichtung 25 Druck-Auslassleitung
26 Auslassventil
27 Entlüftungsventil
28 erste Bypassleitung 29 Druckfluideinlass
30 zweite Bypassleitung
31 Ventil

Claims

ANSPRÜCHE
1. Reaktor (1) zur Durchführung von insbesondere exothermen Reaktionen umfassend einen Plattenwärmetauscher (2) mit einer Mehrzahl benachbarter, insbesondere zumindest im Wesentlichen parallel zueinander orientierter, Platten (3), zwischen denen Spaltkanäle (4, 5) definiert sind, wobei die Spaltkanäle (4, 5) in mehrere strömungstechnisch miteinander verbundene, insbesondere strömungstechnisch parallel geschaltete, Primär-Spaltkanäle (4), und mehrere strömungstechnisch miteinander verbundene, insbesondere strömungstechnisch parallel geschaltete, Sekundär-Spaltkanäle (5), unterteilt sind, wobei in wenigstens einem der Primär-Spaltkanäle (4), bevorzugt in allen Pri- mär-Spaltkanälen (4), ein Katalysatormaterial (6), insbesondere für die Ammoniaksynthese oder die Methanolsynthese oder die Dimethylethersynthese oder eine Wasserstofffreisetzungsreaktion, vorgesehen ist, und wobei Primärfluid-Zuführmittel (7) für die Zuführung eines Primärfluids zu den Primär-Spaltkanälen (4) und Sekundärfluid-Zuführmittel (10) für die Zuführung eines Sekundärfluids zu den Sekundär-Spaltkanälen (5) vorgesehen sind, einen Druckbehälter (18), der den Plattenwärmetauscher (2) umgibt, Druckfluid-Zuführmittel (19), die ausgebildet sind, um dem Druckbehälter (18) ein Druckfluid zuzuführen und insbesondere, um in dem Druckbehälter (18) einen erhöhten Druck von wenigstens 2 bar, insbesondere von wenigstens 5 bar, bevorzugt von wenigstens 10 bar, besonders bevorzugt von wenigstens 20 bar zu erzeugen.
2. Reaktor (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass Drucksteuermittel vorgesehen sind, und die Drucksteuermittel derart ausgebildet und/oder eingerichtet sind, dass mittels dieser die Druckdifferenz, die im Betrieb des Reaktors (1) zwischen dem Druck in dem Druckbehälter (18) und dem Druck in wenigstens einem der Primär-Spaltkanäle (4), bevorzugt in allen Primär-Spaltkanälen (4) vorherrscht, einstellbar, bevorzugt regelbar ist, insbesondere, wobei die Drucksteuermittel ausgebildet und/oder eingerichtet sind, um im Betrieb des Reaktors (1) den Druck in dem Druckbehälter (18) um maximal 20 %, insbesondere um maximal 10%, bevorzugt um maximal 5 %, besonders bevorzugt um maximal 1 % oberhalb oder unterhalb des Drucks in wenigstens einem der Primär-Spaltkanäle (4), bevorzugt in allen Primär-Spaltkanälen (4), zu halten, und/oder um im Betrieb des Reaktors (1) den Druck in dem Druckbehälter (18) um maximal 5 bar, insbesondere um maximal 1 bar, bevorzugt um maximal 100 mbar oberhalb oder unterhalb des Drucks in wenigstens einem der Primär-Spaltkanäle (4), bevorzugt in allen Primär-Spaltkanälen (4), zu halten.
3. Reaktor (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drucksteuermittel derart ausgebildet und/oder eingerichtet sind, dass mittels dieser die Druckdifferenz, die im Betrieb des Reaktors (1) zwischen dem Druck in wenigstens einem der Primär-Spaltkanäle (4), bevorzugt in allen Primär-Spaltkanälen (4) und dem Druck in wenigstens einem der Sekun- där-Spaltkanäle (5), bevorzugt in allen Sekundär-Spaltkanälen (5) vorherrscht, einstellbar, bevorzugt regelbar ist, insbesondere, wobei die Drucksteuermittel ausgebildet und/oder eingerichtet sind, um im Betrieb des Reaktors (1) den Druck in wenigstens einem der Sekundär-Spaltkanäle (5), bevorzugt in allen Sekundär-Spaltkanälen (5), um maximal 20 %, insbesondere um maximal 10%, bevorzugt um maximal 5 %, besonders bevorzugt um maximal 1 % oberhalb oder unterhalb des Drucks in wenigstens einem der Primär-Spaltkanäle (4), bevorzugt in allen Pri- mär-Spaltkanälen (4), zu halten, und/oder, um im Betrieb des Reaktors (1) den Druck in wenigstens einem der Sekundär-Spaltkanäle (5), bevorzugt in allen Sekundär-Spaltkanälen (5), um maximal 5 bar, insbesondere um maximal 1 bar, bevorzugt um maximal 100 mbar oberhalb oder unterhalb des Drucks in wenigstens einem der Primär-Spaltkanäle (4), bevorzugt in allen Primär-Spaltkanälen (4), zu halten.
4. Reaktor (1) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drucksteuermittel eine Druckmesseinrichtung zur messtechnischen Erfassung des Drucks im Druckbehälter (18) und/oder des Drucks in wenigstens einer dem Druckbehälter (18) vorgeschalteten und/oder in wenigstens einer dem Druckbehälter (18) nachgeschalteten Leitung, und eine Primär-Druckmesseinrichtung zur messtechnischen Erfassung des Drucks in wenigstens einem der Primär-Spaltkanäle (4) und/oder des Drucks in wenigstens einer den Primär-Spaltkanälen (4) vorgeschalteten und/oder in wenigstens einer den Primär-Spaltkanälen (4) nachgeschalteten Leitung, umfassen, und/oder dass die Drucksteuermittel eine Pri- mär-Differenzdruckmesseinrichtung zur messtechnischen Erfassung der Druckdifferenz zwischen dem Druck im Druckbehälter (18) ) und/oder dem Druck in wenigstens einer dem Druckbehälter (18) vorgeschalteten Leitung und/oder in wenigstens einer dem Druckbehälter (18) nachgeschalteten Leitung einerseits und dem Druck in wenigstens einem der Primär-Spaltkanäle (4) und/oder dem Druck in wenigstens einer den Primär-Spaltkanälen (4) vorgeschalteten und/oder in wenigstens einer den Primär-Spaltkanälen (4) nachgeschalteten Leitung andererseits, umfassen.
5. Reaktor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärfluid-Zuführmittel (7) eine Primär-Einlassleitung (9) umfassen oder dadurch gegeben sind, und die Druckfluid-Zuführmittel (19) eine Druck-Einlassleitung (28) umfassen oder dadurch gegeben sind und die Primär-Einlassleitung (9) und die Druck-Einlassleitung (28) strömungstechnisch miteinander verbunden sind, so dass ein den Pri- mär-Spaltkanälen (4) zuführbares Primärfluid auch als Druckfluid dem Druckbehälter (18) zuführbar ist, bevorzugt, wobei die Primär-Einlassleitung (9) und die Druck-Einlassleitung (28) mit einer gemeinsamen Primärflu- id-Quelle strömungstechnisch verbunden oder verbindbar sind.
6. Reaktor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Druck-Auslassleitung (30) vorgesehen ist, über welche Druckfluid aus dem Druckbehälter (18) austreten kann und dass eine Primär-Auslassleitung (14) vorgesehen ist, über welche Primärfluid, das die Primär-Spaltkanäle (4) durchströmt hat, aus dem Plattenwärmetauscher (2) austreten und insbesondere den Druckbehälter (18) verlassen kann, und die Druck-Auslassleitung (30) und die Primär-Auslassleitung (14) strömungstechnisch miteinander verbunden sind.
7. Reaktor (1) nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Druck-Einlassleitung als eine erste, insbesondere von der Primär-Einlassleitung (7) abzweigende, zum Druckbehälter (18) hinführende Bypassleitung und die Druck-Auslassleitung (30) durch eine zweite vom Druckbehälter wegführende, insbesondere in die Primär-Auslassleitung (14) mündende, Bypassleitung ausgebildet ist.
8. Reaktor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem der Sekundär-Spaltkanäle (5), bevorzugt in allen Sekundär-Spaltkanälen (5), ein Katalysatormaterial für eine endotherme Reaktion, insbesondere ein Katalysatormaterial für eine Wasserstofffreisetzungsreaktion, vorgesehen ist.
9. Reaktor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Plattenwärmetauscher (2) eine bevorzugt elektrische Heizeinrichtung umfasst, insbesondere, wobei eine oder mehrere Platten (3) des Plattenwärmetauschers (2) bevorzugt elektrisch mittels der Heizeinrichtung erwärmbar sind, und/oder dass eine außerhalb des Druckbehälters (18) angeordnete Heizeinrichtung vorgesehen ist, mittels derer das Sekundärmedium, das den Sekundär-Spaltkanälen (5) mittels der Sekundärfluid-Zuführmittel zuführbar ist, erwärmt werden kann.
10. Reaktor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das in dem oder den Primär-Spaltkanälen (4) vorgesehene Katalysatormaterial Eisen- und/oder Ruthenium- und/oder Kup- fer-Zink-basiert ist, und/oder eines oder mehrere Bimetalle, bevorzugt mit Cobalt-Anteil, umfasst oder dadurch gegeben ist, und/oder wenigstens einen Einzel-Atom-Katalysator umfasst oder dadurch gegeben ist, und/oder wenigstens einen SCALMS-Katalysator umfasst oder dadurch gegeben ist.
11. Reaktor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter (18) innenseitig mit einer Isolierschicht aus einem thermisch isolierenden Material versehen ist, und/oder dass der Druckbehälter (18) Stahl, insbesondere eine Außenhülle aus Stahl, umfasst, und/oder dass ein Leckagesensor zur Überwachung des Plattenwärmetauschers (2) vorgesehen ist, wobei der Leckagesensor bevorzugt innerhalb des Druckbehälters (18) angeordnet ist.
12. Reaktor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Plattenwärmetauscher (2) außenseitig mit einer Isolierschicht aus einem thermisch isolierenden Material versehen ist, und/oder dass die Platten (3) das Plattenwärmetauschers (2) zumindest im Wesentli- chen rechteckig ausgebildet sind und/oder an zumindest einer Seite eine Profilierung aufweisen.
13. Reaktor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Primär-Spaltkanäle (4) und die Sekundär-Spaltkanäle (5) nicht strömungstechnisch miteinander verbunden sind, und/oder dass die Primär-Spaltkanäle (4) und die Sekundär-Spaltkanäle (5) abwechselnd angeordnet sind.
14. Reaktor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Primär-Spaltkanäle (4) und/oder die Sekundär-Spaltkanäle (5) mit Stabilisierungselementen, insbesondere Stabilisierungsstegen, versehen sind.
15. Reaktor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckfluid-Kreislauf (21) vorgesehen ist, über welchen Druckfluid aus dem Druckbehälter (18) abgeführt und dem Druckbehälter (18) wieder zugeführt werden kann, und/oder dass eine Druckfluid-Kühleinrichtung zur Kühlung des Druckfluids vorgesehen ist, bevorzugt, wobei die Druckfluid-Kühleinrichtung derart ausgebildet und angeordnet ist, dass Druckfluid mittels dieser vor dem Eintritt in den Druckbehälter (18) und/oder nach dem Austritt aus dem Druckbehälter (18) gekühlt werden kann.
16. Verwendung eines Reaktors (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche für die Ammoniaksynthese oder die Methanolsynthese, insbesondere aus Kohlenstoffdioxid oder Synthesegas, oder die Dimethylethersynthese, insbesondere aus Kohlenstoffdioxid oder Synthesegas, oder für die Sauerstoffentfernung aus einem insbesondere aus der Elektrolyse stammenden Wasserstoffstrom oder für die Wasserstoffentfernung aus einem insbesondere aus der Elektrolyse stammenden Sauerstoffstrom oder für eine Wasserstofffreisetzungsreaktion oder zum Erhalt von Synthetic Natural Gas aus Kohlenstoffdioxid oder Synthesegas.
17. Verfahren zum Betreiben eines Reaktors (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, umfassend die Schritte
- wenigstens einem Primär-Spaltkanal (4), bevorzugt allen Pri- mär-Spaltkanälen (4) wird ein Primärfluid zugeführt und in dem wenigstens einen Primär-Spaltkanal (4), bevorzugt in allen Pri- mär-Spaltkanälen (4) eine insbesondere exotherme Reaktion durchgeführt,
- wenigstens einem Sekundär-Spaltkanal (5), bevorzugt allen Sekun- där-Spaltkanälen (5), wird ein Sekundärfluid zugeführt, ,
- dem Druckbehälter (18) wird ein Druckfluid, insbesondere ein Druckgas zugeführt, bevorzugt, wobei das Druckgas H2 und/oder N2, besonders bevorzugt eine Mischung aus H2 und N2 oder eine Mischung aus H2 und CO2 oder Synthesegas, umfasst.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (1) derart betrieben wird, dass der Druck in dem Druckbehälter (18) um maximal 20 %, insbesondere um maximal 10%, bevorzugt um maximal 5 %, besonders bevorzugt um maximal 1 % oberhalb oder unterhalb des Drucks in wenigstens einem der Primär-Spaltkanäle (5), bevorzugt in allen Pri- mär-Spaltkanälen (5), liegt, und/oder dass der Reaktor (1) derart betrieben wird, dass der Druck in dem Druckbehälter (18) um maximal 5 bar, insbesondere um maximal 1 bar, bevorzugt um maximal 100 mbar oberhalb oder unterhalb des Drucks in wenigstens einem der Primär-Spaltkanäle (5), bevorzugt in allen Pri- mär-Spaltkanälen (5), liegt.
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (1) derart betrieben wird, dass der Druck in wenigstens einem der Sekundär-Spaltkanäle (5), bevorzugt der Druck in allen Sekun- där-Spaltkanälen (5), um maximal 20 %, insbesondere um maximal 10%, bevorzugt um maximal 5 %, besonders bevorzugt um maximal 1 % oberhalb oder unterhalb des Drucks in wenigstens einem der Primär-Spaltkanäle (4), bevorzugt in allen Primär-Spaltkanälen (4), liegt, und/oder dass der Reaktor (1) derart betrieben wird, dass der Druck in wenigstens einem der Sekundär-Spaltkanäle (5), bevorzugt der Druck in allen Sekundär-Spaltkanälen (5), um maximal 5 bar, insbesondere um maximal 1 bar, bevorzugt um maximal 100 mbar oberhalb oder unterhalb des Drucks in wenigstens einem der Primär-Spaltkanäle (4), bevorzugt in allen Primär-Spaltkanälen (4), liegt.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Primärfluid, das dem wenigstens einen Primär-Spaltkanal (4) zugeführt wird, dem Druckbehälter (18) auch als Druckfluid zugeführt wird, bevorzugt, wobei dem wenigstens einen Primär-Spaltkanal (4) und dem Druckbehälter (18) aus einer gemeinsamen Quelle stammendes Primärfluid zugeführt wird, und/oder wobei das Druckfluid und das Primär-Fluid nach dem Verlassen des Druckbehälters (18) zusammengeführt werden, bevorzugt wobei die Menge an Druckfluid, die dem Primär-Fluid zugeführt wird, gesteuert insbesondere geregelt wird, bevorzugt über wenigstens ein Ventil.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckfluid zumindest teilweise wiederholt oder kontinuierlich ausgetauscht wird, und/oder dass dem Druckbehälter (18) entnommenes Druckfluid dem Druckbehälter (18) erneut zugeführt wird, bevorzugt im Anschluss an eine Kühlung.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass dem wenigstens einen Sekundär-Spaltkanal (5) siedendes Methanol oder siedendes Wasser oder ein Thermoöl oder eine Salzschmelze als Sekundärfluid zugeführt wird.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass dem wenigstens einen Primär-Spaltkanal (4) als Primärfluid ein Reaktionsfluid für eine exotherme Reaktion zugeführt und in dem wenigstens einen Primär-Spaltkanal (4), bevorzugt in allen Primär-Spaltkanälen (4), eine exotherme Reaktion durchgeführt wird, insbesondere, wobei dem wenigstens einen Sekundär-Spaltkanal (5) als Sekundärfluid ein Reaktionsfluid für eine endotherme Reaktion zugeführt wird, und in dem wenigstens einen Sekundär-Spaltkanal (5) eine endotherme Reaktion, insbesondere eine Wasserstoflfreisetzungsreaktion, durchgeführt wird, bevorzugt, wobei infolge der Wasserstoflfreisetzungsreaktion freigesetzter Wasserstoff zur Ammoniaksynthese in den Primär-Spaltkanälen (4) genutzt wird.
24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Anlaufphase der Plattenwärmetauscher (2) beheizt wird, um Wärme für die endotherme Reaktion bereitzustellen, und/oder dass in einer Anlaufphase wenigstens einem der Primär-Spaltkanäle (4) Wasserstoff aus einer anderen Quelle zugeführt wird, insbesondere Wasserstoff, der mittels eines Elektrolyseurs oder einer separaten Wasserstofffreisetzungsreaktions-Einrichtung bereitgestellt wird.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Sekundärfluid infolge der Aufnahme der Wärme, die unter Ablauf der der exothermen Reaktion in dem wenigstens einen Primär-Spaltkanal (4) freigesetzt wird, verdampft und/oder überhitzt wird, oder dass erwärmtes Sekundärfluid zur Erzeugung und/oder Überhitzung von Dampf genutzt wird, insbesondere, wobei der erzeugte und/oder überhitzte Dampf wenigstens einer Festoxid-Elektrolyseurzelle zugeführt wird, um Wasserstoff herzustellen, bevorzugt, wobei der hergestellte Wasserstoff genutzt wird, um NH3 herzustellen.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass als die exotherme Reaktion in dem wenigstens einen Pri- mär-Spaltkanal (4), bevorzugt in allen Primär-Spaltkanälen (4), eine Sauerstoffentfernung aus einem Wasserstoffstrom, insbesondere einem aus der Elektrolyse stammenden Wasserstoffstrom, oder eine Wasserstoffentfernung aus einem Sauerstoffstrom, insbesondere einem aus der Elektrolyse stammenden Sauerstoffstrom, oder eine Methanol-Synthese oder eine DME-Synthese oder eine Ammoniaksynthese oder eine SNG-Herstellung, insbesondere aus Kohlenstoffdioxid oder Synthesegas, durchgeführt wird.
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