AT526209A1 - Production of hydrogen and carbon dioxide from ethane and propane using perovskite structures - Google Patents
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Abstract
Ein Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff (40) und Kohlendioxid (32) aus Ethan (1), Propan (2) und Wasser (33) mit Hilfe eines perowskiten Strukturmembranreaktor (15). Ethan (1) wird bereit. gestellt, verdampft (3), Propan (7) wird bereitgestellt, verdampft (9) und im Mischer (12) zusammengeführt und im Wärmetauscher (14) überhitzt. Der Ethan- und Propandampf wird in dem Reaktor (15) in der Kammer (18) oxidiert und das so geronnene Gemisch aus Kohlendioxid und Wasserdampf abgekühlt (14,3,9) und in einem Kondensator (24) das Wasser abgeschieden und dem Behälter (33) zugeführt. Das Kohlendioxid wird abgekühlt, verdichtet (28) und kondensiert (29), das flüssige Kohlendioxid wird in einem Behälter (32) gespeichert. Voll entsalztes Wasser (33) wird in einem Behälter bereitgestellt, verdampft (35) und überhitzt (37) und dem Reaktor (15) in den Kammern (20) zugeführt und in Wasserstoff und Wasserdampf gespalten. Das Gemisch aus Wasserstoff und Wasserdampf wird abgekühlt (35,37) und im Wärmetauscher (39) der Wasserdampf kondensiert und mit der Pumpe (41) rückgeführt, der Wasserstoff (40) wird als Produkt gewonnen.A process for producing hydrogen (40) and carbon dioxide (32) from ethane (1), propane (2) and water (33) using a perovskite structural membrane reactor (15). Ethan (1) gets ready. placed, evaporates (3), propane (7) is provided, evaporates (9) and combined in the mixer (12) and overheated in the heat exchanger (14). The ethane and propane vapor is oxidized in the reactor (15) in the chamber (18) and the resulting mixture of carbon dioxide and water vapor is cooled (14,3,9) and the water is separated in a condenser (24) and the container ( 33) supplied. The carbon dioxide is cooled, compressed (28) and condensed (29), the liquid carbon dioxide is stored in a container (32). Fully desalinated water (33) is provided in a container, evaporated (35) and superheated (37) and fed to the reactor (15) in the chambers (20) and split into hydrogen and water vapor. The mixture of hydrogen and water vapor is cooled (35,37) and the water vapor is condensed in the heat exchanger (39) and returned with the pump (41), the hydrogen (40) is obtained as a product.
Description
Ein Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff 40 und Kohlendioxid 32 aus Ethan 1, Propan 2 und Wasser 33 mit Hilfe eines perowskiten Strukturmembranreaktor 15. Ethan 1 wird bereitgestellt, verdampft 3, Propan 7 wird bereitgestellt, verdampft 9 und im Mischer 12 zusammengeführt und im Wärmetauscher 14 überhitzt, Der Ethan- und Propandampf wird in dem Reaktor 15 in der Kammer 18 oxidiert und das so gewormene Gemisch aus ; Kohlendioxid und Wasserdampf abgekühlt 14,3,9 und in einem Kondensator 24 das Wasser abgeschieden und dem Behälter 33 zugeführt. Das Kohlendioxid wird abgekühlt, verdichtet 28 und kondensiert 29, das flüssige Kohlendioxid wird in einem Behälter 32. gespeichert. Voll entsalztes Wasser 33 wird in einem Behälter bereitgestellt, verdampft 35 und überhitzt 37 und dem Reaktor 15 in den Kammern 20 zugeführt und in Wasserstoff und Wasserdampf gespalten. Das Gemisch aus Wasserstoff und Wasserdampf wird abgekühlt 35,37 und im Wärmetauscher 39 der Wasserdampf kondensiert und mit der Pumpe 41 rückgeführt, der Wasserstoff 40 wird als Produkt gewonnen. A process for producing hydrogen 40 and carbon dioxide 32 from ethane 1, propane 2 and water 33 using a perovskite structural membrane reactor 15. Ethane 1 is provided, evaporates 3, propane 7 is provided, evaporates 9 and combined in the mixer 12 and in the heat exchanger 14 overheated, the ethane and propane vapor is oxidized in the reactor 15 in the chamber 18 and the resulting mixture of; Carbon dioxide and water vapor cooled 14,3,9 and the water is separated in a condenser 24 and fed to the container 33. The carbon dioxide is cooled, compressed 28 and condensed 29, the liquid carbon dioxide is stored in a container 32. Fully desalinated water 33 is provided in a container, evaporated 35 and superheated 37 and fed to the reactor 15 in the chambers 20 and split into hydrogen and water vapor. The mixture of hydrogen and water vapor is cooled 35,37 and the water vapor is condensed in the heat exchanger 39 and returned with the pump 41, the hydrogen 40 is obtained as a product.
Schiefergas, auch Shale Gas genannt, ist eine Technologie der 50 ziger Jahre des letzten Jahrhunderts, Das Verfahren basiert auf der Idee mit Hilfe einer hydraulischen Flüssigkeit die in das poröse Gestein gepresst wird, das in dem Gestein gelöste Gas herauszulösen und zu gewinnen. Die Zusammensetzung von Schiefergas hat typische Werte: Shale gas, also known as shale gas, is a technology from the 1950s. The process is based on the idea of using a hydraulic fluid that is pressed into the porous rock to extract and extract the gas dissolved in the rock. The composition of shale gas has typical values:
Methan 75% Ethan 15% Propan ; 10% Restgase Methane 75% Ethane 15% Propane ; 10% residual gases
Butan 0,1% Butene 0,1% Hexane 0,1% Pentane 0,1% Butane 0.1% Butenes 0.1% Hexanes 0.1% Pentanes 0.1%
Damit ergibt sich bei der Verflüssigung von Schiefergas, dass neben flüssigem Methan in der Form von LNG ( = liquidfied natural gas } auch flüssiges Ethan und flüssiges Propan anfällt. Die qualitativen Anforderungen an flüssigem Methan auch als LNG {( = liquidfied natural gas.) This means that when shale gas is liquefied, in addition to liquid methane in the form of LNG ( = liquidfied natural gas }, liquid ethane and liquid propane are also produced. The qualitative requirements for liquid methane also as LNG {( = liquidfied natural gas.)
Bei den erneuerbaren Energieformen versteht man elektrische Energie, wie diese aus solarer Energie und Windenergie gewonnen werden kann, und thermischer Energie, wie diese aus Biomasse, Biogas, Geothermie und nuklearer Energie gewonnen werden kann. Während die Energieformen wie solare Energie, Windenergie, Biomasse, Biogas und Geothermie nachhaltig sind, ist die nukleare Energie auf die Verfügbarkeit des Brennstoffes begrenzt, also nicht nachhaltig. Eine Eigenschaft der nuklearen Energie liegt darin, dass die Energiedichte der Brennstoffe um den Faktor tausendfach höher ist, als die Energiedichte der oben genannten nachhaltigen Energieformen, Diese hohe Energiedichte bedingt, dass die benötigten Flächen zur Energieerzeugung wesentlich kleiner sind, als im Vergleich zu den niedrigen Energiedichten. Renewable forms of energy include electrical energy, which can be obtained from solar energy and wind energy, and thermal energy, which can be obtained from biomass, biogas, geothermal energy and nuclear energy. While forms of energy such as solar energy, wind energy, biomass, biogas and geothermal energy are sustainable, nuclear energy is limited to the availability of fuel and is therefore not sustainable. One property of nuclear energy is that the energy density of the fuel is a thousand times higher than the energy density of the above-mentioned sustainable forms of energy. This high energy density means that the areas required for energy production are significantly smaller than in comparison to the lower ones Energy densities.
In seinem vielbeachteten Standardwerk „ Energy beyand Oil and Gas” hat sich der Nobelpreisträger der Chemie George Olah [1] mit der Frage beschäftigt welche Treibstoffen Brennstoffe und weiche chemischen Speicher kommen nach dem fossilen Zeitalter zur Anwendung, darunter hat erauch das bekannte Methanol angeführt, das aus Wasserstoff 40 und Kohlendioxid 32 In his widely acclaimed standard work “Energy beyond Oil and Gas”, the Nobel Prize winner in chemistry George Olah [1] addressed the question of which fuels and soft chemical storage will be used after the fossil age, including the well-known methanol from hydrogen 40 and carbon dioxide 32
Bekannt ist die Umwandlung von Ethan und Propan mit Hilfe der Wasserdampfreformierung, Das Verfahren hat den Nachteil, dass die Dampfreformierung katalytisch nur mit hohen‘ Drücken und Temperaturen umgesetzt werden kann, dass das wasserstoffreiche Produktgas in der Folge jedoch massive Mängel in der Reinheit hat, Aufwendige Gasreinigung ist Folge und machen das Verfahren unwirtschaftlich, The conversion of ethane and propane with the help of steam reforming is known. The process has the disadvantage that steam reforming can only be implemented catalytically with high pressures and temperatures, but that the hydrogen-rich product gas as a result has massive deficiencies in purity and is complex Gas cleaning is the result and makes the process uneconomical,
Die Aufgabe die sich nun stellt beruht darin Ethan und Prapan in Wasserstoff und flüssigen Kohlendioxid zu verwandeln, dabel einen reinen Wasserstoff zu erzeugen, dabei Kohlendioxid in flüssiger Phase zu speichern, ein skalierbares Verfahren zu finden und das Verfahren: soll für mobile und stationäre Anwendungen geeignet sein. Zudem hat das Verfahren für Energieformen mit hoher Energiedichte und mit niedriger Energiedichte geeignet zu sein. The task that now arises is to convert ethane and prapan into hydrogen and liquid carbon dioxide, to produce pure hydrogen, to store carbon dioxide in the liquid phase, to find a scalable process and the process: should be suitable for mobile and stationary applications be. In addition, the process must be suitable for forms of energy with high energy density and with low energy density.
Die hier vorliegende Erfindung basiert auf der Anwendung van perowskiten Strukturen und deren besonderen Eigenschaften. The present invention is based on the use of perovskite structures and their special properties.
Perowskit ist ein relativ häufiges Mineral aus der Mineralklasse der Oxide und Hydroxide mit der chemischen. Zusammensetzung CaTiOs. Dabei handelt es sich um ein Mineral mit natürlichem Vorkommen. Perovskite is a relatively common mineral from the mineral class of oxides and hydroxides with the chemical. Composition of CaTiOs. This is a mineral that occurs naturally.
Die Perowskit-Struktur ist ein wichtiger Strukturtyp für technisch bedeutende Verbindungen wie als Beispiel Ferroelektrika, der Begriff Perowskit-Struktur bezieht sich dabei aber auf eine kubische Kristallstruktur, die im namensgebenden Perawskit jedoch nicht vorliegt. Aufgrund des zu kleinen lonıenradius der Ca*-Kationen in CaTiOQ, ist die Kristallstruktur des eigentlichen Perowskit verzerrt, wodurch dieser im niedriger symmetrischen ortharhombischen Kristalilsystem kristallisiert. Die Kristalle des Perowskits haben dadurch The perovskite structure is an important structural type for technically important compounds such as ferroelectrics, but the term perovskite structure refers to a cubic crystal structure, which is not present in the eponymous perawskite. Due to the too small ion radius of the Ca* cations in CaTiOQ, the crystal structure of the actual perovskite is distorted, causing it to crystallize in the lower symmetry ortharhombic crystalline system. As a result, the perovskite crystals have
Im Perowskit-Typ ABO, kristallisieren folgende Stoffe: The following substances crystallize in the perovskite type ABO:
* ArLa, Ca, Sr, Ba, 8=AlL Mn, Fe, Sn, Ce * ArLa, Ca, Sr, Ba, 8=AlL Mn, Fe, Sn, Ce
Die in der Erfindung verwendeten Perowskiten Strukturen haben die Eigenschaft, dass diese bei einer Temperatur von 500°C bis 1000°C Saterstoffionen leiten Können. Der Sauerstoff stammt dabei von dem zugeführten Wasserdampf 38. Dabei wird der Wasserdampf 38 in Sauerstoff und Wasserstoff aufgespalten. Der Wasserstoff wird als Gemisch aus Wasserstoff und Wasserdampf 22 und aus dem Reaktor 15 abgeleitet. Die Sauerstofficnen werden dem Ethandampf und Propandampf zur Verfügung gestellt und der Ethandampf und Propandampf wird mit dem Sauerstoff zu Kohlendioxid und Wasserdampf oxidiert, The perovskite structures used in the invention have the property that they can conduct sateric ions at a temperature of 500 ° C to 1000 ° C. The oxygen comes from the supplied water vapor 38. The water vapor 38 is split into oxygen and hydrogen. The hydrogen is derived as a mixture of hydrogen and water vapor 22 and from the reactor 15. The oxygen is made available to the ethane vapor and propane vapor and the ethane vapor and propane vapor is oxidized with the oxygen to carbon dioxide and water vapor,
Der Membranreaktor 15 besitzt Membrane 19, die auf der einen Seite mit Wasserdampf durchströmt wird 20 und auf der anderen Seite 18 mit Ethandampf und Propandampf durchströmft wird, Der Membranreaktor 15 kann elektrisch beheizt werden 16, und kann gekühlt werden 17, Die Kühlung ist notwendig, da im Volllastbetrieb der Reaktor 15 mehr Wärme produziert als für die chemischen Reaktionen benötigt werden, The membrane reactor 15 has a membrane 19 through which water vapor flows through on one side 20 and ethane vapor and propane vapor flow through on the other side 18. The membrane reactor 15 can be electrically heated 16 and can be cooled 17. The cooling is necessary since in full load operation the reactor 15 produces more heat than is required for the chemical reactions,
Als Ausgangsstoff und Energieträger wird einerseits Ethan verwendet, Die Eigenschaften von Ethan sind: Ethan ist ein farbloses und geruchloses Gas, es schmilzt bei 182,76 °C und siedet bei -88,6 °C. Es ist nur schlecht in Wasser löslich: 61 mg/l bei 20 °C. Zum Schmelzen werden 583 J/mol benötigt, zum Sieden 10 kJ/mol, Die molare Masse beträgt 30,07 g/mol, bei Raumtemperatur und Umgebungsdruck hat die Dichte einen Wert 1,212 kg/m®, der Aggregatzustand ist gasfärmig. On the one hand, ethane is used as a starting material and energy source. The properties of ethane are: Ethane is a colorless and odorless gas, it melts at 182.76 °C and boils at -88.6 °C. It is poorly soluble in water: 61 mg/l at 20 °C. 583 J/mol are required for melting, 10 kJ/mol for boiling. The molar mass is 30.07 g/mol, at room temperature and ambient pressure the density has a value of 1.212 kg/m®, the aggregate state is gaseous.
In der folgenden Tabelle sind die thermodynamischen Daten von Ethan dargestellt: The following table shows the thermodynamic data of ethane:
ethane T ethane T
544, 2 544, 2
„52,72 3,16 “52.72 3.16
+ 463,48 7.24 2 41 37 75 74,48 41 85 Tabelle-4: Thermodynamische Sattdampfdaten von Ethan + 463.48 7.24 2 41 37 75 74.48 41 85 Table-4: Thermodynamic saturated steam data of ethane
Als Ausgangsstoff und Energieträger wird andererseits Propan verwendet, Die Eigenschaften von Propan sind: Propan ist ein farb- und geruchloses Gas, hat einen Schmelzpunkt von 187,7 °C und einen Siedepunkt von -42 °C. Der kritische Punkt liegt bei 94 °C (369,82. K} und 4,24 MPa. Prapan kann also leicht verflüssigt werden. Es löst sich sehr gering: bei 20 °C zu 80 mg/l in Wasser. Es ist hochentzündlich, schwerer als Luft und wirkt in hohen: Konzentrationen narkotisierend bis erstickend, Propan ist hochentzündlich und bildet zwischen einem Volumenanteil von 1,7% bis 10,8 % in Lult explosive Gemische. Seine Zündtemperatüur liegt bei 470 °C, Der Heizwert beträgt 12,874kWh/kg. Die molare Masse von Propan beträgt 44,10 g/mol. Die Dichte beträgt bei Umgebungstemperatur 25°C und Umgebungsdruck 1,013 bar 1,83 kg/m®. Der Aggregatzuständ ist bei Umgebungstemperatur 25°C und Umgebungsdruck 1,013 bar gäsförmig. On the other hand, propane is used as a starting material and energy source. The properties of propane are: Propane is a colorless and odorless gas, has a melting point of 187.7 °C and a boiling point of -42 °C. The critical point is 94 °C (369.82. K} and 4.24 MPa. Prapan can therefore be easily liquefied. It dissolves very slightly: at 20 °C to 80 mg/l in water. It is highly flammable, heavier than air and has a narcotic to suffocating effect in high concentrations, propane is highly flammable and forms explosive mixtures between a volume fraction of 1.7% to 10.8% in Lult. Its ignition temperature is 470 °C, the calorific value is 12.874 kWh/ kg. The molar mass of propane is 44.10 g/mol. The density is 1.83 kg/m® at an ambient temperature of 25°C and an ambient pressure of 1.013 bar. The state of aggregation is gaseous at an ambient temperature of 25°C and an ambient pressure of 1.013 bar.
1 1
rE} re}
57 433,57 57,433.57
TLI% TLI%
93,37 304,32 140 Tabelle 1: Thermodynamische. Sattdampfdaten von 93.37 304.32 140 Table 1: Thermodynamic. Saturated steam data from
Ein weiterer Vorteil ist. die Erzeugung und Verwendung von Wasserdampf 38, der beim Anfahren der Anlage mit Hilfe von elektrischer Energie in dem Verdampfer 35 erzeugt wird, Dabei wird vollentsalztes Wasser, oder auch bekannt als destilliertes Wasser verwendet, das eine elektrische Leitfähigkeit von 0,1 bis 1 uS/em hat. Das Wasser wird in einem Behälter 33 bereitgestellt. Die thermodynamischen Daten von Wasser und Wasserdampf sind in der folgenden Tabelle dargestellt: Another advantage is. the production and use of water vapor 38, which is generated in the evaporator 35 when the system is started up with the help of electrical energy. Fully desalinated water, also known as distilled water, is used, which has an electrical conductivity of 0.1 to 1 uS/ em has. The water is provided in a container 33. The thermodynamic data of water and water vapor are shown in the following table:
Wasser T Water T
39 4. 3 27 1 © 15 277,10 1 15 08 Tabelle. 2: Thermaodynamische Daten von Wasser und Wasserdampf. 39 4. 3 27 1 © 15 277.10 1 15 08 table. 2: Thermodynamic data of water and water vapor.
Die Verwendung von perowskiten Strukturen 19 ermöglicht folgende chemische Schritte bei der Umwandlung von Ethan: The use of perovskite structures 19 enables the following chemical steps in the conversion of ethane:
Erster Schritt: Dissoziation von Wasserdampf In in den. Kammern 20 des Reaktors 15: 7H20 —> T7H2 + 3,502 First step: dissociation of water vapor In into the. Chambers 20 of reactor 15: 7H20 —> T7H2 + 3,502
Die Massen und Energiebilanz ergeben sich zu: The masses and energy balance result from:
H2 H2
3 270 kKJ/mol 15 3,270 kKJ/mol 15
Tabelle 3: Dissoziation von Wasserdampf bei einer Temperatur von 800°C Table 3: Dissociation of water vapor at a temperature of 800°C
_ Zweiter Schritt: Die Oxidation von dampfförmigem Ethan erfolgt in den Kammer 18 des Reaktors 15: _ Second step: The oxidation of vaporous ethane takes place in chamber 18 of reactor 15:
Die Massen und Energiebilanz ergeben sich zu. The mass and energy balance results in:
1 34 1 34
Ö SR 800,00 1 15 1073,1 5 135 770,55 Ö SR 800.00 1 15 1073.1 5 135 770.55
Tabelle 4: Oxidation von Ethan bei einer Temperatur von 800°C. Die Summenbilanz ergibt sich zu: C2H6+4H20 —» 2C02 + 7H2 Table 4: Oxidation of ethane at a temperature of 800°C. The total balance is: C2H6+4H20 —» 2C02 + 7H2
Vergleicht man diese Summengleichung mit der bekannten und klassischen Wasserdampfreformierung, die im ersten Schritt einer Wassergasreaktion entspricht, If you compare this equation with the well-known and classic steam reforming, which corresponds to a water gas reaction in the first step,
C2H6 + 2H20 — 2C0 + 5H2 C2H6 + 2H20 — 2C0 + 5H2
Die Massen und Energiebilanz ergeben sich zu: The masses and energy balance result from:
1 30,00 1 30.00
1 1 1 1
„34,00 11 90 800 1073,15 126,00 1 135, 424 Ef “34.00 11 90 800 1073.15 126.00 1 135, 424 Ef
Tabelle 5: Reformierung von Ethan mit Wasserdampf bei einer Temperatur von 800°C Und im zweiten Schritt einer Shiftreaktion entspricht, Table 5: Reforming of ethane with steam at a temperature of 800°C And in the second step corresponds to a shift reaction,
2C0 + Z2H20 — 2C02-+ ZH2 2C0 + Z2H20 — 2C02-+ ZH2
HZ 90 44 HZ 90 44
1 1
400,00 400.00
-5,65. | KJig Q 1,57 [KWhiKg -5.65. | KJig Q 1.57 [KWhiKg
Tabelle-£: Reformierung von Kohlenmanoxid mit Wasserdampf bei einer Temperatur von 800°C Table-£: Reforming of carbon manoxide with steam at a temperature of 800°C
Und die Summenreaktion aus der Wassergasreaktion und der Shiftreaktion ergibt sich zu C2H6 + 4H20 —> 2C02-+7H2 And the sum reaction from the water gas reaction and the shift reaction results in C2H6 + 4H20 —> 2C02-+7H2
in der Folge wird die Umwandlung von Propan analysiert. Die Verwendung von perowskiten subsequently the conversion of propane is analyzed. The use of perovskites
Strukturen. 19 als Membran in dem Reaktor 15 ermöglicht folgende chemische Schritte bei Structures. 19 as a membrane in the reactor 15 enables the following chemical steps
der Umwandlung von Propani | ; the conversion of propane | ;
Erster Schritt: Dissoziation von Wasserdampf in den Kammern 20.des Reaktors 15; First step: dissociation of water vapor in the chambers 20 of the reactor 15;
10H20 — 10H2.+ 502 10H20 — 10H2.+ 502
Die Massen und Energiebilanz ergeben sich zu: The masses and energy balance result from:
10731 41 439 10731 41 439
Tabelle 3: Dissoziation von Wasserdampf bei einer Temperatur von 800°C Table 3: Dissociation of water vapor at a temperature of 800°C
Zweiter Schritt: Die Oxidation von. dampfförmigem Propan erfolgt in den Kammern 18 des Reaktors 15: ; Second step: The oxidation of. vaporous propane takes place in the chambers 18 of the reactor 15: ;
C3HB + 502 —+ 3C02.+4H20 C3HB + 502 —+ 3C02.+4H20
Die Massen und Energiebilanz ergeben sich zu: The masses and energy balance result from:
5,00 5.00
00 64 00 64
Tabelle 4: Oxidation von Propan bei einer Temperatur von 800°C Table 4: Oxidation of propane at a temperature of 800°C
Vergleicht man diese Summengleichung mit der bekannten und klassischen Wasserdampfreformierung, die im ersten Schritt einer Wassergasreaktion entspricht, If you compare this equation with the well-known and classic steam reforming, which corresponds to a water gas reaction in the first step,
C3HB8+3H20 —+ 3C0 + 7H2 C3HB8+3H20 —+ 3C0 + 7H2
Die Massen und Energiebilanz ergeben sich zu: The masses and energy balance result from:
HZO ; CO HZO ; CO
00 00
1 „110,00 „330,00 1 “110.00 “330.00
15 15
Sf Sf
Tabelle 5.Reformierung von Propan mit Wasserdampf bei einer Temperatur von 800°C Und im zweiten Schritt einer Shiftreaktion entspricht, Table 5. Reforming of propane with steam at a temperature of 800°C And in the second step corresponds to a shift reaction,
3C0Q0 +3H20 —> 3C02.+ 3H2 3C0Q0 +3H20 —> 3C02.+ 3H2
Tabelle 6: Reformierung von: Kohlenmonoxig mit Wasserdampf bei einer Temperatur van 800°C Table 6: Reforming of: carbon monoxide with steam at a temperature of 800°C
Und die Summenreaktion aus der Wassergasreaktion und der Shiftreaktion ergibt Sich zu C3H8 + 6H20 — 3C02 + 10H2 And the sum reaction from the water gas reaction and the shift reaction results in C3H8 + 6H20 — 3C02 + 10H2
Ein weiterer Vorteil der perowskiten Strukturmembranen ist die sehr günstige energetische Bilanz. Der Reaktor 15 kann daher mit geringerer elektrischer Energie aufgeheizt werden 16 und kann In sehr einfacher Form, die benötigte Energie zur Verfügung mit Hilfe der Wärmerückgewinnung 3,9, 14 und 35,37 zu einem hohen Anteil von 85% zur Verfügung stellen. Another advantage of perovskite structural membranes is the very favorable energy balance. The reactor 15 can therefore be heated 16 with less electrical energy and can, in a very simple form, provide the required energy to a high proportion of 85% with the help of heat recovery 3.9, 14 and 35.37.
Ein weiterer Vorteil ist, dass das im Rahmen der Umwandlung von Ethan 1, Propan 7 zu Wasserstoff 40 das gewonnene Kohlendioxid 32 verdichtet und verflüssigt wird. Das verflüssigte Kohlendioxid 23 wird auch als grünes Kohlendioxid bezeichnet, wenn aus erneuerbaren Prozessen elektrische Energie gewonnen wird, das nun gespeichert und recycelt werden kann, Damit ist ein echtes Nullemissionsverfahren vorhanden. Another advantage is that the carbon dioxide 32 obtained is compressed and liquefied as part of the conversion of ethane 1, propane 7 to hydrogen 40. The liquefied carbon dioxide 23 is also known as green carbon dioxide when electrical energy is obtained from renewable processes, which can now be stored and recycled, thus creating a true zero-emission process.
Die Anwendung der hier vorgestellten Erfindung ist bei stationären und mobilen Anlagen möglich, die Wasserstoff verwerten und zur Erzeugung von Wärme und elektrischer Energie im Sinne einer Kraft Wärme Kopplung verwenden. Der Vorteil dieses Verfahrens legt in der Trennung der Stoffströme, sodass eine aufwendige Trennung des Wasserstoffs mit Hilfe von einer Druckwechseladsorption und eine Aufreinigung mit Gaswäscher und Aktivkohlefilter und Platinfiter nicht notwendig sind. The invention presented here can be used in stationary and mobile systems that utilize hydrogen and use it to generate heat and electrical energy in the sense of combined heat and power. The advantage of this process lies in the separation of the material flows, so that a complex separation of the hydrogen using pressure swing adsorption and purification with a gas scrubber and activated carbon filter and platinum filter are not necessary.
Ein weiterer Vorteil ist die einfache und günstige Transpertmöglichkeit von Methanol und füssigen Kohlendioxid, mit Hilfe von Bahn, LKW und Schiff. Another advantage is the simple and inexpensive transport of methanol and liquid carbon dioxide by train, truck and ship.
1 Behälter für Ethan 1 container for ethane
2 . Pumpe 2. pump
3 Verdampfer für Ethan 4 Regelarmatur 3 evaporator for ethane 4 control valve
5 Regelarmatur 5 control valve
6 Regelarmatur 6 control valve
7 Behälter für Propan 8 Pumpe 7 containers for propane 8 pump
9 Verdampfer 9 evaporators
10 Regelarmatur 10 control valve
11 Regelarmatur 11 control valve
12 Mischer 12 mixers
13 Regelarmatur 13 control valve
14 Überhitzer 14 superheaters
15 Membranreaktor 15 membrane reactor
16 elektrische Heizung 16 electric heater
17 Kühlung 17 Cooling
18 Kammern für Ethan und Propan 19 Membran 18 chambers for ethane and propane 19 membrane
20 Wasserdampfkammern 20 steam chambers
21 Regelarmatur 21 control valve
22 Regelarmatur 22 control valve
23 Mischer 23 mixers
24 Kondensator für Wasserdampf 25 Wärmetauscher für Kohlendiaxid 26 Pumpe ; 27 Regelarmatur 24 Condenser for water vapor 25 Heat exchanger for carbon dioxide 26 Pump; 27 control valve
28 Verdichter 28 compressors
29 Kondensator für Kohlendioxid 30 Regelarmatur 29 Condenser for carbon dioxide 30 Control valve
31 Regelarmatur 31 control valve
32 flüssiges Kohlendioxid 32 liquid carbon dioxide
33 Behälter für Wasser 33 containers for water
34 Pumpe 34 pump
35 Verdampfer 35 evaporators
36 Regelarmatur 36 control valve
37 Überhitzer 37 superheaters
38 Regelarmatur 38 control valve
38 Kondensator 38 capacitor
40 Wasserstoff 40 hydrogen
41 Pumpe 41 pump
42 Regelarmatüur 42 control valve
43 Regelarmatur 43 control valve
Symbole Symbols
H2 Wasserstoff H2O Wasser CHICH Methanol CO? Kohlendioxid H2 Hydrogen H2O Water CHICH Methanol CO? Carbon dioxide
CO CO
02 Sauerstoff C2H6 Ethan C3H8 Propan Literatur 02 Oxygen C2H6 Ethane C3H8 Propane Literature
[1] [1]
George Olah, Beyond Qil and Gas: the Methanol economy, VCH Wiley, 2008, Auflage George Olah, Beyond Qil and Gas: the Methanol economy, VCH Wiley, 2008, edition
3. 3.
10 10
Abbildungen Abbildung 1 Illustrations Figure 1
Die Abbildung 1 zeigt einen Behälter 1, in dem flüssiges Ethan bereitgestellt wird, das mit einer Pumpe 2 einem Verdampfer 3 zugeführt wird, Überschüssiges Ethan wird in den Behälter rückgeführt, In einem Behälter 7 wird Aüssiges Propan bereitgestellt, das über eine Pumpe 8 einem Verdampfer 9 zugeführt wird, überschüssiges Propan wird in den Behälter 7 rückgeführt, Ethan und Propan werden im Mischer 12 zusammengeführt, in einen Ä Wärmetauscher 14 überhitzt und dem Membranreaktor 15 zugeführt, Der Membranreaktor besitzt intern Membranen aus perowskiter Struktur 19, Kammern für den Ethandampf und Propandampf 18, Kammern für den überhitzten Wasserdampf 20. Der Reaktor 15 kann elektrisch beheizt werden 16, und kann auch gekühlt werden 17. Das zu Kohlendioxid und Wasserdampf oxidierte Ethan und Propan wird in den Wärmetauschern 14,9,3 abgekühlt und einem Kondensator 24 zugeführt. In dem Kandensator 24 wird das Wasser als Kondensat über die Pumpe 26 dem im Behälter 33 bereitgestellten Wasser zugeführt. Das verbleibende Kohlendioxid wird abgekühlt 25 und verdichtet 28 und in dem Wärmetauscher 29 kondensiert und in einem Behälter 32 in Aüssiger Phase gespeichert. Voll entsalztes Wasser wird in einem Behälter 33 bereitgestellt und mit einer Pumpe 34 einem Verdampfer 35 zugeführt, überschüssiges Wasser in den Behälter rückgeführt. Der Wasserdampf wird in dem Wärmetauscher 37 überhitzt und dem Reaktor 15 in den Kammern 20 zugeführt. Im Reaktor 15-wird der Wasserdampf in Wasserstoff und Wasserdampf umgewandelt und der so gewonnene Wasserstoff in den Wärmetauschern 37,35 abgekühlt und einem Kondensator 39 zugeführt. In dem Kondensator 39 wird das Wasser über die Pumpe 41 dem Behälter 33 rückgeführt. Aus dem Kandensator 39 wird der Wasserstoff als gewünschtes Produkt 40 gewonnen. Figure 1 shows a container 1 in which liquid ethane is provided, which is fed to an evaporator 3 with a pump 2. Excess ethane is returned to the container. Liquid propane is provided in a container 7, which is fed to an evaporator via a pump 8 9 is supplied, excess propane is returned to the container 7, ethane and propane are combined in the mixer 12, superheated in a heat exchanger 14 and fed to the membrane reactor 15. The membrane reactor has internal membranes made of perovskite structure 19, chambers for the ethane vapor and propane vapor 18, chambers for the superheated water vapor 20. The reactor 15 can be electrically heated 16, and can also be cooled 17. The ethane and propane oxidized to carbon dioxide and water vapor are cooled in the heat exchangers 14,9,3 and fed to a condenser 24. In the condenser 24, the water is supplied as condensate via the pump 26 to the water provided in the container 33. The remaining carbon dioxide is cooled 25 and compressed 28 and condensed in the heat exchanger 29 and stored in a container 32 in the liquid phase. Fully desalinated water is provided in a container 33 and fed to an evaporator 35 with a pump 34, and excess water is returned to the container. The water vapor is superheated in the heat exchanger 37 and fed to the reactor 15 in the chambers 20. In the reactor 15, the water vapor is converted into hydrogen and water vapor and the hydrogen thus obtained is cooled in the heat exchangers 37, 35 and fed to a condenser 39. In the condenser 39, the water is returned to the container 33 via the pump 41. The hydrogen is obtained as the desired product 40 from the capacitor 39.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ATA107/2022A AT526209A1 (en) | 2022-05-17 | 2022-05-17 | Production of hydrogen and carbon dioxide from ethane and propane using perovskite structures |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ATA107/2022A AT526209A1 (en) | 2022-05-17 | 2022-05-17 | Production of hydrogen and carbon dioxide from ethane and propane using perovskite structures |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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ID=89123199
Family Applications (1)
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| ATA107/2022A AT526209A1 (en) | 2022-05-17 | 2022-05-17 | Production of hydrogen and carbon dioxide from ethane and propane using perovskite structures |
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| Country | Link |
|---|---|
| AT (1) | AT526209A1 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0962423A1 (en) * | 1998-06-03 | 1999-12-08 | Praxair Technology, Inc. | Ceramic membrane reformer |
| EP3907386A1 (en) * | 2018-12-31 | 2021-11-10 | Kerionics, S.L. | Method for separating gases in an oxy-fuel combustion process by using oxygen-permeable membranes |
-
2022
- 2022-05-17 AT ATA107/2022A patent/AT526209A1/en not_active Application Discontinuation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0962423A1 (en) * | 1998-06-03 | 1999-12-08 | Praxair Technology, Inc. | Ceramic membrane reformer |
| EP3907386A1 (en) * | 2018-12-31 | 2021-11-10 | Kerionics, S.L. | Method for separating gases in an oxy-fuel combustion process by using oxygen-permeable membranes |
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