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WO2013114148A1 - Anlage zur umwandling von kohlenwasserstoff-edukten in gasförmigen und flüssigen brennstoff einschliesslich plasmochemotron zu dieser anlage - Google Patents

Anlage zur umwandling von kohlenwasserstoff-edukten in gasförmigen und flüssigen brennstoff einschliesslich plasmochemotron zu dieser anlage Download PDF

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WO2013114148A1
WO2013114148A1 PCT/IB2012/000207 IB2012000207W WO2013114148A1 WO 2013114148 A1 WO2013114148 A1 WO 2013114148A1 IB 2012000207 W IB2012000207 W IB 2012000207W WO 2013114148 A1 WO2013114148 A1 WO 2013114148A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
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reactor
hydrogen
plasmochemotron
synthesis
water
Prior art date
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Application number
PCT/IB2012/000207
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English (en)
French (fr)
Inventor
Alexander POTEMKIN
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Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to PCT/IB2012/002564 priority patent/WO2013114150A1/de
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Ceased legal-status Critical Current

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    • C10G3/42—Catalytic treatment
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P30/00—Technologies relating to oil refining and petrochemical industry
    • Y02P30/20—Technologies relating to oil refining and petrochemical industry using bio-feedstock

Definitions

  • the proposed group of inventions belongs to the field of petroleum chemistry, more specifically to the plants for the catalytic processing of hydrocarbon materials.
  • the shortcomings of the known plant include the considerable consumption of raw materials and the strong formation of carbon dioxide and various admixtures which escape into the atmosphere.
  • a plant for the synthesis of liquid fuel is known with a reforming reactor, which transforms the hydrocarbon raw material into a synthesis gas containing gaseous carbon monoxide and gaseous hydrogen as the basic constituents, with a reactor which contained in the synthesis gas
  • Patent RU 2056008 Known are a process for the conversion of solid fuel and a plasma system for its production.
  • Brown coals Known is a plasma system for the conversion of solid fuel with a plasma reactor, a gas generator, a desulfurizer and a
  • an arc plasma is generated, and water vapor is used as the plasma-forming gas.
  • the energy consumption for the hydrogenation of the hydrogen gas from the water amounts to 4.5-5.3 KWh / 1, and the reduction of the carbon by the hydrogen at 600-800 ° C causes the consumption to almost double.
  • the proposed method is technologically the closest to a plant for the conversion of hydrocarbons into gaseous and liquid fuel, which consists of the following assemblies: a reactor chamber with attached at its bottom heater and catalyst, a compressor, a reactor for the synthesis of a mixture of gasoline and diesel and a rectification column connected to this reactor (Patent RU 2291350).
  • the plant allows a more complete utilization of the fuel capacity of the product gas by synthesizing gaseous and liquid fuel as well as continuous operation without interruption to reload the feedstock.
  • the known solution has a significant disadvantage, namely the presence of admixtures (sulfur oxides, phosphorus, silicon, iron, etc.) in the product obtained,
  • Plasmochemotron comes from the technical point of view, a Plasmochemotron next, which has a vertical transparent body with conical neck, via a mounted on the neck hydrogen lattice receiver, nozzle for introducing the plasma-forming medium (water H 2 0) and for discharging the product gases a hermetic chamber in the housing between the anode and cathode electrodes, the base of the interelectrode chamber being defined by the lower end of the anode consisting of hydrogen and oxygen over inert material, and the cathode being hermetically attached to the hydrogen raster receiver; and via the power supply lines of the voltage source, which are connected to the upper channel of the hydrogen receiver and the housing wall (see Patent RU 107161).
  • the known construction of the Plasmochemotron allows the splitting of the water into hydrogen and oxygen by ignition of a plasma in the water with reduced energy consumption thanks to the high-tech surface of the electrodes.
  • the known construction has several disadvantages, namely: - It is difficult to manufacture, since the cathode consists of capillaries, their production
  • the cathode is difficult to clean, since the entire Plasmochemotron must be broken down at regular intervals for their purification.
  • the technical solution achieved by the proposed group of inventions consists in the production of such a construction of a plant for the conversion of hydrocarbon educts into gaseous and liquid fuels, which makes it possible to produce water and coal with low energy consumption gaseous and liquid hydrocarbons, which in terms of admixtures
  • the technical solution is achieved in the proposed invention, characterized in that one prepares a plant for the conversion of hydrocarbon educts in gaseous and liquid fuel, which consists of: a reactor chamber with attached at its bottom heater and catalyst, a compressor, a reactor for the synthesis of a mixture from gasoline and diesel and a rectification column connected to this reactor, which is equipped according to the invention with a Plasmochemotron, a mixer for the components of the recovered synthesis gas, a water collector, a separator and a reactor for Dimethylrelihersynthese, the Plasmochemotron a water inlet and two exits one of which is connected for the purpose of discharging the recovered oxygen and water from the plasmochemotron via the water collector to the reactor chamber, which is connected via the separator to the mixer connected to the second, the discharge of water connected to the output of the plasma chemotron and via the compressor to the dimethyl ether synthesis reactor connected to the reactor for the synthesis of gasoline and diesel, the heater of the reactor chamber
  • nanoporous catalysts of copper, platinum and zeolite are used at significantly higher pressures and temperatures for the treatment of the synthesis gas produced to obtain dimethyl ether, gasoline and diesel, thereby increasing speed and degree of conversion and high purity products without those for products from crude oil cracking so typical admixtures arise.
  • a Plasmochemotrons consisting of a vertical and transparent housing with conical neck, a mounted on the neck hydrogen raster receiver, nozzle for introducing the plasma-forming medium (water H 2 0) and for discharging the product gases, an in-housing hermetic chamber between the anode and cathode electrodes, wherein the base of the interelectrode chamber is bounded by the lower end of the anode made of hydrogen and oxygen over inert material and the cathode is hermetically attached to the hydrogen raster receiver, and the power supply lines of the voltage source, which are connected to the upper channel of the hydrogen receiver and the wall of the housing, in which according to the invention, the cathode is designed as a palladium-coated bellows made of porous nickel and the anode as a base on the coaxially arranged un d mounted between the folds of the bellows mounted cylinder.
  • the proposed invention enables the implementation of the method for splitting the water into hydrogen and oxygen (plasma generation by Capacitive discharge in the water, ie 1.1 - 1.3 kWh / 1).
  • the oxygen obtained from the water can be used for the synthesis of carbon monoxide z.
  • the plant for the conversion of hydrocarbon educts into gaseous and liquid fuels consists of the reactor chamber 1 with the heater 2 and the catalyst 3, the compressor 4, the reactor for the synthesis of the mixture of gasoline and diesel 5, the this connected rectification column 6, the plasma chemotron, the mixer for the components of the synthesis gas obtained 7, the water collector 8, the separator 9 and the reactor for dimethyl ether synthesis.
  • the container 10 of the reactor chamber 1 are mounted on the ground: consisting of the composites Ni 3 Al and NiAl heater 2 and the attached above him reticulated catalyst 3, which consists of MgO-based porous ceramic.
  • the container 10 is for loading with the processed carbon, z. B. hard coal or lignite, thought.
  • Pafur are to be used ordinary coal presses, which require no further processing (grinding).
  • the reactor for the dimethyl ether synthesis and the reactor for the gasoline and diesel synthesis are carried out barothermally.
  • the reactor for the dimethyl ether synthesis consists of the housing 11, to which the heater 12 is attached to the voltage source 13, and the interior 14 is to be filled with the catalyst 15, for. As nanoporous copper, thought.
  • the reactor for dimethyl ether synthesis consists of the housing 5, to which the heater 16 is attached to the voltage source 17, and the interior 18 is for filling with the catalyst 19, z. As platinum and zeolite thought.
  • the rectification column 6 is to be filled before start of operation with a mixture of diesel and gasoline.
  • the construction of the rectification column is known, the authors make no claim in this respect novelty.
  • the Plasmochemotron consists of the vertical transparent housing 21 with a conical neck, in this neck 21 housed hydrogen raster receiver, the introduction port 23 for the plasma forming medium (water H 2 0) and the outlet 24 for the gaseous products, the hermetic located in the housing Interelectrode chamber 25 with anode and cathode 26 and the power supply lines 27 of the voltage source 28, which are connected to the upper channel of the hydrogen receiver and with the housing wall 20.
  • the cathode 26 is designed as a bellows, consisting of porous palladium-coated nickel and is hermetically attached to the hydrogen halftone receiver 21.
  • the anode consists of the base 29, on which the coaxially arranged and located between the folds 30 of the bellows cylinder 31 are attached.
  • the lower base of the Interelektrodenhunt 25 is limited by the base 29 of the anode, which consists of a hydrogen and oxygen over inert material, eg. As nickel exists.
  • the housing of the Plasmochemotrons can be mounted and consist of two parts to be joined together.
  • the transparent design of the housing 20, z. B. organic glass, allows an observation of the process flow of plasma dissociation of water.
  • Water is introduced into the housing 20 of the plasma chemotrone via the filler neck 23 for the plasma-forming medium (water H 2 O) and kept at the specified maximum level of water dissociation.
  • the voltage source 28 is turned on, voltage is applied to the power supply lines 27 and controlled by observation of the plasma, so that it does not come to a violent boiling of the water.
  • the electrolytic dissociation of the water is started.
  • the water level is not filled up, as this destabilizes the plasma.
  • the recovered oxygen is passed through the water collector 8 together with small water vapor residues, the oxygen, for. B. by condensation using a normal water-cooled zeolite capacitor is released.
  • the released oxygen is passed through the reactor chamber 1 for partial oxidation of the carbon by the oxygen.
  • the formation of the carbon monoxide from the coal is carried out at a temperature below the dissociation temperature, e.g. B. at 450 - 500 ° C, carried out.
  • the carbon monoxide is purified before the preparation of the mixture CO + H 2 with 60% H 2 and 40% CO as constituents in the separator 9 with the aid of liquid Mattersssorbenten.
  • This device and these liquid reaction sorbents are known, and the authors raise no novelty claim in this respect (http://www.mrbinist.ru).
  • the recovered hydrogen and purified carbon monoxide are further fed to the mixer 7 of the syngas components where the mixture is made.
  • the synthesis gas mixture is compressed to a pressure of 100-120 atm and processed in the barothermic reactor for dimethyl ether synthesis at a temperature of 260-300 ° C with a copper catalyst and dimethyl ether is formed.
  • the dimethyl ether is compressed to a pressure of 100-120 atm and heated in the presence of the catalyst of nanoporous platinum and zeolite at a temperature of 320-360 ° C.
  • Water was used as a material for producing hydrogen and oxygen.

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Description

Anlage zur Umwandlung von Kohlenwasserstoff-Edukten in gasförmigen und " flüssigen Brennstoff einschliesslich Plasmochemotron zu dieser Anlage
Betroffenes Gebiet der Technik
Die vorgeschlagene Gruppe von Erfindungen gehört in den Bereich der Erdölchemie, genauer gesagt, zu den Anlagen zur katalytischen Verarbeitung von Kohlenwasserstoffmaterialien.
Bisheriger Stand der Technik
Bekannt ist eine Anlage zur Gewinnung flüssiger Kohlenwasserstoffe mit einem katalytischen Reaktor, der mit einer Kohlenmonoxid- und einer Wasserstoffquelle verbunden ist (s. z. B. Loktev, S.M. "Sostojanie i perspektivy zydkix uglevodorodov iz oksida ugleroda i vodoroda (= Aktueller Stand und Perspektiven der Synthese von Flüssigkohlenwasserstoffen aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff)", Moskau, IGI, 1977, p. 14).
Zu den Mängeln der bekannten Anlage sind der beträchtliche Rohstoffverbrauch und die starke Bildung von Kohlendioxid und verschiedenen Beimischungen zu zählen, die in die Atmosphäre entweichen.
Bekannt ist eine Anlage zur Gewinnung flüssiger Kohlenwasserstoffe mit einem Block zur Reduktion von Kohlendioxid zu Kohlenmonoxid, der an den Eingang eines katalytischen Umformungsblocks (Fischer-Tropsch-Reaktor) angeschlossen ist, der seinerseits an den Block zur Abscheidung der flüssigen Kohlenwasserstoffe angeschlossen ist (Patent RU 2198156).
Zu den Mängeln der beschriebenen Anlage ist ihre Abhängigkeit vom Vorhandensein des Rohstoffs zur Gewinnung der Ausgangsstoffe für die Synthese zu zählen, was die Autonomie der Produktionsprozesse einschränkt.
Bekannt ist eine Anlage zur Synthese von Flüssigbrennstoff mit einem Reforming-Reaktor, der den Kohlenwasserstoff-Rohstoff zu einem Synthesegas umformt, welches gasförmiges Kohlenmonoxid und gasförmigen Wasserstoff als Grundbestandteile enthält, mit einem Reaktor, der aus dem im Synthesegas enthalten
BESTÄTIGUNGSKOPIE gasförmigen Kohlenmonoxid und gasförmigen Wasserstoff flüssige Kohlenwasserstoffe synthetisiert, mit einer Rektifikationskolonne, die die Flüssigkohlenwasserstoffe zur Abscheidung der Flüssigkohlenwasserstoffe mit der gewünschten Wasserstoffzahl oder höher rektifiziert sowie mit einem Kühler, der das aus dem Reaktor bzw. das aus der Rektifikationskolonne ausgeleitete Gas abkühlt und gleichzeitig verflüssigt (Patent RU 2415904).
Mit Hilfe der bekannten Anlage ist es möglich, die gasförmigen Flüssigkohlenwasserstoffe mit der gewünschten Wasserstoffzahl oder höher aus dem Kopfprodukt zu extrahieren.
Der wesentliche Nachteil dieser Lösung ist jedoch die Anwesenheit von Beimischungen (Schwefeloxide, Phosphor, Silizium, Eisen usw.) im gewonnenen Produkt, während zur Gewinnung nutzbarer Kohlenwasserstoffe ein zehnmal höherer Reinheitsgrad benötigt wird. So erreicht Schwefel einen Anteil von 0,5 % im Kohlenwasserstoff, während eine Weiternutzung höchstens 0,05 % erfordert.
Bekannt sind ein Verfahren zur Umwandlung festen Brennstoffs und eine Plasmaanlage zu seiner Herstellung (Patent RU 2056008).
Als fester Brennstoff werden verschiedene Kohlen benutzt, darunter auch
Braunkohlen. Bekannt ist eine Plasmaanlage zur Umwandlung von festem Brennstoff mit einem Plasmareaktor, einem Gasgenerator, einem Entschwefler und einem
Kompressor.
In der Anlage wird ein Lichtbogenplasma erzeugt, und als plasmabildendes Gas wird Wasserdampf benutzt.
Wichtigste Schwachpunkte der bekannten Konstruktion sind:
- der niedrige Wirkungsgrad des Reaktors, d. h. auf Grund der kurzen Verweildauer der Kohleteilchen im Lichtbogen (0,1 - 1 s) bleibt der in ihm ablaufende Prozess der Umwandlung des Kohlegruses unvollständig,
- die niedrige Lebensdauer der Elektroden im wasserstoffhaltigen Plasma, da wegen des irreversiblen Verbrauchs eine Herstellung der Elektroden aus dem teuren Hafnium nicht gerechtfertigt ist,
- der überflüssige Wärmeverbrauch durch die Verflüssigung bzw. Reduktion der mineralischen Beimischungen, deren Anteil bei Braunkohle 30 - 40 % erreicht, wodurch einfach nur der Energieverbrauch des Gasifizierungsprozesses in die Höhe getrieben wird.
Bekannt ist auch ein Verfahren zur elektrolytischen Dissoziation von Wasser zwecks Gewinnung von Synthesegas (Patent 2396204).
Bei dem bekannten Verfahren wird die hohe Löslichkeit von Kohlendioxid in Wasser und seine Reduktion zu Kohlenmonoxid durch den Wasserstoff, der bei der Elektrolyse des mit Kohlendioxid angereicherten Wassers abgeschieden wird, genutzt.
Dennoch beläuft sich der Energieverbrauch für die elektrolytische Gewinnung des Wasserstoffgases aus dem Wasser auf 4,5 - 5,3 KWh/1, und die Reduktion des Kohlenstoffs durch den Wasserstoff bei 600 - 800 °C lässt den Verbrauch auf fast das Doppelte ansteigen.
Ausserdem beträgt das Verhältnis von Wasserstoff und Kohlenmonoxid im gewonnenen Synthesegas mindestens H2/CO = 2 - 2,3, während für eine Reaktion nach dem Fischer-Tropsch- Verfahren ein Verhältnis von H2/CO ~ 1,5 wünschenswert ist, da sonst der Druck des Synthesegases und die Temperatur erhöht werden müssen, was wiederum den Energieverbrauch ansteigen lässt.
Dem vorgeschlagenen Verfahren kommt vom technologischen Prinzip her eine Anlage zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffen in gasförmigen und flüssigen Brennstoff am nächsten, die aus folgenden Baugruppen besteht: einer Reaktorkammer mit an ihrem Boden angebrachtem Erhitzer und Katalysator, einem Kompressor, einem Reaktor zur Synthese eines Gemisches aus Benzin und Diesel sowie einer an diesen Reaktor angeschlossenen Rektifikationskolonne (Patent RU 2291350).
Die Anlage erlaubt eine vollständigere Nutzung der Brennstoffkapazität des Produktgases durch Synthetisierung von gasförmigem und flüssigem Brennstoff sowie einen kontinuierlichen Betrieb ohne Unterbrechung zum Nachladen des Ausgangsstoffes. Allerdings hat die bekannte Lösung einen wesentlichen Nachteil, nämlich die Anwesenheit von Beimischungen (Schwefeloxide, Phosphor, Silizium, Eisen usw.) im gewonnenen Produkt,
- der Prozess der Synthesegasgewinnung zur Synthese von Dimethyläther, Benzin und Diesel läuft bei niedrigen Drücken und Temperaturen ab, was eine Erhöhung der Konversionsgeschwindigkeit und des Konversionsgrades verhindert,
- der vergleichsweise hohe Energieverbrauch der Anlage vor allem für den Betrieb der Reaktionskammer, in der die Bestandteile des Synthesegases (Wasserstoff, Sauerstoff und Kohlenmonoxid) erzeugt werden sollen.
Bekannt ist, dass der energieintensivste Einzelprozess die Gewinnung der Grundbestandteile des Synthesegases, des Kohlenmonoxid- und Wasserstoffgases, ist.
Bekannt sind Plasmochemotronkonstruktionen, die eine Trennung des Plasmabildungsmediums (Wasser) in Wasser und Sauerstoff unter sehr geringen Energieaufwänden erlauben.
Dem vorgeschlagenen Plasmochemotron kommt vom technischen Prinzip her ein Plasmochemotron am nächsten, welches über einen vertikalen durchsichtigen Korpus mit konischem Hals verfügt, über einen am Hals angebrachten Wasserstoff- Rasterempfänger, Stutzen zum Einleiten des plasmabildenden Mediums (Wasser H20) und zum Ausleiten der Produktgase, eine im Gehäuse gelegene hermetische Kammer zwischen den Elektroden mit Anode und Kathode, wobei die Basis der Interelektrodenkammer vom unteren Ende der Anode begrenzt wird, welches aus einem Wasserstoff und Sauerstoff gegenüber inerten Material besteht, und die Kathode hennetisch am Wasserstoff-Rasterempfänger befestigt ist, und über die Stromzuleitungen der Spannungsquelle, die mit dem oberen Kanal des Wasserstoffempfängers und der Gehäusewand verbunden sind (s. Patent RU 107161).
Die bekannte Konstruktion des Plasmochemotrons erlaubt die Spaltung des Wassers in Wasserstoff und Sauerstoff durch Entzündung eines Plasmas im Wasser bei verringertem Energieverbrauch dank der Hightech-Oberfläche der Elektroden. Doch hat die bekannte Konstruktion mehrere Nachteile und zwar: - sie ist schwierig in der Herstellung, da die Kathode aus Kapillaren besteht, deren Herstellung aus
Verbundwerkstoff sehr kompliziert ist,
- die Kathode ist schwer zu reinigen, da zu ihrer Reinigung das ganze Plasmochemotron in regelmässigen Abständen zerlegt werden muss.
Darlegung des Wesens der vorgeschlagenen Gruppe von Erfindungen
Die durch die vorgeschlagene Gruppe von Erfindungen erzielte technische Lösung besteht in der Herstellung einer solchen Konstruktion einer Anlage zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffedukten in gasförmigen und flüssigen Brennstoff, welche es erlaubt, aus Wasser und Kohle bei geringem Energieverbrauch gasförmige und flüssige Kohlenwasserstoffe zu erzeugen, die hinsichtlich der Beimengungen
ausreichend rein sind.
Die technische Lösung wird in der vorgeschlagenen Erfindung dadurch erreicht, dass man eine Anlage zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffedukten in gasförmigen und flüssigen Brennstoff herstellt, die besteht aus: einer Reaktorkammer mit an ihrem Boden angebrachtem Erhitzer und Katalysator, einem Kompressor, einem Reaktor zur Synthese eines Gemisches aus Benzin und Diesel sowie einer an diesen Reaktor angeschlossenen Rektifikationskolonne, die gemäss der Erfindung mit einem Plasmochemotron ausgerüstet ist, einem Mischer für die Bestandteile des gewonnenen Synthesegases, einem Wassersammler, einem Separator und einem Reaktor zur Dimethyläthersynthese, wobei das Plasmochemotron einen Wassereingang und zwei Ausgänge hat, von denen der eine zwecks Ausleitung des gewonnenen Sauerstoffs und Wassers aus dem Plasmochemotron über den Wassersammler an die Reaktorkammer angeschlossen ist, welche über den Separator mit dem Mischer verbunden ist, der an den zweiten, der Ausleitung des Wasserstoffs aus dem Plasmochemotron dienenden Ausgang angeschlossen ist, und über den Kompressor mit dem Reaktor zur Dimethyläthersynthese, der mit dem Reaktor zur Synthese von Benzin und Diesel verbunden ist, wobei der Erhitzer der Reaktorkammer aus den Verbundwerkstoffen Ni3Al und NiAl hergestellt ist, der Katalysator der Kammer, der die, Form eines Netzes aus MgO-basierter poröser Keramik hat, über dem Erhitzer angebracht ist, die Synthesereaktoren für den Dimethyläther und das Benzin-Diesel-Gemisch barothermisch ausgeführt sind mit den auf ihren Gehäusen angebrachten Erhitzern und ihren Innenräumen zur Aufnahme der Katalysatoren aus nanoporösem Kupfer, Platin und Zeolith bestimmt sind.
In der vorgeschlagenen Anlage werden für die Behandlung des produzierten Synthesegases zur Gewinnung von Dimethyläther, Benzin und Diesel nanoporöse Katalysatoren aus Kupfer, Platin und Zeolith bei erheblich grösseren Drücken und Temperaturen verwendet, wodurch Geschwindigkeit und Grad der Konversion gesteigert werden und hochreine Produkte ohne die für Produkte aus dem Rohölcracking so typischen Beimischungen entstehen.
Die technische Lösung wird auch in der vorgeschlagenen Erfindung durch Herstellung eines Plasmochemotrons erreicht, das besteht aus einem vertikalen und durchsichtigen Gehäuse mit konischem Hals, einem am Hals angebrachten Wasserstoff- Rasterempfänger, Stutzen zum Einleiten des plasmabildenden Mediums (Wasser H20) und zum Ausleiten der Produktgase, einer im Gehäuse gelegenen hermetischen Kammer zwischen den Elektroden mit Anode und Kathode, wobei die Basis der Interelektrodenkammer vom aus einem Wasserstoff und Sauerstoff gegenüber inerten Material bestehenden unteren Ende der Anode begrenzt wird und die Kathode hermetisch am Wasserstoff-Rasterempfänger befestigt ist, und den Stromzuleitungen der Spannungsquelle, die mit dem oberen Kanal des Wasserstoffempfängers und der Wand des Gehäuses verbunden sind, in welchem gemäss der Erfindung die Kathode als palladiumbeschichteter Faltenbalg aus porösem Nickel ausgeführt ist und die Anode als Basis, auf der koaxial angeordnete und zwischen den Falten des Balgs angebrachte Zylinder befestigt sind.
Die vorgeschlagene Erfindung ermöglicht die Umsetzung des Verfahrens zur Spaltung des Wassers in Wasserstoff und Sauerstoff (Plasmaerzeugung durch kapazitative Entladung im Wasser, also 1,1 - 1,3 kWh/1).
Die vorgeschlagene Konstruktion einer nur für den Wasserstoff "durchsichtigen" Kathode erlaubt die sofortige Trennung der Produkte aus der Wasserdissoziation in Wasserstoff und Sauerstoff.
Bei der vorgeschlagenen Erfindung kann der aus dem Wasser gewonnene Sauerstoff zur Synthese von Kohlenmonoxid benutzt werden z. B., indem der Kohlenstoff, auch der in der Braunkohle, oxidiert wird oder das Kohlendioxid über der erhitzten Kohle zum Kohlenmonoxid reduziert wird.
In jedem Falle ist an der Reaktion nur der Kohlenstoff beteiligt, und die mineralischen Beimengungen bleiben ultradispergiert in der festen Phase zurück und können in der Baustoffindustrie verwendet werden.
Darlegung des graphischen Dokumentationsmaterials Die vorgeschlagene Gruppe von Erfindungen wird mit folgender Beschreibung und Zeichnung erklärt, in welcher ein Schema die Anlage zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffen in gasförmigen und flüssigen Brennstoff mit dem Plasmochemotron im Profil zeigt.
Bestes Ausfuhrungsbeispiel für die Gruppe von Erfindungen Die Anlage zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffedukten in gasförmigen und flüssigen Brennstoff besteht aus der Reaktorkammer 1 mit dem Erhitzer 2 und dem Katalysator 3, dem Kompressor 4, dem Reaktor zur Synthese des Gemisches aus Benzin und Diesel 5, der an diesen angeschlossenen Rektifikationskolonne 6, dem Plasmochemotron, dem Mischer für die Bestandteile des gewonnenen Synthesegases 7, dem Wassersammler 8, dem Separator 9 und dem Reaktor zur Dimethyläthersynthese.
Im Behälter 10 der Reaktorkammer 1 sind am Boden angebracht: der aus den Verbundwerkstoffen Ni3Al und NiAl bestehende Erhitzer 2 sowie der über ihm angebrachte netzförmige Katalysator 3, welcher aus MgO-basierter poröser Keramik besteht. Der Behälter 10 ist für die Beladung mit dem zu verarbeitenden Kohlenstoff, z. B. Stein- oder Braunkohle, gedacht.
Pafur sind gewöhnliche Kohlesrücke zu verwenden, die keiner weiteren Bearbeitung (Vermahlung) bedürfen.
Der Reaktor für die Dimethyläthersynthese und der Reaktor für die Benzin- und Dieselsynthese sind barothermisch ausgeführt.
Der Reaktor für die Dimethyläthersynthese besteht aus dem Gehäuse 11, an welchem der Erhitzer 12 mit der Spannungsquelle 13 angebracht ist, und der Innenraum 14 ist zur Befüllung mit dem Katalysator 15, z. B. nanoporösem Kupfer, gedacht.
Der Reaktor für die Dimethyläthersynthese besteht aus dem Gehäuse 5, an welchem der Erhitzer 16 mit der Spannungsquelle 17 angebracht ist, und der Innenraum 18 ist zur Befüllung mit dem Katalysator 19, z. B. aus Platin und Zeolith, gedacht.
Die Rektifikationskolonne 6 ist vor Betriebsbeginn mit einer Mischung aus Diesel und Benzin zu füllen. Die Konstruktion der Rektifikationskolonne ist bekannt, die Autoren erheben keinen diesbezüglichen Neuheitsanspruch.
Das Plasmochemotron besteht aus dem vertikalen durchsichtigen Gehäuse 21 mit konischem Hals, dem in diesem Hals 21 untergebrachten Wasserstoff- Rasterempfänger, dem Einleitungsstutzen 23 für das plasmabildende Medium (Wasser H20) und der Ausleitung 24 für die gasförmigen Produkte, der im Gehäuse gelegenen hermetischen Interelektrodenkammer 25 mit Anode und Kathode 26 sowie den Stromzuleitungen 27 der Spannungsquelle 28, welche mit dem oberen Kanal des Wasserstoffempfängers und mit der Gehäusewand 20 verbunden sind.
Die Kathode 26 ist als Faltenbalg ausgeführt, bestehend aus porösem palladiumbeschichteten Nickel und ist hermetisch am Wasserstoff- Rasterempfanger 21 befestigt.
Die Anode besteht aus der Basis 29, auf der die koaxial angeordneten und zwischen den Falten 30 des Balgs gelegenen Zylinder 31 befestigt sind. Dabei wird die untere Basis der Interelektrodenkammer 25 durch die Basis 29 der Anode begrenzt, welche aus einem Wasserstoff und Sauerstoff gegenüber inertem Material, z. B. Nickel, besteht.
Je nach technischen Möglichkeiten und zur Vereinfachung der Montage des Plasmochemotrons kann das Gehäuse des Plasmochemotrons montierbar sein und aus zwei zusammenzufügenden Teilen bestehen.
Die durchsichtige Ausführung des Gehäuses 20, z. B. aus organischem Glas, erlaubt eine Beobachtung des Prozessablaufes der Plasmadissoziation des Wassers.
Durch die Verwendung von Wasserstoff und Sauerstoff gegenüber inertem Nickel als Material wird es möglich, dass die während des "Brenn"prozesses des Plasmas anfallenden Beimengungen vor allem in Gestalt von Schwermetallverbindungen (Salz, basischen Hydriden, mechanischen Verunreinigungen) gesammelt werden können.
Der Betrieb der Anlage zur Umwandlung von Kohlenwasserstoff-Edukten in gasförmigen und flüssigen Brennstoff geht wie folgt vonstatten:
In das Gehäuse 20 des Plasmochemotrons wird über den Einfüllstutzen 23 für das plasmabildende Medium (Wasser H20) Wasser eingefüllt und auf dem angegebenen maximalen Stand der Wasserdissoziation gehalten.
Die Spannungsquelle 28 wird eingeschaltet, Spannung wird an die Stromzuleitungen 27 angelegt und durch Beobachtung des Plasmas kontrolliert, damit es nicht zu einem zu heftigen Sieden des Wassers kommt. Die elektrolytische Dissoziation des Wassers wird begonnen. Im Moment des Anlassens des Plasmochemotrons wird der Wasserpegel nicht aufgefüllt, da dies das Plasma destabilisiert.
Nach Massgabe der Dissoziation und der Verdampfung des Wassers wird dieses ununterbrochen aufgefüllt, je nach Bedarf an Wasserstoff- und Sauerstoffvolumen.
Der gewonnene Sauerstoff wird zusammen mit geringen Wasserdampfresten durch den Wassersammler 8 geleitet, wobei der Sauerstoff, z. B. durch Kondensation mit Hilfe eines normalen wassergekühlten Zeolithkondensators, freigesetzt wird. Der freigesetzte Sauerstoff wird durch die Reaktorkammer 1 zur partiellen Oxidierung der Kohle durch den Sauerstoff geleitet. Die Bildung des Kohlenmonoxids aus der Kohle wird bei einer Temperatur unterhalb der Dissoziationstemperatur, z. B. bei 450 - 500 °C, durchgeführt.
Um ein von Beimengungen freies Synthesegas zu erhalten, wird das Kohlenmonoxid vor der Herstellung des Gemischs CO + H2 mit 60 % H2 und 40 % CO als Bestandteile im Separator 9 mit Hilfe flüssiger Reaktionssorbenten gereinigt. Diese Vorrichtung und diese flüssigen Reaktionssorbenten sind bekannt, und die Autoren erheben diesbezüglich keinen Neuheitsanspruch (http://www.mrbinist.ru).
Der gewonnene Wasserstoff und das gereinigte Kohlenmonoxid werden weiter in den Mischer 7 der Synthesegas-Bestandteile geführt, wo das Gemisch hergestellt wird.
Das Synthesegas-Gemisch wird auf einen Druck von 100 - 120 atm komprimiert und im barothermischen Reaktor zur Dimethyläthersynthese bei einer Temperatur von 260 - 300 °C mit einem Kupferkatalysator bearbeitet und Dimethyläther entsteht.
Zur Gewinnung des Gemisches aus Benzin und 10 % Diesel wird der Dimethyläther bis auf einen Druck von 100 - 120 atm komprimiert und in Anwesenheit des Katalysators aus nanoporösem Platin und Zeolith bei einer Temperatur von 320 - 360 °C erhitzt.
Danach wird das Gemisch aus Benzin und 10 % Diesel durch die Rektifikationskolonne geleitet und so die endgültige Trennung der Endprodukte hergestellt.
Industrielle Anwendbarkeit
Das Vorhandensein von Kohlereserven in einigen Teilen der Welt, die über keine Gas- oder Erdölvorkommen verfugen sowie die sozialen Fragen, die mit der Schliessung der Kohleschächte aufgeworfen werden, fuhren dazu, dass die vorgeschlagene Ausrüstung, die es erlaubt, aus Wasser und Kohle gasförmigen und flüssigen Brennstoff ohne schädliche Beimengungen herzustellen, hochaktuell erscheint. Der geringe Energieverbrauch der Prozesse zur Dissoziation des Wassers, der partiellen Oxidation der Kohle, der Synthese von Methan, Dimethyläther sowie nicht zuletzt Benzin und Diesel eröffnen Perspektiven für die Belebung der zusammen mit den Schächten "gestorbenen" Regionen, für die Schaffung neuer Arbeitsplätze und Produktionszweige z. B. der Herstellung synthetischer Fasern aus gasförmigen Kohlewasserstoffen, von Textilbetrieben, der Herstellung sulfathaltiger Dünger aus dem abgeschiedenen Schwefel und von Baustoffen aus dem beigemengten Siliziumdioxid. Die Möglichkeit, diese Prozesse auf der vorgeschlagenen Ausrüstung umweltfreundlich zu gestalten, macht diese Entwicklung zu einer Schlüsseltechnologie.
Es wurde eine Versuchsanlage zur Umwandlung von Kohlenstoff- Ausgangsmaterial in gasförmigen und flüssigen Brennstoff hergestellt.
Als Kohlenstoff- Ausgangsmaterial wurde Steinkohle in der Menge von 1 1 verwendet.
Als Material zur Herstellung von Wasserstoff und Sauerstoff wurde Wasser verwendet.
Nach dem Umwandlungsprozess wurde 500 1 Benzin gewonnen.

Claims

Patentansprüche
1. Anlage zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffedukten in gasförmigen und flüssigen Brennstoff, die besteht aus: einer Reaktorkammer mit an ihrem Boden angebrachtem Erhitzer und Katalysator, einem Kompressor, einem Reaktor zur Synthese eines Gemisches aus Benzin und Diesel sowie einer an diesen Reaktor angeschlossenen Rektifikationskolonne, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einem Plasmochemotron ausgerüstet ist, einem Mischer für die Bestandteile des gewonnenen Synthesegases, einem Wassersammler, einem Separator und einem Reaktor zur Dimethyläthersynthese, wobei das Plasmochemotron über Stutzen für einen Wassereingang und zwei Ausgänge verfügt, von denen der eine Ausgang zwecks Ausleitung des gewonnenen Sauerstoffs und Wassers aus dem Plasmochemotron über den Wassersammler an die Reaktorkammer angeschlossen ist, welche über den Separator mit dem Mischer verbunden ist, der an den zweiten, der Ausleitung des Wasserstoffs aus dem Plasmochemotron dienenden Ausgang angeschlossen ist, und über den Kompressor mit dem Reaktor zur Dimethyläthersynthese, der mit dem Reaktor zur Synthese von Benzin und Diesel verbunden ist, wobei der Erhitzer der Reaktorkammer aus den Verbundwerkstoffen Ni3Al und NiAl hergestellt ist, der Katalysator der Kammer, der die Form eines Netzes aus MgO-basierter poröser Keramik hat, über dem Erhitzer angebracht ist, die Synthesereaktoren für den Dimethyläther und das Benzin-Diesel-Gemisch barothermisch ausgeführt sind mit auf ihren Gehäusen angebrachten Erhitzern und ihre Innenräume zur Aufnahme der Katalysatoren aus nanoporösem Kupfer, Platin und Zeolith bestimmt sind.
2. Plasmochemotron, insbesondere nach Anspruch 1, aufweisend ein vertikales durchsichtiges Gehäuse mit konischem Hals, einem an diesem Hals angebrachten Wasserstoff-Rasterempfänger, Stutzen zur Einleitung des plasmabildenden Mediums (Wasser H20) und zur Ausleitung der gasförmigen Produkte, eine im Gehäuse gelegene hermetische Kammer zwischen den Elektroden mit Anode und Kathode, wobei die Basis der Interelektrodenkammer vom unteren Ende der Anode begrenzt wird, welches aus einem Wasserstoff und Sauerstoff gegenüber inerten Material besteht, und aus einer hermetisch am Wasserstoff-Rasterempfänger befestigten Kathode und den Stromzuleitungen der Spannungsquelle, die mit dem oberen Kanal des Wasserstoffempfängers und der Gehäusewand verbunden sind, die sich dadurch auszeichnen, dass die Kathode als Faltenbalg aus porösem palladiumbeschichteten Nickel besteht und die Anode als Basis ausgeführt ist, auf welcher koaxial angeordnete und zwischen den Falten des Balgs gelegene Zylinder befestigt sind.
3. Plasmochemotron nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse montierbar ist und aus zwei zusammenfügbaren Teilen besteht.
4. Plasmochemotron nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Wasserstoff und Sauerstoff gegenüber inertem Material Nickel benutzt wird.
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