Verfahren und Vorrichtung zum Umsetzen von Kohlenstoffdioxid zu Methanol

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Umsetzen von Kohlenstoffdioxid und Wasserstoff zu Methanol und Wasser. Die Nachfrage nach Strom schwankt im tageszeitlichen Verlauf stark. Auch die Stromerzeugung schwankt mit zunehmendem Anteil an Strom aus erneuerbaren Energien während des Tagesverlaufs. Um ein Überangebot an Strom in Zeiten mit viel Sonne und starkem Wind bei niedriger Nachfrage nach Strom ausglei- chen zu können, benötigt man regelbare Kraftwerke oder Spei ^¬ cher, um diese Energie zu speichern.

Eine der derzeit angedachten Lösungen ist das Umwandeln von elektrischer Energie in Wertprodukte, die insbesondere als Plattformchemikalien dienen können. Eine mögliche Technik zur Umwandlung der elektrischen Energie in Wertprodukte stellt die Elektrolyse dar. Insbesondere die Elektrolyse von Wasser zu Wasserstoff und Sauerstoff stellt eine im Stand der Tech ^¬ nik bekannte Methode dar.

Kohlenstoffdioxid ist ein klimaschädliches Treibhausgas. Es trägt maßgeblich zu dem Treibhauseffekt bei und somit zur globalen Klimaerwärmung. Die Verringerung des Ausstoßes von Kohlenstoffdioxid, insbesondere bei industriellen Prozessen, ist daher erwünscht. Um unterschiedliche industrielle Prozes ^¬ se möglichst klimaneutral, d.h. mit geringem Kohlenstoffdio- xidausstoß, zu betreiben, ist es wünschenswert, das Kohlen ^¬ stoffdioxid, das bei diesen Prozessen entsteht, zu Wertstof ^¬ fen umzuwandeln.

Der Wasserstoff, der in einer Elektrolyse hergestellt wurde, kann mit klimaschädlichem Kohlenstoffdioxid zu Methanol, ei ^¬ nem Wertstoff, umgesetzt werden. Aufgrund der Reaktionsther- modynamik ist der Gleichgewichtsumsatz bei der Umsetzung von Kohlenstoffdioxid und Wasserstoff zu Methanol und Wasser stark limitiert. Bei der konventionellen Methanolsynthese wird als Edukt Syn ^¬ thesegas, also ein Gemisch aus Wasserstoff, Kohlenstoffmono- xid und Kohlenstoffdioxid, verwendet. Es müssen harsche Reak ^¬ tionsbedingungen von 50-100 bar und 200-300 °C vorliegen, um diese Reaktion durchführen zu können.

Wird anstelle des Synthesegases als Edukt überwiegend Kohlen ^¬ stoffdioxid und Wasserstoff verwendet, werden um ein Vielfa ^¬ ches geringere Umsätze im Vergleich zur Herstellung von Methanol aus Synthesegas erreicht. Der Umsatz des Kohlenstoff- dioxids bei diesen Reaktionsbedingungen liegt nachteiligerweise in einer niedrigen Größenordnung von etwa 20 %.

Um den Gesamtumsatz an Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid zu Methanol zu vergrößern, werden das nicht reagierte Kohlen- stoffdioxid und der nicht reagierte Wasserstoff im Kreis ge ^¬ führt. Da sich in den verwendeten Rohrleitungen und im Reaktor Druckverluste einstellen, ist ein Kompressor zur Rückver- dichtung der rückgeführten und nicht reagierten Gase notwendig. Je größer die Menge an im Kreis geführten Gasgemisch ist, desto höher ist somit nachteiligerweise auch der Ener ^¬ giebedarf für die Umsetzung von Kohlenstoffdioxid zu Metha ^¬ nol, da der Kompressor eine große Energiemenge benötigt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, welche den Umsatz der Reaktion von

Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid zu Methanol und Wasser er ^¬ höhen und dabei energieeffizient sind.

Die Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 und ei- ner Vorrichtung gemäß Anspruch 13 gelöst.

Das Verfahren zum Umsetzen von Kohlenstoffdioxid und Wasserstoff zu einem ersten Produkt Methanol und einem zweiten Pro- dukt Wasser umfasst zunächst das Bereitstellen eines Reaktors mit einem Katalysator. In den Reaktor werden Kohlenstoffdio- xid und Wasserstoff geführt. In dem Reaktor herrschen dabei ein erster Druck und eine erste Temperatur. In den Reaktor wird weiterhin eine erste flüssige Komponente als Kühlmittel und als Entzugsmittel für das erste Produkt Methanol hinzuge ^¬ führt. Die erste flüssige Komponente weist dabei eine zweite Temperatur auf, die niedriger als die erste Temperatur ist. Die erste flüssige Komponente ist daher geeignet, den Reaktor zu kühlen. In dem Reaktor erfolgt das Umsetzen des Kohlenstoffdioxids und des Wasserstoffs zu dem ersten Produkt Me ^¬ thanol und dem zweiten Produkt Wasser, wobei die erste Tempe ^¬ ratur und der erste Druck in dem Reaktor derart gewählt werden, dass das Methanol wenigstens teilweise gasförmig ist und die erste Komponente und das zweite Produkt Wasser wenigstens teilweise flüssig sind. Das erste gasförmige Produkt Methanol kann dann mittels der wenigstens einen flüssigen Phase, umfassend die erste Komponente und das zweite Produkt Wasser, aus der Gasphase entzogen werden. Ein erster flüssiger Stoff- ström, umfassend die erste Komponente, Methanol und das zwei ^¬ te Produkt Wasser, wird aus dem Reaktor hinausgeführt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens zum Umsetzen von Kohlenstoffdioxid und Wasserstoff zu einem ersten Produkt Methanol und einem zweiten Produkt Was ^¬ ser umfasst einen Reaktor mit einem Katalysator. Die Vorrichtung umfasst weiterhin einen ersten Einlass in den Reaktor zum Zuführen des Kohlenstoffdioxids und des Wasserstoffs in den Reaktor. Die Vorrichtung umfasst weiterhin einen zweiten Einlass in den Reaktor zum Zuführen der ersten flüssigen Komponente. Die Vorrichtung umfasst auch einen ersten Auslass aus dem Reaktor zum Hinausführen eines ersten Stoffstroms umfassend die erste Komponente, Methanol und das zweite Produkt Wasser. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst auch ein Vorlagegefäß, gefüllt mit der ersten flüssigen Komponente, welches über eine erste Rohrleitung mit dem Reaktor verbunden ist . Als gasförmiges Methanol wird hierbei sowohl Methanol be ^¬ zeichnet, welches dampfförmig, also kondensierbar, vorliegt als auch Methanol, welches überkritisch vorliegt. Das Ent ^¬ ziehen des Methanols aus der Gasphase erfolgt dabei im Falle, dass das Methanol dampfförmig vorliegt mittels Kondensierens. Liegt das Methanol hingegen überkritisch vor, so erfolgt das Entziehen aus der Gasphase mittels Absorption in die erste flüssige Komponente und/oder das zweite Produkt Wasser. In dem Reaktor stellt sich ein thermodynamisches Gleichge ^¬ wicht zwischen der Gasphase und der flüssigen Phase ein. Das bedeutet, dass in der Gasphase das zweite Produkt Wasser und die erste Komponente aufgrund des thermodynamischen Gleichge ^¬ wichts in geringen Mengen vorliegt.

Durch kontinuierlichen Entzug der flüssigen Phase, welche Produkte enthält, aus dem Reaktor wird das Reaktionsgleichge ^¬ wicht vorteilhaft auf die Seite der Produkte verschoben, so dass der Umsatz gesteigert wird. Der Umsatzgrad des Kohlen- stoffdioxids und Wasserstoffs zu Methanol wird mit diesem

Verfahren vorteilhaft deutlich erhöht. Es ist mit dem erfin ^¬ dungsgemäßen Verfahren sogar möglich, nahezu Vollumsatz zu erreichen . Es ist dann vorteilhaft nicht mehr nötig die Gasphase im

Kreis zu führen, sodass es ebenso vorteilhaft nicht mehr nö ^¬ tig ist die Gasphase zu komprimieren. Dies führt vorteilhaft dazu, dass das Verfahren energieeffizient ist und dabei einen höheren Umsatz erreicht.

Weiterhin weist die Reaktion von Wasserstoff und Kohlenstoff ^¬ dioxid zu Methanol und Wasser eine hohe Reaktionsenthalpie auf. Es handelt sich dabei um eine stark exotherme Reaktion, die eine starke Wärmefreisetzung zur Folge hat. Liegt im Eduktgemisch neben Kohlenstoffdioxid auch ein typischerweise geringer Anteil von Kohlenstoffmonoxid vor, so vergrößert sich die Exothermie der Reaktion zusätzlich. Durch den erhöhten Umsatz steigt bei der Reaktion die frei werdende Wärme- menge weiter an. Das Kondensieren des Methanols führt zu ei ^¬ ner weiteren Wärmefreisetzung. Das Kühlen dieses Prozesses ist also notwendig. Durch die Auswahl der zweiten Temperatur der ersten flüssigen Komponente, nämlich einer geringeren zweiten Temperatur im Vergleich zur ersten Temperatur, ist es möglich diese Reaktion zu kühlen und eine hohe Wärmefreiset ^¬ zung vorteilhaft zu verhindern. Weiterhin führt das Kühlen der Reaktion vorteilhaft dazu, dass der Katalysator, welcher typischerweise bei hohen Temperaturen zu einer Deaktivierung neigt, eine längere Lebensdauer aufweist.

Das Zugeben der ersten Komponente mit einer zweiten Temperatur unterhalb der ersten Temperatur führt vorteilhaft weiterhin dazu, dass die Kondensation des Methanols bereits bei ge- ringeren Drücken erfolgt. Vorteilhaft wird die Energieeffizienz somit auch dadurch gesteigert, dass im Reaktor niedrigere Drücke bei erhöhtem Umsatz im Vergleich zu den konventionellen Reaktionsbedingungen herrschen. Typischerweise werden für die Methanolsynthese Katalysatoren auf Basis von Cu-ZnO-Al ₂ 03 oder Cr ₂ 03 mit verschiedenen Addi ^¬ tiven und Promotern verwendet. Im aus dem Stand der Technik bekannten Hochdruckprozess zur Methanolherstellung werden Katalysatoren auf Basis von ZnO-Cr ₂ 03 (ohne Kupfer) verwendet . Derzeit werden neue Katalysatoren basierend auf Gold Au, Sil ^¬ ber Ag, Palladium Pd oder Platin Pt entwickelt, sind aber noch nicht kommerziell einsetzbar, da sie bei nur geringen Verbesserungen der Ausbeute teuer sind. In einer vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der

Erfindung wird der erste Stoffstrom in eine thermische Trennvorrichtung geführt und das erste Produkt Methanol in der thermischen Trennvorrichtung von dem zweiten Produkt Wasser getrennt. Die Reaktionsvorrichtung umfasst dann neben dem Re- aktor auch eine thermische Trennvorrichtung. Vorteilhaft wird so Methanol gewonnen und kann als Edukt für weitere Reaktio ^¬ nen verwendet werden. Insbesondere kann es zu Dimethylether oder Oxymethylenether umgesetzt werden, wobei diese beiden Substanzen als Kraftstoff eingesetzt werden. Das Methanol kann insbesondere auch direkt als Kraftstoff oder zum Beimi ^¬ schen zu Kraftstoff, insbesondere zu Diesel, verwendet wer ^¬ den .

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung ist die erste flüssige Komponente Wasser. Dieses Wasser mischt sich mit dem zweiten Produkt Wasser und fungiert als Entzugsmittel für das Methanol aus der Gasphase. Das zugeführte Wasser dient dabei auch als Kühlmittel für die Reaktion. Besonders vorteilhaft ist es, wenn in der thermi ^¬ schen Trennvorrichtung das Wasser von dem Methanol getrennt wird. Dann ist es vorteilhaft möglich, das abgetrennte Wasser zurück in den Reaktor als erste flüssige Komponente zu füh- ren. Vorteilhaft wird das Wasser in einem Vorlagebehälter gespeichert, wobei der Vorlagebehälter mit dem Reaktor über eine Rohrleitung verbunden ist, sodass die erste flüssige Kom ^¬ ponente von dem Vorlagebehälter in den Reaktor geführt werden kann. Das in der thermischen Trennvorrichtung abgetrennte Wasser kann dann entweder direkt in den Reaktor zurückgeführt werden oder zurück in das Vorlagegefäß geführt werden.

Besonders vorteilhaft liegt das Masseverhältnis von Wasser, welches als erste Komponente hinzu geführt wird, zu Methanol, dem ersten Produkt, bei drei zu eins. Das bedeutet, wenn ins ^¬ besondere 3 kg Wasser in den Reaktor geführt werden, kann 1 kg Methanol hergestellt und in die flüssige Phase entzogen werden, wobei dieser Prozess nahezu isotherm ist. Vorteilhaft ist somit keine zusätzliche Kühlung des Reaktors notwendig.

Vorteilhaft nimmt die Kapazität des Wassers zur Wärmeaufnahme bei konstanter zweiter Temperatur, also der Eingangstemperatur der ersten flüssigen Komponente in den Reaktor, mit steigender Reaktionstemperatur zu, sodass die benötigte Wasser- menge, die benötigt wird, um 1 kg Methanol aus der Gasphase zu entziehen, abnimmt. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung ist die erste flüssige Komponente ein Kraftstoff. Als Kraftstoff wird insbesondere Benzin, Diesel oder ein Alkohol verwendet. Vorteilhafterweise stellen diese Kraftstoffe selbst einen Anteil eines möglichen Endprodukts dar. Ein Endprodukt kann insbesondere ein mit Methanol ange ^¬ reicherter Kraftstoff sein. Das Endprodukt Kraftstoff enthält dabei einen definierten Anteil Methanol. Der Kraftstoff wird in dieser Ausführung als erste flüssige Komponente in den Re- aktor geführt und dient dabei sowohl als Kühlmittel als auch Entzugsmittel für das Methanol. Im Falle, dass das Methanol überkritisch vorliegt, wird es in die flüssige Phase, welche überwiegend Kraftstoff umfasst, absorbiert.

In der flüssigen Phase befindet sich auch das zweite Produkt Wasser. Dieses ist in technischen Anwendungen häufig unerwünscht. Um das Wasser abzutrennen, kann dann insbesondere eine Destillation des flüssigen Stoffstroms erfolgen. Ist der Kraftstoff vollständig mit Methanol mischbar, jedoch nicht mit dem zweiten Produkt Wasser, bildet sich insbesondere nach dem Hinausführen aus dem Reaktor, insbesondere bei einer weiteren Temperaturerniedrigung außerhalb des Reaktors im Vergleich zu dem Reaktorinneren, ein Zwei-Phasengemisch. Eine Phase beinhaltet dabei im wesentlichen Wasser und Methanol. Die andere Phase umfasst im wesentlichen Methanol und den Kraftstoff. Wird als Kraftstoff ein Alkohol verwendet, sind dies besonders vorteilhaft Ethanol, Butanol oder Hexanol.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Kraftstoff bei einer erhöhten Temperatur, insbesondere der Innentemperatur des Reaktors, also der ersten Temperatur, insbesondere von wenigs ^¬ tens 100 °C, eine gute Mischbarkeit mit Methanol und Wasser aufweist. Dies führt zu einer guten Aufnahme von Methanol und dem zweiten Produkt Wasser unter Reaktionsbedingungen in dem Reaktor. Wird der erste flüssige Stoffstrom, welcher dann den Kraftstoff, das Methanol, und das zweite Produkt Wasser um ^¬ fasst, aus dem Reaktor hinaus geführt und auf Temperaturen unterhalb von 100 °C gekühlt, bildet sich aufgrund einer Mi- schungslücke ein Zweiphasen-Gemisch aus. Besonders vorteil ^¬ haft bildet sich dabei eine Wasserphase aus, die nur einen sehr geringen Anteil an Methanol aufweist. Insbesondere wei ^¬ sen längerkettige Alkohole, insbesondere Butanol oder Hexanol geeignete Eigenschaften auf, um das Methanol zwischen den beiden flüssigen Phasen optimal, d.h. insbesondere größtenteils in der kraftstoffreichen Phase, zu verteilen. In diesem Fall kann eine destillative Aufarbeitung des Endprodukts Kraftstoff vorteilhaft mit weniger Trennstufen erfolgen oder es kann auf die destillative Aufarbeitung in Gänze verzichtet werden .

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung und Ausgestaltung der Erfindung liegt das Massenverhältnis der ersten flüssigen Komponente zu dem Methanol in einem Bereich zwischen 2:1 und 5:1. Vorteilhaft reichen diese Mengen an flüs ^¬ siger Komponente aus, um die im Reaktor aufgrund der Kondensation und Reaktion entstehende Wärme, aus dem Reaktor zu leiten, sodass der Reaktor nahezu isotherm betrieben wird. Vorteilhaft wird somit der Einsatz einer teuren externen

Kühleinheit vermieden und die Energieeffizienz somit erhöht.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung liegt der erste Druck in einem Bereich von 100 bar bis 250 bar. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der erste Druck möglichst gering innerhalb dieses Bereiches ist. Dies erhöht vorteilhaft die Energieeffizienz des Verfahrens. Allerdings muss der Druck auch ausreichend hoch gewählt wer ^¬ den, um das Umsetzen des Kohlenstoffdioxids zu dem ersten Produkt Methanol mit ausreichend großem Umsatz zu ermögli ^¬ chen. Als ausreichend großer Umsatz wird ein Umsatz in einem Bereich von 50 % bis 80 % pro Umsatz angesehen. Vorteilhaft kann mit diesem Verfahren nahezu Vollumsatz erreicht werden, wodurch vorteilhaft auf einen Recyclekompressor, welcher zum Komprimieren nicht umgesetzter Edukte vor einem Zurückführen in die Reaktionsvorrichtung angeordnet ist, verzichten werden .

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbil- dung der Erfindung liegt die erste Temperatur in einem Bereich zwischen 200 °C und 300 °C. Die kritische Temperatur von Methanol beträgt 240 °C. Die kritische Temperatur des Wassers liegt bei 374 °C. Demnach liegt Wasser in dem genannten Temperaturbereich dampfförmig vor, sodass das zweite Pro- dukt Wasser vorteilhaft kondensieren kann. Es dient dann als zusätzliches Entzugsmittel des Methanols aus der Gasphase.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung liegt die zweite Temperatur der ersten flüssigen Komponente unterhalb der Reaktionstemperatur, insbesondere in einem Bereich zwischen 5 °C und 100 °C. In die ^¬ sem Temperaturbereich ist es insbesondere möglich, dass die erste flüssige Komponente die im Reaktor entstehende Wärme vollständig aus dem Reaktor herausführen kann. Vorteilhaft ist so eine isotherme Reaktionsführung möglich, ohne eine ex ^¬ terne zusätzliche Kühlung zu betreiben.

Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung un- ter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren. Darin zeigen schematisch :

Figur 1 eine Vorrichtung mit einem Reaktor zum Umsetzen von

Kohlenstoffdioxid und Wasserstoff zu Methanol und Wasser unter Zuführen von Wasser als erste Komponente und einer thermischen Trennvorrichtung;

Figur 2 ein Diagramm der Ausbeute an Methanol in Abhängigkeit vom Druck für unterschiedliche erste Temperatu- ren mit und ohne Wasser; Figur 3 eine Vorrichtung mit einem Reaktor zum Umsetzen von Kohlenstoffdioxid und Wasserstoff zu Methanol und Wasser unter Zuführen von Ethanol als erste Komponente und einen Phasenabscheider.

Figur 1 zeigt eine Vorrichtung 1 mit einem Reaktor 2 zum Umsetzen von Kohlenstoffdioxid C02 und Wasserstoff H2 zu Metha ^¬ nol MeOH und Wasser H20. Die Vorrichtung 1 umfasst auch eine thermische Trennvorrichtung 3.

Zunächst wird ein Eduktgemisch umfassend Wasserstoff H2 und Kohlenstoffdioxid C02 in den Reaktor 2 geführt. In dem Edukt ^¬ gemisch aus Wasserstoff H2 und Kohlenstoffdioxid C02 kann auch ein geringer Anteil Kohlenstoffmonoxid enthalten sein. Im Vergleich zur üblichen Methanolsynthese aus Kohlenstoffmo ^¬ noxid ist dieser Anteil aber deutlich geringer. Während der Reaktion entsteht jedoch aus Kohlenstoffdioxid C02 und Was ^¬ serstoff H2 über die Wassergas-Shift-Reaktion ein Teil Koh- lenmonoxid CO und Wasser H20. Typischerweise liegt der Anteil des Kohlenstoffmonoxids im unteren einstelligen Prozentbe ^¬ reich von weniger als 5 %, abhängig vom Katalysator.

In dem Reaktor herrscht eine erste Temperatur Tl und ein erster Druck PI. Die erste Temperatur Tl ist in diesem Beispiel 250 °C und der erste Druck ist in diesem Beispiel 240 bar. Typischerweise werden H2 und C02 in einem Kompressor (nicht in Figur 1 gezeigt) , welcher vor dem Reaktor 2 angeordnet ist, komprimiert. In dem Reaktor 2 befindet sich weiterhin ein Katalysator, der die Reaktion von Kohlenstoffdioxid mit Wasserstoff zu Methanol und Wasser katalysiert.

Typischerweise werden für die Methanolsynthese Katalysatoren auf Basis von Cu-ZnO-Al ₂ 03 oder Cr ₂ C>3 mit verschiedenen Addi ^¬ tiven und Promotern verwendet. Derzeit werden neue Katalysa- toren basierend auf Gold Au, Silber Ag, Palladium Pd oder

Platin Pt entwickelt, sind aber noch nicht kommerziell ein ^¬ setzbar, da sie bei nur geringen Verbesserungen der Ausbeute teuer sind. Als erste flüssige Komponente K 1 wird in diesem Beispiel Wasser H20 eingesetzt. Das Wasser wird dem Reaktor 2 zuge ^¬ führt. Das Wasser kann insbesondere auch im Reaktor versprüht werden. Besonders vorteilhaft wird das Wasser in der Nähe des Katalysators hinzu geführt, um diesen zu kühlen. Die zweite Temperatur T2 des hinzugefügten Wassers H20 ist kleiner als die Reaktortemperatur. In diesem Beispiel beträgt sie insbe ^¬ sondere 50 °C. In dem Reaktor wird aus Wasserstoff H2 und Kohlenstoffdioxid C02 das erste Produkt Methanol MeOH und das zweite Produkt Wasser H20 hergestellt. Das Methanol MeOH ab ^¬ sorbiert bei diesen Bedingungen in das flüssige Wasser. Das flüssige Wasser befindet sich typischerweise am Boden des Re ^¬ aktors. Die flüssige Mischung aus Wasser H20, welches aus der Reaktion als zweites Produkt und als zugeführtes Wasser als erste flüssige Komponente stammt, und das Methanol MeOH wer ^¬ den als flüssiger Stoffström aus dem Reaktor hinaus geführt. Der flüssige Stoffstrom wird in eine thermische Trennvorrichtung 3 geführt.

In diesem Beispiel ist die thermische Trennvorrichtung eine Destillationsvorrichtung. Es sind aber ebenso weitere thermische Trennverfahren wie insbesondere Pervaporation, adsorpti- ve Verfahren oder weitere Membranverfahren einsetzbar. In der Destillationsvorrichtung 3 werden Methanol MeOH und Wasser H20 voneinander getrennt. Das Wasser H20 wird wenigstens teilweise zurück in den Reaktor 2 geführt. Das Wasser wird in einem ersten Kondensator 4 abgekühlt. Das abgekühlte Wasser wird mittels einer Umwälzpumpe 5 zurück in den Reaktor beför- dert. Alternativ oder zusätzlich kann das Wasser in ein Vorratsgefäß geführt werden, indem sich das frische Wasser vor der Reaktion befindet, und anschließend zusammen mit der ers ^¬ ten flüssigen Komponente Wasser in den Reaktor geführt werden .

Figur 2 zeigt ein Diagramm, bei welchem die Ausbeute an Methanol in der Flüssigphase 6 gegen den ersten Druck PI aufgetragen ist. Die Ausbeute ist hierbei definiert als der Mo- lenstrom an Methanol in der Flüssigphase 6 bezogen auf den Molenstrom Kohlenstoffdioxid in den Reaktor 2. Es ist die Ausbeute in Abhängigkeit des Drucks PI für zwei unterschied ^¬ liche Temperaturen, eine erste Temperatur Tl von 250 °C und eine erste Temperatur Tl ^λ von 225 °C aufgetragen. Die Reaktion findet hier in der Gasphase statt. Das Diagramm zeigt, dass bei niedrigen Drücken die Ausbeute nahezu bei 0 liegt. Erst bei Drücken ab 175 bar bzw. 200 bar beginnt die Ausbeute 6 zu steigen.

Weiterhin ist die Ausbeute bei der ersten Temperatur Tl und der ersten Temperatur Tl unter Zuführen von Wasser bei einer zweiten Temperatur von 50 °C als erste Komponente aufgezeigt. Es wird die doppelte Molmenge an Wasser im Vergleich zu Was- serstoff zu dem Reaktor 2 hinzugegeben. Es wird deutlich, dass für den Fall, dass Wasser als erste flüssige Komponente in den Reaktor geführt wird, die Ausbeute bereits bei niedri ^¬ geren Drücken deutlich steigt. Dies verdeutlicht, dass be ^¬ reits ohne dass der flüssige Strom aus dem Reaktor geführt wird, die Ausbeute durch das Hinzuführen von Wasser steigt, da das erste Produkt Methanol MeOH in dem Wasser absorbiert wird. Durch das kontinuierliche Hinausführen der Methanol- Wassermischung wird das Produkt kontinuierlich aus der Gasphase entzogen und dann aus dem Reaktor geführt. Das Reakti- onsgleichgewicht wird daher auf die Seite der Produkte ver ^¬ schoben, was die Ausbeute erhöht. Zusätzlich dazu wird durch das Hinausführend der Produkte aus dem Reaktor, das Reakti ^¬ onsgleichgewicht bei konstanter Ausbeute zu niedrigeren Drü ^¬ cken hin verschoben. Demnach kann für den Reaktor 2 eine niedrigere erste Temperatur Tl und ein niedrigerer erster

Druck PI ausgewählt werden als ohne das Zuführen des Wassers, wobei sogar vorteilhaft die Ausbeute erhöht wird.

Figur 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, bei welchem in die Vorrichtung 1 als erste Komponente Ethanol in den Reaktor 2 geführt wird. Ebenso wie beim ersten Ausführungsbeispiel wird dem Reaktor 2 Wasserstoff H2 und Kohlenstoffdioxid C02 hinzugeführt. In dem Reaktor herrschen ein erster Druck PI und eine erste Temperatur Tl. In der Gasphase reagieren Wasserstoff H2 und Kohlenstoffdioxid C02 zu Methanol MeOH und Wasser H20. Das Methanol MeOH absorbiert in dem Ethanol EtOH und das zweite Produkt Wasser H20 kondensiert. Aus dem Reak- tor 2 wird der erste Stoffstrom umfassend Ethanol EtOH, Me ^¬ thanol MeOH und Wasser H20 kontinuierlich hinausgeführt. Da ^¬ durch wird die Reaktion auf die Produktseite verschoben, was die Ausbeute an Methanol MeOH deutlich erhöht. Das Endprodukt ist in diesem Beispiel ein Kraftstoff, welcher Ethanol und Methanol umfasst, aber kein Wasser.

Daher muss das Wasser in der Trennvorrichtung 7 abgetrennt werden. Die Trennvorrichtung 7 ist ebenso wie beim ersten Ausführungsbeispiel eine Destillationsvorrichtung. Für den Fall, dass als erste flüssige Komponente 3 längerkettiger Al ^¬ kohol verwendet wird, ist es möglich, die Destillationsvor ^¬ richtung 7 durch einen Phasenabscheider zu ersetzen. Durch Einstellen einer niedrigeren Temperatur kann dann ausgenutzt werden, dass sich der längerkettige Alkohol und das Methanol MeOH als organische Phase von dem Wasser trennen, sodass zwei flüssige Phasen vorliegen. Verteilt sich das Methanol MeOH zwischen dem Alkohol EtOH und dem Wasser H20 so, dass er überwiegend in der Alkoholphase vorliegt, kann dann die alko ^¬ holhaltige Phase in dem Phasenabscheider abgetrennt werden. Vorteilhaft wird so der energetische Aufwand der Trenndung verringert, wodurch weniger Trennstufen in der Destillationskolonne benötigt werden und somit die Investitionskosten sinken. Besonders vorteilhaft ist es sogar möglich, den Einsatz eines Destillationsverfahrens zu vermeiden.

Das Verhältnis von zugeführtem Ethanol zu kondensiertem Methanol in der Flüssigphase liegt bei 4 zu 1. Es muss also 4 kg Ethanol eingesetzt werden, um 1 kg Methanol in der Flüs ^¬ sigphase zu erhalten. Vorteilhaft ist es bei diesem Verhält- nis auch möglich, die in der Reaktion entstehende Wärme abzu ^¬ führen. Vorteilhaft wird so eine zusätzliche Kühlvorrichtung in dem Reaktor 2 vermieden. Insbesondere ist es vorteilhaft das Ethanol oder, im Falle des ersten Ausführungsbeispiel, das Wasser, in der Nähe des Katalysators zu versprühen, um dort direkt die entstehende Reaktionswärme abzuführen.