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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Trennapparat zum Trennen eines Medien gemischs sowie ein Verfahren und eine Anordnung zum Bereitstellen von Wasserstoff.

In chemischen Prozessen, wie beispielsweise bei der Dehydrierung eines Wasserstoffträ germediums, treten Mediengemische auf, die mehrere Medien, insbesondere verschiede ne Medien und/oder Medien in verschiedenen Aggregatzuständen, aufweisen. Für die Handhabung und die weitere Verwendung der Medien ist es erforderlich, die Medium in dem Mediengemisch zu trennen.

Aus US 5, 180,560 A ist eine Vorrichtung zur Dehydrierung von flüssigen Hydriden be kannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Trennen eines Mediengemischs effizien ter durchzuführen, so dass insbesondere eine Trennung unter wirtschaftlich relevanten Bedingungen möglich ist.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 7, 9 und 14 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, dass zum Trennen eines Mediengemischs auch eine Wärmeüber tragung stattfindet. Insbesondere findet eine Wärmeübertragung von dem Mediengemisch auf ein Wärmetauschermedium statt. Erfindungsgemäß wurde gefunden, dass dadurch die Trennung der Medien in dem Mediengemisch besser möglich ist. Das Mediengemisch weist ein erstes Medium und ein zweites Medium auf. Das erste Medium ist Wasserstoff gas. Das zweite Medium ist zumindest teilweise dampfförmig. Dampfförmig bedeutet insbesondere, dass das zweite Medium eine verdampfte Flüssigkeit ist, die durch Kon densation zu der Flüssigkeit kondensieren kann. Das zweite Medium ist ein Wasserstoff trägermedium, insbesondere ein flüssiges organisches Wasserstoffträgermedium, das auch als Liquid Organic Hydrogen Carrier (LOHC) bezeichnet wird. Das zweite Medium umfasst insbesondere LOHC-Dampf und/oder mitgeführte LOHC-Tröpfchen. Insbeson dere kann LOHC reversibel mit Wasserstoff beladen und von Wasserstoff wieder entla den werden. Die physikochemischen Eigenschaften des LOHC haben hohe Ähnlichkeit zu herkömmlichen flüssigen Kraftstoffen, sodass Pumpen und Tankfahrzeuge zum Transport und Behälter zur Lagerung von LOHC aus dem Bereich der Kraftstoff- und Brennstofflogistik genutzt werden können. Die Wasserstoffspeicherung in chemisch ge bundener Form in einer organischen Flüssigkeit erlaubt eine drucklose Lagerung bei Normalbedingungen über große Zeiträume ohne signifikanten Wasserstoffverlust. Als LOHC sind aromatische Verbindungen mit mindestens einem p-Elektronensystem be kannt, die in einer katalytischen Hydrierung in die jeweiligen gesättigten, alizyklischen Verbindungen überführt werden. Als LOHC dient beispielsweise Dibenzyltoluol und Benzyltoluol als Reinstoffe, isomere Gemische oder Mischungen dieser Substanzen mit einander. Als LOHC können auch polyzyklische, heteroaromatische Verbindungen mit mindestens einem p-Elektronensystem dienen, die durch Hydrierung in die jeweiligen gesättigten, polyzyklischen Verbindungen überführt werden, die Heteroatome wie Stick stoff oder Sauerstoff enthalten. Insbesondere dienen als LOHC N-Ethylcarbazol, N- Propylcarbazol, N-Isopropylcarbazol, N-Butylcarbazol oder Mischungen dieser Substan zen. Als LOHC sind auch Oligomere oder Polymere mit ausgedehnten p-konjugierten Elektronensystemen möglich, die durch Hydrierung in die jeweiligen gesättigten Verbin dungen überführt werden. Für die Freisetzung des Wasserstoffs erfolgt ein Dehydrieren des Wasserstoffträgermediums, also LOHC, unter Zuführung von Wärme und in Gegen wart eines Katalysators, wobei das LOHC in die entladene Form überführt wird. Bei der Entladung des LOHC wird Wasserstoff durch eine katalysierte Dehydrierreaktion aus einem organischen Molekül oder aus einer Mischung organischer Moleküle freigesetzt. Das bedeutet, dass die Freisetzung des Wasserstoffs durch eine stoffliche Umwandlung des zumindest teilweise beladenen Wasserstoffträgermediums in einem Reaktionsbehäl ter mittels katalysierter Dehydrierreaktion erfolgt.

Das Wärmetauschermedium ist ein Wasserstoffträgermedium, insbesondere ein flüssiges organisches Wasserstoffträgermedium (LOHC).

Insbesondere ist das Wasserstoffträgermedium, das für das zweite Medium und für das Wärmetauschermedium verwendet wird, identisch. Identisch bedeutet, dass das jeweils verwendete Stoffsystem für das zweite Medium und für das Wärmetauschermedium identisch ist. Identisch bedeutet, dass das zweite Medium ein Wasserstoffträgermedium in einem zumindest teilweise entladenen Zustand ist, das durch Beladen, also durch Hyd rieren, in ein Wasserstoffträgermedium in einem zumindest teilweise beladenen Zustand überführt werden kann. In diesem zumindest teilweise beladenen Zustand ist das Wasser stoffträgermedium das Wärmetauschermedium. Identisch bedeutet auch, dass insbeson dere der Beladegrad, der auch als Hydriergrad bezeichnet wird, des Wasserstoffträger mediums für das zweite Medium und für das Wärmetauschermedium unterschiedlich sein kann.

Das zweite Medium ist insbesondere zumindest teilweise entladenes Wasserstoffträger medium (LOHC ). Der Beladegrad des zumindest teilweise entladenen Wasserstoffträ germediums beträgt insbesondere höchstens 50 %, insbesondere höchstens 40 %, insbe sondere höchstens 30 %, insbesondere höchstens 20 % und insbesondere höchstens 10 %.

Das Wärmetauschermedium ist insbesondere zumindest teilweise beladenes Wasserstoff trägermedium (LOHC ⁺ ). Der Beladegrad des zumindest teilweise beladenen Wasserstoff trägermediums (LOHC ⁺ ) beträgt mindestens 50 %, insbesondere mindestens 60 %, insbe sondere mindestens 70 %, insbesondere mindestens 80 % und insbesondere mindestens 90 %. Das Wärmeträgermedium ist insbesondere flüssig. Das Mediengemisch und das Wärmetauschermedium werden einem ersten Wärmetau scherabschnitt eines Trennapparats zugeführt. Die Wärme wird von dem Mediengemisch auf das Wärmetauschermedium übertragen. Dadurch wird das Wärmetauschermedium erwärmt und das erste Medium abgekühlt. Das zweite Medium kann durch die Wärme übertragung abkühlen und dadurch zumindest teilweise kondensieren. Die Wärmeüber tragung von dem Mediengemisch auf das Wärmetauschermedium findet insbesondere in dem Trennapparat statt. Insbesondere findet das zumindest teilweise Kondensieren des zweiten Mediums in dem Trennapparat statt. Insbesondere findet in dem Trennapparat ein vollständiges Kondensieren des zweiten Mediums statt. Insbesondere kann das Kon densat abgekühlt werden. Das erste Medium wird, nachdem das zweite Medium abge trennt ist, insbesondere aus dem Trennapparat abgeführt. Das Abtrennen des kondensier ten zweiten Mediums von dem ersten gasförmigen Medium erfolgt in den Trennapparat. Das kondensierte zweite Medium und das erste gasförmige Medium werden getrennt voneinander aus dem Trennapparat abgeführt. Das Abtrennen des Wasserstoffgases von dem kondensierten Wasserstoffträgermedium in dem Trennapparat kann zuverlässig durchgeführt werden. Die voneinander abgetrennten Medien können separat voneinander über eine erste Medienabführöffnung und über eine zweite Medienabführöffnung aus dem Trennapparat abgeführt und insbesondere mittels daran angeschlossener Leitungen einer weiteren Nutzung zugeführt werden.

Es wurde gefunden, dass durch die Kombination von Trennung des Mediengemischs und Wärmeübertragung von dem Mediengemisch auf das Wärmetauschermedium eine ver besserte, insbesondere effizientere Trennung des Mediengemischs möglich ist. Die erfor derliche Verfahrenstechnik, insbesondere die erforderliche Infrastruktur für die Ausfüh rung des Trennapparats, ist vereinfacht, also reduziert. Die Anzahl von Behältern und Peripheriekomponenten und insbesondere Rohrleitungen ist reduziert. Der Energieauf wand für die Durchführung des Verfahrens ist reduziert. Dadurch ergibt sich eine Koste neinsparung bei der Durchführung des Verfahrens. Der erforderliche Bauraum für den Trennapparat ist reduziert. Das Verfahren weist eine verringerte Ausfallrate auf. Das Ver fahren ist fehlerunanfällig und robust durchführbar. Ein Verfahren gemäß Anspruch 2 ermöglicht die unmittelbare Nutzung des im ersten Wärmetauscherabschnitt kondensierten zweiten Mediums zur Wärmeübertragung in ei nem zweiten Wärmetauscherabschnitt. Das kondensierte zweite Medium kann verein facht von dem ersten Medium abgetrennt und dem zweiten Wärmetauscherabschnitts des Trennapparates zugeführt werden.

Ein Verfahren gemäß Anspruch 3 ermöglicht eine zweistufige Erwärmung des Wärme tauschermediums. Die Durchführung des Verfahrens ist besonders effizient. In dem zwei ten Wärmetauscherabschnitt ist das zweite Medium, insbesondere zum Großteil und ins besondere vollständig, im flüssigen Zustand.

Ein Verfahren gemäß Anspruch 4 ermöglicht eine kompakte Durchführung des Verfah rens und Ausgestaltung des Trennapparats. Insbesondere kann das Wärmetauschermedi um zunächst in einem Wärmetauscherabschnitt erwärmt und dann in einen anderen Wärmetauscherabschnitt überführt werden.

Ein Verfahren, bei dem das zweite Medium ein Trägermedium, insbesondere ein Wasser- stoffträgermedium, insbesondere ein zumindest teilweise entladenes Wasserstoffträger medium, ist, ermöglicht die Anbindung des Trennverfahrens eines Mediengemischs aus einem Dehydrierreaktor.

Ein Verfahren gemäß Anspruch 5 ermöglicht die Nutzung eines Mediengemischs aus einem Dehydrierreaktor zur Trennung in dem Trennapparat. Insbesondere beträgt eine Gemisch-Zuführtemperatur mehr als 260 °C, insbesondere mehr als 270 °C, insbesondere mehr als 280 °C und insbesondere mehr als 300 °C. Zusätzlich oder alternativ ermöglicht das Verfahren eine hohe Wärmeaufnahmekapazität für das Wärmetauschermedium.

Ein Verfahren nach Anspruch 6 ermöglicht eine vorteilhafte, insbesondere unmittelbare, Nutzung des aus dem Trennapparat abgeführten ersten Mediums. Das Verfahren ermög- licht zusätzlich oder alternativ eine unmittelbare, insbesondere prozess sichere Verwen dung des zweiten Mediums. Insbesondere kann das zweite Medium aus dem Trennappa rat unmittelbar einem Speichertank zugeführt und dort zwischengespeichert werden. Die zweite Medium- Abführtemperatur ist insbesondere derart gering, dass eine unmittelbare Überführung des zweiten Mediums, insbesondere ohne weitere aktive Kühlung, in den Produkttank überführt und dort gespeichert werden kann.

Ein Verfahren gemäß Anspruch 7 ermöglicht die unmittelbare Kombination des erfin dungsgemäßen Trennverfahrens mit dem Dehydrieren eines zumindest teilweise belade nen Wasserstoffträgermediums, wobei ein Mediengemisch aus Wasserstoffgas und zu mindest teilweise entladenem Wasserstoffträgermedium in dem Trennapparat getrennt wird.

Ein Verfahren gemäß Anspruch 8 ist besonders wirtschaftlich. Das in dem Trennapparat vorgewärmte Wärmetauschermedium kann zum Dehydrieren unmittelbar dem Dehydrier reaktor zugeführt werden. Das, insbesondere zweifach, vorgewärmte Wärmetauscherme dium kann entweder aus dem ersten Wärmetauscherabschnitt oder aus dem zweiten Wärmetauscherabschnitt in den Dehydrierreaktor geleitet werden. Der Gesamtenergie einsatz für ein derartiges Verfahren ist reduziert.

Ein Trennapparat gemäß Anspruch 9 weist im Wesentlichen die Vorteile des erfindungs gemäßen Trennverfahrens auf, worauf hiermit verwiesen wird. In dem ersten Wärmetau scherabschnitt des Trennapparats ist ein Wärmetauschermediumströmungskanal vorgese hen, durch den das Wärmetauschermedium strömt. Insbesondere weist der Wärmetau schermediumströmungskanal mindestens ein Rohr auf, durch das das Wärmetauscherme dium strömt. Insbesondere weist der Wärmetauschermediumströmungskanal ein Rohr bündel mit mehreren, insbesondere rasterförmig angeordneten, Einzelrohren auf, durch die das Wärmetauschermedium strömt. Der Trennapparat weist eine erste Mediumabführöffnung auf. Die erste Mediumabführ- öffnung ist insbesondere an einer Oberseite des ersten Wärmetauscherabschnitt-Gehäuses angeordnet. Das abgetrennte Wasserstoffgas kann selbsttätig, insbesondere entgegen der Schwerkraft, über die erste Mediumabführöffnung aus dem Trennapparat abgeführt wer den. Durch die erste Mediumabführöffnung kann das erste abgetrennte Medium, insbe sondere abgetrennte Wasserstoffgas, aus dem Trennapparat abgeführt werden.

Insbesondere weist der Trennapparat eine zweite Medienabführöffnung auf, die insbe sondere in dem ersten Wärmetauscherabschnitt-Gehäuse angeordnet ist. Die zweite Me dienabführöffnung ist insbesondere an einer Unterseite des Trennapparats angeordnet. Durch die zweite Medienabführöffnung kann das kondensierte zweite Medium und/oder flüssiges zweites Medium, dass dem Trennapparat bereits flüssig zugeführt worden ist, aus dem Trennapparat abgeführt werden. Das zweite Medium kann insbesondere als Flüssigkeit in dem zweiten Wärmetauscherabschnitt zum zusätzlichen Erwärmen des Wärmeträgermediums dienen. Dazu kann das zweite Medium unmittelbar aus einem De hydrierreaktor über eine zweite Medienzuführleitung und die zweite Medienzuführöff- nung dem zweiten Wärmetauscherabschnitt zugeführt werden. Das zweite Medium kann als Flüssigkeit insbesondere schwerkraftbedingt durch die zweite Medienabführöffnung aus dem Trennapparat abgeführt werden.

Bei einem Trennapparat gemäß Anspruch 10 kann das im ersten Wärmetauscherabschnitt kondensierte zweite Medium direkt, unkompliziert und unmittelbar von dem ersten Wärmetauscherabschnitt in den zweiten Wärmetauscherabschnitt überführt werden. We sentlich ist, dass der erste Wärmetauscherabschnitt mit dem zweiten Wärmetauscherab schnitt verbunden ist. Insbesondere ist der erste Wärmetauscherabschnitt mit dem zwei ten Wärmetauscherabschnitt hydrostatisch verbunden. Das bedeutet, dass zwischen dem ersten Wärmetauscherabschnitt und dem zweiten Wärmetauscherabschnitt im Wesentli chen kein Druckunterschied anliegt. Ein maximaler Druckunterschied Dr beträgt weniger als 0,1 bar, insbesondere weniger als 0,05 bar und insbesondere weniger als 0,01 bar. Der Mediengemischströmungskanal ist insbesondere der erste Zwischenraum zwischen dem Wärmetauschermediumströmungskanal und dem ersten Wärmetauscherabschnitt- Gehäuse. Das erste Wärmetauscherabschnitt-Gehäuse ist insbesondere zylinderförmig ausgeführt, mit dem als Rohrbündel ausgeführten Wärmetauschermediumströmungska- nal.

Ein Trennapparat gemäß Anspruch 11 ermöglicht eine höhere Verweildauer des Medien- gemischs im ersten Wärmetauscherabschnitt. Die Freisetzungsrate, insbesondere die Ab trennungsrate des ersten Mediums aus dem Mediengemisch, ist dadurch erhöht.

Insbesondere ist das mindestens eine erste Strömungsumlenkelement in dem Medienge mischströmungskanal entlang einer Mediengemischströmungsrichtung zwischen der Me- diengemischzuführöffnung und der ersten Mediumabführöffnung angeordnet. Das erste Strömungsumlenkelement erzwingt eine Strömungsumlenkung der Mediengemischströ mung in dem Mediengemischströmungskanal. Das erste Strömungsumlenkelement ist insbesondere als Strömungsleitblech ausgeführt. Insbesondere sind mehrere erste Strö- mungsumlenkelemente vorgesehen. Die Mediengemischströmungsrichtung ist durch die Mediengemischzuströmöffnung und die erste Mediumabführöffnung festgelegt. Insbe sondere ist die Mediengemischströmungsrichtung im Wesentlichen parallel und insbe sondere parallel, zur Gehäuselängsachse des Trennapparats orientiert.

Das mindestens eine Strömungsumlenkelement ermöglicht eine besonders effektive Strömungsumlenkung, insbesondere in Form einer schlangenlinienförmigen Strömung des Mediengemischs. Insbesondere sind mehrere Strömungsumlenkelemente vorgesehen. Die Strömungsumlenkelemente sind insbesondere jeweils identisch ausgeführt und wei sen einen Durchströmungsbereich auf, der höchstens 30 % der Strömungsquerschnittsflä che des Mediengemischströmungskanals aufweist, insbesondere höchstens 25 %, insbe sondere höchstens 20 % und insbesondere höchstens 15 %. Vorteilhaft ist es, wenn der freibleibende Bereich in einem Randbereich des Mediengemischdurchströmkanals ange ordnet ist, also in einem Bereich benachbart zu der Innenwand des ersten Wärmetau- scherabschnitt-Gehäuses. Der freibleibende Bereich kann auch innenliegend und insbe sondere zentral im Mediengemischströmungskanal angeordnet sein. Vorteilhaft ist es, wenn der freibleibende Bereich entlang der Längsachse des ersten Wärmetauscherab schnitt-Gehäuses, die die Strömungsrichtung des Mediengemischs in dem Medienge mischströmungskanal vorgibt, versetzt zueinander angeordnet sind. Das Mediengemisch, das entlang des Mediengemischströmungskanals strömt, wird zu einer Strömungsumlen- kung, insbesondere zu einer, insbesondere horizontal orientierten, zick-zack-förmigen oder schlangenlinienförmigen Strömung, gezwungen.

Ein Trennapparat gemäß Anspruch 12 ermöglicht eine effiziente Strömungsumlenkung im zweiten Wärmetauscherabschnitt. Insbesondere wird das zweite Medium, das flüssig ist, effizient durch das mindestens eine zweite Strömungsumlenkelement für eine verbes serte Wärmeübertragung geführt. Insbesondere sind mehrere zweite Strömung sumlen- kelemente vorgesehen, die eine zusätzlich verbesserte, insbesondere schlangenlinienför mige, Strömungsumlenkung für eine verbesserte Wärmeübertragung ermöglichen.

Ein Trennapparat gemäß Anspruch 13 ermöglicht eine vorteilhafte konstruktive Umset zung.

Eine Anordnung gemäß Anspruch 14 ermöglicht eine vorteilhafte Verbindung eines De hydrierreaktors mit einem Trennapparat. Insbesondere können mehrere Medienzuführlei- tungen vorgesehen sein, um zumindest teilweise entladenes Wasserstoffträgermedium aus dem Dehydrierreaktor in den Trennapparat zuzuführen. Insbesondere sind eine erste Medienzuführleitung, die den Dehydrierreaktor mit dem ersten Wärmetauscherabschnitt zur Übertragung des Mediengemischs verbindet, und eine zweite Medienzuführleitung, die den Dehydrierreaktor mit dem zweiten Wärmetauscherabschnitt zur Zuführung von flüssigen entladenen Wasserstoffträgermedium als zweites Medium verbindet, vorgese hen. Eine Anordnung gemäß Anspruch 15 ermöglicht eine zuverlässige Verformung des Trennapparats mit Wärmetauschermedium.

Gemäß einer ersten Alternative, bei der der zweite Wärmetauscherabschnitt in dem ersten Wärmetauscherabschnitt-Gehäuse integriert ist, ist der Trennapparat besonders kompakt ausgeführt.

Gemäß einer zweiten Alternative, bei der der zweite Wärmetauscherabschnitt in einem zweiten Wärmetauscherabschnitt-Gehäuse integriert ist, das mit dem ersten Wärmetau scherabschnitt-Gehäuse verbunden ist, ist eine getrennte Ausführung der Trennungs schritte und Wärmeübertragungsprozesse möglich. Die Verfahrensführung der einzelnen Schritte ist dadurch vereinfacht. Die Wärmetauscherabschnitt-Gehäuse sind mit mindes tens einer zweiten Medium-Verbindungsleitung miteinander verbunden. Die zweite Me dium-Verbindung sleitung ermöglicht ein Zuführen des im ersten Wärmetauscherab schnitt kondensierten zweiten Mediums unmittelbar in den zweiten Wärmetauscherab schnitt. Die zweite Medium- Verbindung sleitung ist insbesondere als Abtropf kanal ausge führt. Insbesondere ist es denkbar, mehrere Abtropfkanäle vorzusehen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen, zusätzliche Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von zwei Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Anlage zur Dehydrierung eines zu mindest teilweise beladenen Wasserstoffträgermediums mit einem Tren napparat gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Trennapparat gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Schnittansicht gemäß Schnittlinie III-III in Fig. 2, Fig. 4 eine Darstellung eines kombinierten Strömungsumlenkelements,

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Anlage gemäß Fig. 1 zur Erläuterung der Wärmetauscherabschnitte,

Fig. 6 eine Fig. 5 entsprechende Darstellung eines Trennapparats gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel mit geänderter Verschaltung der Wärme tauscherabschnitte,

Fig. 7 eine Fig. 5 entsprechende Darstellung eines Trennapparats gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel mit einem zusätzlichen Wärmetauscherab schnitt,

Fig. 8 eine schematische Detaildarstellung des Trennapparats gemäß Fig. 7,

Fig. 9 eine Fig. 1 entsprechende Darstellung eines Trennapparats gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.

Einzelheiten der im Folgenden näher erläuterten Ausführungsbeispiele können für sich genommen eine Erfindung darstellen oder Teil eines Erfindungsgegenstands sein.

Eine in Fig. 1 bis 5 dargestellte, als Ganzes mit 1 bezeichnete Anlage dient zum Bereit stellen von Wasserstoff, insbesondere von Wasserstoffgas. Die Anlage 1 umfasst einen Dehydrierreaktor 2, der über eine Mediengemisch-Leitung 3 mit einem Trennapparat 4 verbunden ist.

Der Trennapparat 4 weist einen ersten Wärmetauscherabschnitt 5 mit einem ersten Wär metauscherabschnitt-Gehäuse 6 auf. An dem ersten Wärmetauscherabschnitt-Gehäuse 6 ist eine Mediengemischzuführöffnung 7 angeordnet, an die die Mediengemischleitung 3 angeschlossen ist. Die Mediengemischleitung 3 ist eine Medienzuführleitung. Der Trennapparat 4 weist ferner einen zweiten Wärmetauscherabschnitt 8 auf, der gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel in dem ersten Wärmetauscherabschnitt-Gehäuse 6 integriert ist. Der erste Wärmetauscherabschnitt 5 und der zweite Wärmetauscherab schnitt 8 sind unmittelbar miteinander verbunden. Eine räumliche Trennung zwischen den beiden Wärmetauscherabschnitten 5, 8 ist nicht vorgesehen. Die beiden Wärmetau scherabschnitte 5, 8 sind hydrostatisch miteinander verbunden.

Der Trennapparat 4 ist derart angeordnet, dass eine Gehäuselängsachse 9 des ersten Wärmetauscherabschnitt-Gehäuses 6 im Wesentlichen horizontal orientiert ist. Eine An ordnung des ersten Wärmetauscherabschnitt-Gehäuses 6 mit einem Neigungswinkel ge genüber der Horizontalen ist grundsätzlich möglich, wobei der Neigungswinkel gegen über der Horizontalen kleiner ist als 10°, insbesondere kleiner ist als 5° und insbesondere kleiner ist als 1°. Insbesondere ist die Gehäuselängsachse 9 horizontal orientiert.

Der zweite Wärmetauscherabschnitt 8 ist bezogen auf die Vertikalrichtung 10 unterhalb des ersten Wärmetauscherabschnitts 5 angeordnet. Der erste Wärmetauscherabschnitt 5 ist entlang der Vertikalrichtung 10 mit dem zweiten Wärmetauscherabschnitt 8 über eine Durchgangsöffnung 55 verbunden. Die Durchgangsöffnung 55 ist insbesondere parallel zur Gehäuselängsachse 9 orientiert. Die Durchgangsöffnung 55 entspricht einer virtuellen Trennebene zwischen dem ersten Wärmetauscherabschnitt 5 und dem zweiten Wärme tauscherabschnitt 8. Die Durchgangsöffnung 55 entspricht der Querschnittsfläche des ersten Wärmetauscherabschnitts-Gehäuses 6 im Bereich der Trennebene. Die Durch gangsöffnung 55 erstreckt sich insbesondere über die gesamte Querschnittsfläche des ersten Wärmetauscherabschnitts-Gehäuses 6 in der Trennebene.

Im Bereich der Wärmetauscherabschnitte 5, 8 weist das erste Wärmetauscherabschnitt- Gehäuse 6 eine in einer Ebene senkrecht zur Gehäuselängsachse 9 kreisförmige Quer schnittsfläche auf. Die Querschnittsfläche kann auch eine andere Querschnittsform auf- weisen. In einer Richtung parallel zur Gehäuselängsachse 9 ist die Querschnittsfläche in dem ersten Wärmetauscherabschnitt 5 und in dem zweiten Wärmetauscherabschnitt 8 konstant.

Stimseitig an den Wärmetauscherabschnitten 5, 8 sind ein Verteilabschnitt 11, der in Fig. 1 rechts dargestellt ist, und gegenüberliegend ein Sammelabschnitt 12 angeordnet, der in Fig. 1 links dargestellt ist. Der Verteilerabschnitt 11 und der Sammelabschnitt 12 sind jeweils stimseitig gegenüberliegend an den Wärmetauscherabschnitten 5, 8 angeordnet.

Am ersten Wärmetauscherabschnitt 5 ist eine erste Mediumabführöffnung 13 in dem ers ten Wärmetauscherabschnitt-Gehäuse 6 vorgesehen. An die erste Mediumabführöffnung 13 ist über eine erste Medienabführleitung 14 eine erste Medienverwertungseinheit 15 angeschlossen. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die erste Medienverwer tungseinheit 15 als Brennstoffzelle ausgeführt und dient insbesondere zum Verströmen von Wasserstoffgas. Die erste Medienverwertungseinheit 15 kann eine nicht dargestellte Luftzuführleitung aufweisen, um die für die Oxidation in der Brennstoffzelle 15 erforder liche Luft zuführen zu können. Zusätzlich oder alternativ kann eine separate Sauerstoff zuführung vorgesehen sein. Die Brennstoffzelle 15 ist insbesondere mit einem elektri schen Verbraucher, insbesondere in Form eines elektrischen Stromnetzes, insbesondere einer Messleitung, elektrisch verbunden. Die Brennstoffzelle 15 kann zur Abführung der in der Brennstoffzelle 15 erzeugten Wärme mit einem nicht dargestellten Wärmetauscher verbunden sein.

Die erste Medienverwertungseinheit 15 kann beispielsweise auch als Wasserstoffgas brenner oder als Wasserstoffgasverbrennungsmotor ausgeführt sein.

Im Verteilabschnitt 11 ist in dem ersten Wärmetauscherabschnitt-Gehäuse 6 eine erste Wärmetauschermediumzuführöffnung 16 angeordnet, die über eine erste Wärmetau- schermediumzuführleitung 17 mit einem ersten Wärmetauschermediumspeicherbehälter 18 verbunden ist. In dem Verteilerabschnitt 11 ist eine erste Verteilereinheit 19 angeordnet und an die erste Wärmetauschermediumzuführöffnung 16 angeschlossen. Die erste Verteilereinheit 19 ist mit einem ersten Wärmetauschermediumströmungskanal 20 verbunden, der in dem ersten Wärmetauscherabschnitt 5 angeordnet ist. Der erste Wärmetauschermediumströmungs- kanal 20 umfasst mehrere erste Wärmetauscherrohre 21, durch die ein Wärmetauscher- medium strömen kann. Der erste Wärmetauschermediumströmungskanal 20 ist als Rohr bündel ausgeführt. Die ersten Wärmetauscherrohre 21 sind beabstandet zueinander ange ordnet. Die ersten Wärmetauscherrohre 21 sind jeweils parallel zur Gehäuselängsachse 9 orientiert. Zwischen den ersten Wärmetauscherrohren 21 sind erste Zwischenräume 22 gebildet. Die ersten Zwischenräume 22 bilden einen Mediengemischströmungskanal 23, der mit der Mediengemischzuführöffnung 7 verbunden ist. Der erste Wärmetauscherme dienströmung skanal 20 ist von dem Mediengemischströmungskanal 23 räumlich ge trennt. Ein Vermischen des Wärmetauschermediums mit dem Mediengemisch ist ausge schlossen.

In dem Sammelabschnitt 12 ist eine erste Sammeleinheit 24 angeordnet, die mit dem ers ten Wärmetauschermediumströmungskanal 20, also mit den ersten Wärmetauscherrohren 21, verbunden ist. Die erste Sammeleinheit 24 ist an eine erste Wärmetauschermedium- abführöffnung 25 an dem Sammelabschnitt 12 in dem ersten Wärmetauscherabschnitt- Gehäuse 6 angeschlossen. Die erste Wärmetauschermediumabführöffnung 25 ist über eine Wärmetauschermediumzwischenleitung 26 mit einer zweiten Wärmetauschermedi- umzuführöffnung 27 verbunden.

Die zweite Wärmetauschermediumzuführöffimmg 27 ist in dem Verteilerabschnitt 11 un terhalb der ersten Wärmetauschermediumzuführöffnung 26 angeordnet. An die zweite Wärmetauschermediumzuführöffnung 27 ist eine zweite Verteilereinheit 28 angeschlos sen, die die zweite Wärmetauschermediumzuführöffnung 27 mit einem zweiten Wärme- tauschermediumströmungskanal 29 verbindet. Der zweite Wärmetauschermediumströ- mungskanal 29 ist als Rohrbündel ausgeführt mit mehreren zweiten Wärmetauscherroh ren 30. Die zweiten Wärmetauscherrohre 30 sind identisch ausgeführt, beabstandet zuei- nander in dem zweiten Wärmetauscherabschnitt 8 angeordnet und parallel zur Gehäuselängsachse 9 orientiert.

Zwischen den zweiten Wärmetauscherrohren 30 werden zweite Zwischenräume 31 gebildet, die einen zweiten Medienströmungskanal 32 bilden.

In dem Sammelabschnitt 12 ist unterhalb der ersten Sammeleinheit 24 eine zweite Sammeleinheit 33 angeordnet, die den zweiten Medienströmungskanal 32 mit einer zweiten Wärmetauschermediumabführöffnung 34 verbindet. Die zweite Wärmetauschermedium- abführöffnung 34 ist über eine zweite Wärmetauschermediumrückführleitung 35 mit dem Dehydrierreaktor 2 verbunden. Entlang der zweiten Wärmetauschermediumrückführlei- tung 35 kann ein nicht dargestellter Speicherbehälter angeordnet sein, in dem das Wär- metauschermedium aus dem Trennapparat 4 zwischengespeichert wird. Entsprechend kann ein Speicherbehälter entlang der Wärmetauschermediumzwischenleitung 26 angeordnet sein.

Der Dehydrierreaktor 2 ist über eine zweite Medienzuführleitung 36 an eine zweite Me- dienzuführöffnung 37 angeschlossen. Die zweite Medienzuführöffnung 37 ist an dem zweiten Wärmetauscherabschnitt 8 in dem ersten Wärmetauscherabschnitt-Gehäuse 6 angeordnet. Die zweite Medienzuführöffnung 37 ist mit dem zweiten Medienströmungskanal 32 verbunden. Die zweite Medienzuführleitung 36 ist aus Darstellungsgründen in Fig. 5 nicht dargestellt.

An dem zweiten Wärmetauscherabschnitt 8 ist in dem ersten Wärmetauscherabschnitt- Gehäuse 6 entlang der Gehäuselängsachse 9 beabstandet zu der zweiten Medienzuführöffnung 37 eine zweite Medienabführöffnung 38 angeordnet. Die zweite Medienabführ- öffnung 38 ist mit dem zweiten Medienströmungskanal 32 verbunden. An die zweite Medienabführöffnung 38 ist eine zweite Medienabführleitung 39 angeschlossen, die mit einem zweiten Medienspeicherbehälter 40 verbunden ist. Die erste Wärmetauschermediumzuführöffnung 16 und die erste Wärmetauschermedi- umabführöffnung 25, die jeweils stimseitig und gegenüberliegend an dem ersten Wärme tauscherabschnitt-Gehäuse 6 angeordnet sind, legen eine erste Wärmetauschermedium strömung srichtung 42 fest, die gemäß Fig. 1 von rechts nach links orientiert ist und paral lel zur Gehäuselängsachse 9 verläuft.

Entsprechend ist die zweite Wärmetauschermediumströmungsrichtung 43 gemäß Fig. 1 von rechts nach links gerichtet und durch die zweite Wärmetauschermediumzuführöff- nung 27 und die zweite Wärmetauschermediumabführöffnung 34 festgelegt, die stimsei tig gegenüberliegend an dem ersten Wärmetauscherabschnitt-Gehäuse 6 angeordnet sind. Die erste Wärmetauschermediumströmungsrichtung 32 und die zweite Wärmetauscher mediumströmungsrichtung 43 sind parallel zueinander orientiert.

Durch die Mediengemischzuführöffnung 7 und die erste Mediumabführöffnung 13 wird eine Mediengemischströmungsrichtung 44 festgelegt, die gemäß Fig. 1 im Wesentlichen von links nach rechts orientiert ist und insbesondere parallel zur Gehäuselängsachse 9 orientiert ist. Die Mediengemischströmungsrichtung 44 ist der ersten Wärmetauscherme dienströmung srichtung 42 entgegengesetzt orientiert. Der erste Wärmetauscherabschnitt 5 wird im Gegenstromverfahren betrieben.

Eine zweite Medienströmungsrichtung 45 ist durch die zweite Medienzuführöffnung 37 und die zweite Medienabführöffnung 38 festgelegt. Die zweite Medienströmungsrichtung 45 ist im Wesentlichen parallel zur Gehäuselängsachse 9 orientiert und gemäß Fig. 1 von links nach rechts gerichtet. Die zweite Medienströmungsrichtung 45 ist der zweiten Wärmetauschermediumströmungsrichtung 43 entgegengesetzt gerichtet. Der zweite Wärmetauscherabschnitt 8 wird im Gegenstromverfahren betrieben.

Der erste Wärmetauscherabschnitt 5 ist als Gaskühler und/oder Kondensator ausgeführt.

Der zweite Wärmetauscherabschnitt 8 ist als Flüssig-Flüssig-Rekuperator ausgeführt. Nachfolgend wird anhand von Fig. 2 bis 4 der Trennapparat 4, insbesondere der erste Wärmetauscherabschnitt 5 und der zweite Wärmetauscherab schnitt 8, näher erläutert.

Jeweils stimseitig an den Wärmetauscherabschnitten 5, 8 ist eine Abschlussplatte 41 an geordnet. Die Abschlussplatten 41 dienen zum Abschließen des Mediengemischströ mungskanals 23 in dem ersten Wärmetauscherabschnitt 5 gegenüber dem Verteilerab schnitt 1 und dem Sammelabschnitt 12. Insbesondere sind der Mediengemischströ mungskanal 23 und der zweite Medienströmungskanal 32 durch die Abschlussplatten 41 abgeschlossen.

Die Abschlussplatten 41 weisen jeweils Öffnungen auf, durch die hindurch die ersten Wärmetauscher-Rohre 21 und die zweiten Wärmetauscher-Rohre 30 hindurchgeführt und mit der jeweiligen Verteilereinheit 19, 28 bzw. mit der jeweiligen Sammeleinheit 24, 33 verbunden werden. Die ersten Wärmetauscher- Rohre 21 und die zweiten Wärmetau scher-Rohre 30 sind durch die Öffnungen in den Abschlussplatten 41 jeweils abgedichtet hindurchgeführt.

Die ersten Wärmetauscher- Rohre 21 und die zweiten Wärmetauscher-Rohre 30 sind in den Öffnungen der Abschlussplatten 41 zuverlässig in dem ersten Wärmetauscherab schnitt-Gehäuse 6 angeordnet und gehalten.

Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Rohrbündel des ersten Wärmetau schermediumströmungskanals 20 einunddreißig erste Wärmetauscherrohre 21 auf, die in einem regelmäßigen Raster mit einem ersten Zeilenabstand zi und mit einem ersten Spal tenabstand si angeordnet sind. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel gilt: si > zi, si = 1,2 · z _\ . Der erste Spaltenabstand ist horizontal orientziert. Der erste Zeilenabstand zi ist vertikal orientiert, also entlang der Vertikalrichtung 10. Die ersten Wärmetauscherrohre 21 weisen einen Außendurchmesser d _ai und eine Wand stärke wi auf. Es gilt: d _ai < z _\ . d _ai < si, insbesondere d _ai < 0,9 · si und insbesondere d _ai <0,8 · si. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt der erste Außendurchmes ser der ersten Wärmetauscherrohre 21 60 mm.

Der zweite Medienströmungskanal 32 weist insgesamt achtundsechzig zweite Wärmetau scherrohre 30 auf, die einen zweiten Außendurchmesser d _a 2 von 4 mm aufweisen. Die zweite Wandstärke W2 beträgt für das gezeigte Ausführungsbeispiel 0,5 mm. Der zweite Zeilenabstand Z2 und der zweite Spaltenabstand S2 sind entsprechend festgelegt. Es gilt: S2 > Z2, insbesondere S2 >1,5 · Z2 und insbesondere S2 >2 · Z2.

Die Anzahl, die Anordnung und/oder die jeweilige Größe der ersten Wärmetauscherrohre 21 bzw. der zweiten Wärmetauscherrohre 30 kann in Abhängigkeit der jeweiligen Strö mungsbedingungen und insbesondere zur Beeinflussung der Strömungsverhältnisse in dem Trennapparat 4 veränderlich angepasst werden.

Entlang der Gehäuselängsachse 9 sind in dem ersten Wärmetauscherabschnitt 5 mehrere erste Strömungsumlenkelemente 46 vorgesehen. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbei spiel sind dreizehn erste Strömungsumlenkelemente 46 angeordnet. Die ersten Strö mungsumlenkelemente 46 dienen zur Strömungsumlenkung des Mediengemischs entlang des Mediengemischströmungskanals 23. Die ersten Strömungsumlenkelemente 46 wei sen Durchgangsöffnungen 47 auf, durch die hindurch die ersten Wärmetauscherrohre 21 abgedichtet hindurchgeführt sind. Das Strömungsumlenkelement 46 ist als Strömungs leitblech ausgeführt und weist einen Freigabebereich 48 auf, in dem das Strömungsum lenkelement 46 freigeschnitten ist. In dem Freigabebereich 48 definiert einen reduzierten Strömungsquerschnitt für das Mediengemisch entlang des Mediengemischströmungska nals 23.

Bezogen auf den Strömungsquerschnitt ist der Freigabebereich 48 gemäß dem in Fig. 4 dargestellten ersten Strömungsumlenkelement 46 seitlich, insbesondere links, angeord- net. Entlang der Mediengemischströmungsrichtung 44 sind die ersten Strömungsumlen- kelemente 46 abwechselnd derart angeordnet, dass der jeweilige Freigabebereich 48 der ersten Strömungsumlenkelemente 46 seitlich wechselnd orientiert ist. Dadurch wird das Mediengemisch entlang des Mediengemischströmungskanals 23 zu einer schlangenlini enförmigen Strömung gezwungen. Dadurch ergibt sich eine höhere Verweildauer des Mediengemischs im ersten Wärmetauscherabschnitt 5, wodurch der Wärmeübertrag zu sätzlich verbessert ist.

In dem zweiten Wärmetauscherabschnitt 8 sind entlang der zweiten Medienströmungs richtung 45 mehrere, gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel dreizehn, zweite Strö mungsumlenkelemente 49 angeordnet, die entsprechend zweite Durchgangsöffnungen 50 und einen zweiten Freigabebereich 51 aufweisen.

Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind das erste Strömungsumlenkelement 46 und das zweite Strömungsumlenkelement 49 einstückig als Strömungsleitblech ausge führt. Die Ausführung der Strömungsumlenkelemente 46, 49 ist besonders effizient und materialsparend ausgeführt.

Aufgrund der einteiligen Ausführung der Strömungsumlenkelemente 46, 49 als Strö mungsleitblech ist die Anzahl der ersten Strömungselemente 46 und der zweiten Strö mungselemente 49 identisch. Es ist auch möglich, unterschiedliche Anzahlen erster Strömungsumlenkelemente 46 und zweiter Strömungsumlenkelemente 49 vorzusehen. Insbesondere ist es denkbar, zwischen zwei Strömungsleitblechen ein erstes Strömungs umlenkelement 46 und/oder ein zweites Strömungsumlenkelement 49 separat anzuord nen. Es können auch mehrere Strömungsumlenkelemente 46, 49 zwischen zwei Strö mungleitblechen angeordnet sein.

Es ist insbesondere denkbar, dass zwischen zwei benachbarten Strömungsleitblechen je weils genau ein zweites Strömungsumlenkelement 49 angeordnet ist, sodass in Summe n erste Strömungsumlenkelemente 46 und (2n-l) zweite Strömungsumlenkelemente 49 vorgesehen sind.

Die Strömungsleitbleche sind entlang der Mediengemischströmungsrichtungen 44, 45 jeweils beabstandet, insbesondere gleichmäßig beabstandet, zueinander angeordnet.

Insbesondere sind der erste Freigabereich 48 und der zweite Freigabereich 51 in Vertikal richtung 10 durch einen Barriereabschnitt 52 voneinander getrennt. Durch den Barriere abschnitt 52 wird verhindert, dass das zweite Medium aus dem zweiten Wärmetauscher abschnitt 8 unbeabsichtigt im Bereich der Strömungsumlenkelemente 46 aus dem zwei ten Medienströmungskanal 32 in den Mediengemischströmungskanal 23 gelangt.

Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der erste Wärmetauscherabschnitt 5 ober halb eines Flüssigkeitspegels 66 angeordnet. Der erste Wärmetauscherabschnitt 5 ist gas- durchströmt und kann flüssige Anteile, beispielsweise Dampf und/oder Tröpfchen, auf- weisen.

Der zweite Wärmetauscherabschnitt 8 ist unterhalb des Pegels 66 angeordnet. Der zweite Wärmetauscherabschnitt 8 ist flüssigkeitsgefüllt.

Nachfolgend wird ein Verfahren zum Bereitstellen von Wasserstoff näher erläutert.

In dem Dehydrierreaktor 2 findet eine katalytische Dehydrierung eines zumindest teil weise mit Wasserstoff beladenen Wasserstoffträgermediums (LOHC+) statt. Aus dem Dehydrierreaktor 2 wird über die Mediengemischleitung 3 das Mediengemisch dem Trennapparat 4 zugeführt. Das Mediengemisch weist als erstes, gasförmiges Medium Wasserstoffgas (Fb) und als zweites Medium zumindest teilweise entladendes Wasser- stoffträgermedium (LOHC-) auf. Der Anteil am zweiten Medium in dem Mediengemisch ist unerwünscht und soll in dem Trennapparat 4 abgetrennt werden. Das zweite Medium liegt zumindest teilweise dampfförmig und/oder in Tröpfchenform in dem Medienge misch vor.

Das Mediengemisch wird mit einer Gemisch-Zuführtemperatur von mehr als 250 °C dem Trennapparat 4 zugeführt. Das Mediengemisch durchströmt den ersten Wärmetaus cher- abschnitt 5 entlang der Mediengemischströmungsrichtung 44, insbesondere durch den Mediengemischströmungskanal 23. Die Hauptströmungsrichtung des Mediengemischs erfolgt entlang der Mediengemischströmungsrichtung 44, wobei durch die ersten Strö- mungsumlenkelemente 46 eine schlangenlinienförmige Strömungsrichtung erzwungen wird. Dadurch ist die Verweildauer des Mediengemischs in dem Mediengemischströ mungskanal 23 erhöht.

In der Gegenrichtung, der ersten Wärmetauschermediumströmungsrichtung 42, durch strömt ein Wärmetauschermedium den ersten Wärmetauscherabschnitt 5, insbesondere entlang des ersten Wärmetauschermediumströmungskanals 20, also innerhalb der ersten Wärmetauscherrohre 21. Das Wärmetauschermedium stammt aus dem Wärmetauscher mediumspeicherbehälter 18 und wird über die erste Wärmetauschermediumleitung 17 an die erste Verteilereinheit 19 zugefährt. Der erste Wärmetauscherabschnitt wird im Ge genstromverfahren betrieben. Es findet eine Wärmeübertragung von dem heißen Medi engemisch auf das Wärmetauschermedium statt.

Als Wärmetauschermedium dient insbesondere zumindest teilweise beladendes LOHC (LOHC+).

Durch den Wärmeübertrag von dem Mediengemisch auf das Wärmetauschermedium in den ersten Wärmetauscherabschnitt 5 wird das Wärmetauschermedium erwärmt, das ers te Medium abgekühlt und das zweite dampfförmige Medium zumindest teilweise kon densiert. Es ist denkbar, dass der Wärmeübertrag auf das zweite Medium bewirkt, dass das bereits gebildete Kondensat des zweiten Mediums zusätzlich abkühlt. Durch die Kondensatbildung des zweiten Mediums kann das kondensierte zweite Medium unmit- telbar aus dem Mediengemisch von dem ersten Medium abgetrennt werden. Insbesondere kann das kondensierte zweite Medium nach unten abtropfen und durch die Durchgangs öffnung 55 unmittelbar in den zweiten Wärmetauscherabschnitt 8 gelangen. Dadurch, dass der erste Wärmetauscherabschnitt 5 und der zweite Wärmetauscherabschnitt 8 räum lich unmittelbar miteinander verbunden sind und insbesondere eine räumliche Trennung der beiden Wärmetauscherabschnitte 5, 8 nicht vorgesehen ist, kann das kondensierte zweite Medium unmittelbar und schwerkraftbedingt dem zweiten Wärmetauscherab schnitt 8 des Trennapparats 4 zugeführt werden.

Dadurch, dass das zweite Medium durch den Wärmeübertrag kondensiert und aus dem Mediengemisch abtropft, findet eine zuverlässige und effektive Reinigung des Medien- gemischs statt. Das kondensierte zweite Medium kann insbesondere unmittelbar von dem ersten Wärmetauscherabschnitt 5 in den zweiten Wärmetauscherabschnitt 8 in Folge der Schwerkraft abtropfen. Dabei ist vorteilhaft, dass der zweite Wärmetauscherabschnitt 8 unmittelbar unterhalb des ersten Wärmetauscherabschnitts 5 angeordnet ist. Über die ers te Mediumabführöffnung 13 kann das gereinigte Wasserstoffgas aus dem Trennapparat 4 abgeführt und einer weiteren Verwertung in der ersten Medienverwertungseinheit 15 zu geführt werden. Das erste Medium wird mit einer ersten Medium- Abführtemperatur aus dem Trennapparat 4 abgeführt, die kleiner ist als 40 °C.

Dadurch, dass das heiße Mediengemisch zunächst den Kondensator und/oder den Gas kühler durchströmt, erfolgt eine besonders effiziente Kühlung des Wasserstoffgases und eine besonders effektive Kondensation des zweiten Mediums, also des LOHC-Dampfes. Insbesondere ist eine zusätzliche Kühlung, beispielsweise mittels eines extern gespeisten Kühlapparats, für das zweite Medium entbehrlich.

Das in ersten Wärmetauscherabschnitt 5 erwärmte Wärmetauschermedium (LOHC+) wird über die Wärmetauschermediumzwischenleitung 26 der zweiten Wärmetauscher- mediumzuführöffnung 27 des zweiten Wärmetauscherabschnitts 8 zugeführt. In dem zweiten Wärmetauscherabschnitt 8 findet ein Wärmeübertrag von dem heißen, zumindest teilweise dehydrierten Wasserstoffträgermedium (LOHC-) und dem bereits vorgewärm ten Wärmeträg ermedium (LOHC+) statt. Das zweite Medium (LOHC-), das dem zweiten Wärmetauscherabschnitt 8 aus dem Dehydrierreaktor 2 über die zweite Medienzuführlei- tung 36 und die zweite Medienzuführöffnung 37 und/oder unmittelbar aus dem ersten Wärmetauscherabschnitt 5 zugeleitet wird, wird in dem zweiten Wärmetauscherabschnitt 8 unmittelbar abgekühlt. Die Wärme wird an das Wärmetauschermedium (LOHC+) ab gegeben. Dazu strömt das Wärmetauschermedium (LOHC+) durch die zweiten Wärme tauscherrohre 30 des zweiten Wärmetauschermedienströmungskanals 29. Im Gegenstrom dazu strömt das zweite Medium (LOHC+) durch den zweiten Medienströmungskanal 32. Besonders vorteilhaft ist es, dass als Wärmetauschermedium zumindest teilweise belade nes Wasserstoffträgermedium (LOHC+) genutzt werden kann, das nach der zweistufigen Erwärmung in dem ersten Wärmetauscherabschnitt 5 und in dem zweiten Wärmetau scherabschnitt 8 über die zweite Wärmetauschermediumrückführleitung 35 unmittelbar dem Dehydrierreaktor 2 zur Dehydrierung zur Verfügung gestellt werden kann. Die im Trennapparat 4 abgegebene Wärme dient unmittelbar zum Vorheizen des zumindest teil weise beladenen Wasserstoffträgermediums für den nachfolgenden Dehydrierprozess in dem Dehydrierreaktor 2. Dadurch ist es möglich, eine effektive Wärmenutzung zu integ rieren, wodurch der Gesamtenergieaufwand des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Be reitstellen von Wasserstoff zusätzlich verringert ist. Das zumindest teilweise entladene LOHC, das als zweites Medium aus dem freigesetzten Wasserstoffgasstrom abgetrennt worden ist, kann in dem zweiten Medienspeicherbehälter 40 gesammelt und einer weite ren Aufbereitung, also einer erneuten Hydrierung in einer Beladeeinheit, zugeführt wer den.

Das abgekühlte, zweite Medium wird mit einer zweiten Medium- Abführtemperatur aus dem Trennapparat 4 abgeführt, die kleiner ist als

200 °C.

Das Wärmetauschermedium wird dem Trennapparat 4 mit einer ersten Wärmetauscher- Zuführtemperatur zugeführt, die kleiner ist als 30 °C. Die erste Wärmetaus cher- Zuführtemperatur beträgt insbesondere Raumtemperatur. Insbesondere ist ein Vorheizen des Wärmetauschermediums, das später zur Dehydrierung in dem Dehydrierreaktor 2 unmittelbar genutzt werden kann, nicht erforderlich. Der Gesamtenergieaufwand für das Verfahren ist reduziert.

Es ist auch denkbar, dass das in dem Trennapparat 4 gereinigte erste Medium, also Was serstoffgas, nicht nur gereinigt, sondern insbesondere auch gekühlt wird. Das gereinigte und gekühlte Wasserstoffgas kann beispielsweise einer Kompression in einem nicht dar- gestellten Kompressor zugeführt werden.

Das Wasserstoffträgermedium (LOHC) kann reversibel in katalytischen Hydrier- und Dehydrierreaktionen be- und entladen werden. Durch das wiederholte Be- und Entladen kann das LOHC Verunreinigungen aufweisen, die die Effizienz, also den Wirkungsgrad, der Hydrier- und Dehydrierreaktionen beeinträchtigen können. Zur Qualitätsbestimmung des LOHC-Materials kann es deshalb vorgesehen sein, das aus dem Trennapparat 4 über die erste Medienabführleitung 14 abgegebene Wasserstoffgas zu analysieren und zu klas sifizieren. Dies ist insbesondere dadurch möglich, dass beispielsweise Verunreinigungen in dem Wasserstoffgas gemessen und/oder die Menge des freigesetzten Wasserstoffgases gemessen wird, wodurch Rückschlüsse auf die Qualität des Wasserstoffträgermediums gezogen werden können.

Insbesondere kann einer Charge des Wasserstoffträgermediums eine Alterskennzahl zu geordnet werden, die, insbesondere periodisch und insbesondere nach n Dehydrierzyklen, wobei n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 12, 15, 20 ist, in Abhängigkeit der Messergebnisse an gepasst wird. Es ist auch denkbar, die Alterskennzahl des Wasserstoffträgermediums al lein in Abhängigkeit der Dehydrierzyklen n und/oder in Abhängigkeit des Alters des Wasserstoffträgermediums und/oder in Abhängigkeit der Einsatzzeit des Wasserstoffträ germediums im Verfahren, anzupassen. Diese Zykluszahl bzw. zeitabhängige Alterungs- kriterien sind ohne Analyse des Wasserstoffgases möglich und insbesondere unkompli ziert und kosteneffizient durchführbar. Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf Fig. 6 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Konstruktiv identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, auf dessen Beschreibung hiermit verwiesen wird. Konstruktiv unterschiedliche, jedoch funktionell gleichartige Teile erhalten diesel ben Bezugszeichen mit einem nachgestellten a.

Der wesentliche Unterschied gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass das kalte Wärmetauschermedium aus dem ersten Wärmetauschermediumspeicher- behälter 18 über die erste Wärmetauschermediumzuführleitung 17 mit dem zweiten Wärmetauscherabschnitt 8a verbunden ist. Der zweite Wärmetauscherabschnitt 8a ist als Flüssig-Flüssig-Rekuperator ausgeführt. Die zweite Wärmetauscher- Mediumabführöffnung 34 ist über die zweite Wärmetauscher-Mediumrückführleitung 35 mit der ersten Wärmetauschermedium-Zuführöffnung 16 des ersten Wärmetauscherab schnitts 5 a verbunden.

Der erste Wärmetauscherabschnitt 5a ist als Kondensator und/oder Gaskühler ausgeführt. Die erste Wärmetauscher-Mediumabführöffnung 25 ist über die Wärmetauscher- Mediumzwischenleitung 26 mit dem Dehydrierreaktor 2 verbunden.

Im Vergleich zu dem ersten Ausführungsbeispiel sind der Kondensator und/oder Gasküh ler 5a und der Flüssig-Flüssig-Rekuperator 8a bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 in umgekehrter Reihenfolge bezüglich der Fluidströmung des Wärmetauschermediums verschaltet.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 ist eine höhere Wärmerekuperation möglich, also ein verbesserter Wärmeübertrag von dem kalten, zumindest teilweise beladenen Wasserstoffträgermedium (LOHC+) auf das erwärmte, zumindest teilweise entladene Wasserstoffträgermedium (LOHC-) in flüssiger Form. Die in dem flüssigen LOHC- ge speicherte Wärme kann unmittelbare zum Erwärmen, also zum Vorwärmen, des zumin- dest teilweise beladenen Wasserstoffträgermediums (LOHC+) genutzt werden. Dadurch ist es möglich, den Flüssig-Flüssig-Rekuperator 8a kleinbauend auszuführen. Der Trenn apparat 4a ist insgesamt kleinbauend ausgeführt.

Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf Fig. 7 und 8 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Konstruktiv identische Teile erhalten dieselben Bezugszei chen wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen, auf deren Beschreibung hiermit verwiesen wird. Konstruktiv unterschiedliche, jedoch funktionell gleichartige Teile erhal ten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten b.

Der wesentliche Unterschied gegenüber den vorherigen Ausführungsbeispielen besteht darin, dass ein dritter Wärmetauscherabschnitt 56 vorgesehen ist, der über die erste Wärmetauschermediumleitung 17 mit dem ersten Wärmetauschermediumspeicherbehäl ter 18 verbunden ist. Der dritte Wärmetauscherabschnitt 56 ist als Gaskühler ausgeführt. Der Gaskühler 56 weist eine Zuführöffnung 57 für das kalte, zumindest teilweise belade ne Wasserstoffträgermedium (LOHC+) auf. Der dritte Wärmetauscherabschnitt 56 weist ferner eine Abführöffnung 58 zum Abführen des in dem Gaskühler 50 erwärmten LOHC+ auf.

Der dritte Wärmetauscherabschnitt 56 ist oberhalb des Flüssigkeitspegels 66 angeordnet. Der dritte Wärmetauscherabschnitt 56 ist im Wesentlichen baugleich zu dem ersten Wärmetauscherabschnitt 5b ausgeführt.

Das in dem dritten Wärmetauscherabschnitt 56 vorgeheizte LOHC+ wird über eine Ver bindung sleitung 59 im zweiten Wärmetauscherabschnitt 8b an der zweiten Wärmetau- scher-Zuführöffnung 27 zugeführt. Der zweite Wärmetauscherabschnitt 8b ist als Flüs- sig-Flüssig-Rekuperator gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ausgeführt. Der erste Wärmetauscherabschnitt 5b ist mit dem zweiten Wärmetauscherabschnitt 8b über die zweite Wärmetauscher-Mediumrückführleitung 35 verbunden. Der erste Wärmetauscherabschnitt 5b ist als Vorkondensator ausgeführt und an der ersten Wärmetauscher-Mediumabführöffnung 25 über die Wärmetauscher- Mediumzwischenleitung 26 mit dem Dehydrierreaktor 2 verbunden.

Der erste Wärmetauscherabschnitt 5b ist an der Mediumabführöffnung 13 über die erste Mediumabführleitung 14 mit dem dritten Wärmetauscherabschnitt 56 verbunden.

An dem dritten Wärmetauscherabschnitt 56 ist eine zweite Medienabführleitung 60 ange schlossen, die mit der ersten Medienverwertungseinheit 15 verbunden ist.

Der dritte Wärmetauscherabschnitt 56 ist über eine Kondensatleitung 61 mit dem zweiten Wärmetauscherabschnitt 8b verbunden.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 werden die verfahrensbedingten Vorteile der Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 5 und 6 kombiniert. Dadurch, dass das Mediengemisch in dem ersten Wärmetauscherabschnitt 5b bereits vorkondensiert wird, ist ein Großteil des zweiten Mediums aus dem Mediengemisch bereits abgetrennt. Das so vorgereinigte Mediengemisch wird über die erste Medienabführleitung 14 dem dritten Wärmetauscher abschnitt 56 zugeführt. In dem Gaskühler 56 kann eine verbesserte Gaskühlung des Me- diengemischs mit dem kalten LOHC+ erfolgen. Das vorgewärmte LOHC+ wird dem Flüssig-Flüssig-Rekuperator 8b zugeleitet, wobei das in dem zweiten Wärmetauscherab schnitt 8b zusätzlich vorgewärmte LOHC+ in dem ersten Wärmetauscherabschnitt 5b zur Vorkühlung und/oder Vorkondensation des Mediengemischs verwendet wird.

Eine konkrete Ausgestaltung des Trennapparats 4b ist in Fig. 8 schematisch dargestellt. Der erste Wärmetauscherabschnitt 5b und der dritte Wärmetauscherabschnitt 56 sind in dem oberen Gehäusebereich des ersten Wärmetauscherabschnitt-Gehäuses 6 entlang der Gehäuselängsachse 9 hintereinander angeordnet. Entlang der Gehäuselängsachse 9 sind der erste Wärmetauscherabschnitt 5b und der dritte Wärmetauscherabschnitt 56 durch eine undurchlässige Trennwand 63 voneinander getrennt. Die Trennwand 63 erstreckt sich lediglich bereichsweise in einer Ebene senkrecht zur Gehäuselängsachse 9. Ferner ist eine Durchlassöffnung vorgesehen, an der ein Tropfenentfemer 62 angeordnet ist. Der Tropfenentfemer 62 ist als Drahtgestrick mit einer Maschenweite von 20 pm aus führt. Der Tropfenentfemer 62 kann auch als Metallfaservlies ausgeführt sein.

Das Mediengemisch, das dem ersten Wärmetauscherabschnitt 5b über die Medienge misch-Leitung 3 zugeführt wird, kann LOHC- in Dampfform und/oder in Tröpfchenform enthalten, die in dem Gasgemisch mitgeführt werden. Zur Entfernung von Dampf und/oder Tröpfchen ist der Tropfenentfemer 62 zwischen dem ersten Wärmetauscherab schnitt 5b und dem dritten Wärmetauscherabschnitt 56 angeordnet. Insbesondere stellt die Durchlassöffnung mit dem Tropfenentfemer 62 die erste Medienabführleitung 14 dar, die den ersten Wärmetauscherabschnitt 5b mit dem dritten Wärmetauscherabschnitt 56 verbindet.

In dem dritten Wärmetauscherabschnitt 56 ist eine Kondensat- Ablaufschräge vorgesehen, die als Kondensatleitung 61 dient. Das Mediengemisch, das aus dem ersten Wärmetau scherabschnitt 5b durch den Tropfenentfemer 62 in den dritten Wärmetauscherabschnitt 56 gelangt, kann noch kleinste Tröpfchen aufweisen, die über die Kondensatleitung 61 in den zweiten Wärmetauscherabschnitt 8b abgeleitet werden. Ferner kann im dritten Wär metauscherabschnitt 56 gebildetes LOHC-Kondensat über die Kondensatleitung 61 in den zweiten Wärmetauscherabschnitt 8b gelangen. Bevor das gereinigte Mediengemisch den dritten Wärmetauscherabschnitt 56 über die zweite Medienabführleitung 60 verlassen und einer ersten Medienverwertungseinheit 15 zugeführt werden kann, muss das gerei nigte Mediengemisch einen Aerosolabscheider 64 passieren, der gemäß dem gezeigten Ausfühmngsbeispiel als Metallfaservlies mit einer Maschenweite von 0, 1 pm aufweist.

Der Trennapparat 4b ermöglicht eine Vorkondensation des Mediengemischs in dem ers ten Wärmetauscherabschnitt 5b. Der Anteil an dampfförmigen LOHC- in dem Medien gemisch wird dadurch reduziert. Durch den Tropfenentfemer 62 erfolgt eine zuverlässige Tropfenentfernung aus dem Mediengemisch. Das kalte LOHC+ kann in dem dritten Wärmetauscherabschnitt 56 einen wesentlichen Teil der Wärmemenge des vorkondensierten Wasserstoffgases aufnehmen. Dadurch ist eine besonders effektive Kühlung des Wasserstoffgases möglich. Das aus dem Trennap parat 4b abgegebenen Wasserstoffgases weist höchstens eine Temperatur von bis zu 20°K mehr als die Temperatur des zugeführten, kalten LOHC+ auf.

In dem Flüssig-Flüssig-Rekuperator 8b erfolgt eine verbesserte Wärmerekuperation von dem LOHC- auf das LOHC+.

Der zweite Wärmetauscherabschnitt 8b weist einen Sensor 65 zur Füllstandsüberwa chung des Flüssigkeitspegels 66 auf. Der Sensor 65 kann auch über kommunizierende Röhren außerhalb des zweiten Wärmetauscherabschnitts 8b, insbesondere außerhalb des Trennapparats 4b, angeordnet sein. Die Füllstandüberwachung kann beispielsweise mit tels eines kontinuierlich arbeitenden Sensors oder mittels einer Zweipunktregelung erfol gen.

Der Sensor 65 ist insbesondere mit einer nicht dargestellten Steuerungseinrichtung in Signalverbindung, insbesondere kabelgebunden oder kabellos. Wenn ein kritischer Füll stand des Kondensats von LOHC- in dem zweiten Wärmetauscherabschnitt 8b erreicht wird, wird die zweite Medienabführöffnung 38 geöffnet, um das Kondensat des LOHC- aus dem Trennapparat 4b abzuführen und beispielsweise in einem zweiten Medien- Speicherbehälter 40 zu speichern. Es ist auch möglich, eine kontinuierliche Regelung durchzuführen, insbesondere mittels einer Zweipunktregelung im Überlauf.

Durch die kompakte Ausführung des Trennapparats 4b, in dem insbesondere drei Wär metauscherabschnitte 5b, 8b und 56 integriert sind, und in dem insbesondere ein Konden satabfall beinhaltet ist, wird eine besonders effektive Phasentrennung erzielt. Der Gasanteil in dem Kondensat von LOHC- und der Tröpfchenanteil in dem abgeführ ten Wasserstoffgas ist zusätzlich reduziert.

Bei dem gezeigten Trennapparat 4b wird das kalte LOHC+ mit einer Temperatur von unter 40°C zugeführt und durch den mehrstufigen Wärmetauscherprozess mit einer Tem peratur von über 295°C aus dem ersten Wärmetauscherabschnitt 5b abgeführt. Das Medi engemisch umfassend Wasserstoffgas und LOHC- wird mit einer Temperatur von über 200°C dem ersten Wärmetauscherabschnitt 5b zugeführt und verlässt den Trennapparat 4b im Bereich des dritten Wärmetauscherabschnitts 56 mit einer Temperatur von weniger als 60°C. Das in dem Trennapparat 4b kondensierte und im Bereich des zweiten Wärme tauscherabschnitts 8b gesammelte, verflüssigte LOHC- kann mit einer Temperatur von über 200°C aus dem Trennapparat 4b abgeführt werden.

Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf Fig. 9 ein viertes Ausführungsbeispiel der Er findung beschrieben. Konstruktiv identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei den ersten Ausführungsbeispielen, auf deren Beschreibung hiermit verwiesen wird. Konstruktiv unterschiedliche, jedoch funktionell gleichartige Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten c.

Der wesentliche Unterschied gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass der Trennapparat 4c zusätzlich zu dem ersten Wärmetauscherabschnitt-Gehäuse 6c ein zweites Wärmetauscherabschnitt-Gehäuse 53 aufweist, in dem der zweite Wärmetau scherabschnitt 8 integriert ausgeführt ist.

Wie in dem ersten Ausführungsbeispiel auch sind der erste Wärmetauscherabschnitt 5 und der zweite Wärmetauscherabschnitt 8 miteinander hydrostatisch verbunden. Da das erste Wärmetauscherabschnitt-Gehäuse 6c und das zweite Wärmetauscherabschnitt- Gehäuse 53 räumlich voneinander getrennt sind, ist mindestens eine und sind insbesonde re mehrere, entlang der Gehäuselängsachse 9 beabstandet zueinander angeordnete, zweite Medium-Verbindungsleitungen 54 vorgesehen. Die zweite Medium- Verbindungsleitungen 54 weisen jeweils eine Durchgangsöffnung 55 auf Durch die Durchgangsöffnungen 55 kann das zweite Medium aus dem ersten Wärmetauscherab schnitt 5 in den zweiten Wärmetauscherabschnitt 8 gelangen. Die zweiten Medium- Verbindungsleitungen 54 sind als vertikal orientierte Fallrohre ausgeführt, die als Ab- tropfkanal für das kondensierte zweite Medium dienen. Es ist denkbar, dass die zweiten Medium-Verbindungsleitungen 54 mit einer trichterförmigen Öffnung in das erste Wär metauscherabschnitt-Gehäuse 6c münden, um eine rückstandslose Abführung des Kon densats des zweiten Mediums aus dem ersten Wärmetauscherabschnitt 5 in den zweiten Wärmetauscherabschnitt 8 zu gewährleisten.

Aufgrund der räumlichen Trennung des ersten Wärmetauscherabschnitts 5 und des zwei ten Wärmetauscherabschnitts 8 ergibt sich auch eine räumliche Trennung der Strö mung sumlenkelemente 46 und 49, die im Einzelnen in Fig. 9 nicht dargestellt sind. We sentlich ist, dass sowohl die ersten Strömungsumlenkelemente 46 als auch die zweiten Strömungsumlenkelemente 49 jeweils Durchgangsöffnungen 47 bzw. 50 für die Wärme tauscherrohre 21 bzw. 30 aufweisen. Zusätzlich weist jedes der Strömungsumlenkele mente 46, 49 jeweils einen Freigabebereich 48 bzw. 51 auf, um eine gerichtete Strö mung sumlenkung des jeweiligen Fluids in dem ersten Wärmetauscherabschnitt 5 bzw. dem zweiten Wärmetauscherabschnitt 8 zu erzwingen.