Die vorliegende Patentanmeldung nimmt die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 10 2015 208 009.9 in Anspruch, deren Inhalt durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird. Die Erfindung betrifft eine Reaktor- Vorrichtung zum Freisetzen eines Gases aus einem Edukt.

Die WO 2014/044 706 AI offenbart einen Reaktor zum Freisetzen von Wasserstoffgas, also zum Dehydrieren, aus einem flüssigen Wasserstoff- trägermedium als Edukt. Die Strömung des Edukts in dem Reaktor, insbesondere durch eine Katalysatorpackung, verursacht Druckverlust und Strömungs-Totzonen. Die Strömung des Edukts in dem Reaktor ist kaum beeinflussbar. Eine Beheizung des Katalysators ist nur von unten möglich. Der Wärmeeintrag in das Reaktionsmedium, dem Edukt, ist beeinträchtigt. Das Reaktionsvolumen ist reduziert. Der Katalysator ist ineffektiv.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Reaktor- Vorrichtung zu schaffen, mit der ein Gas aus einem Edukt wirtschaftlich effizient freigesetzt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch eine Reaktor- Vorrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, dass eine Reaktor- Vorrichtung mindestens einen in einem Reaktorgehäuse angeordneten Einzel-Reaktor mit offener Geometrie aufweist. Die offene Geometrie ergibt sich dadurch, dass ein Edukt-Strömungskanal, in dem ein Katalysator eingebracht ist, mit einem oberhalb des Edukt-Strömungska- nals angeordneten Gas-Sammelraum zum Sammeln des aus dem Edukt freigesetzten Gases verbunden ist. Gas, insbesondere Wasserstoff, das aus dem, insbesondere in flüssiger Form vorliegenden, Edukt, insbesondere ein liquid organic hydrogen carrier (LOHC) oder ein anderes hydriertes Material, freigesetzt worden ist, kann selbsttätig aus dem Edukt-Strömungskanal in den Gas -Sammelraum strömen und dort gesammelt werden. Das gesammelte Gas kann anschließend aus dem Einzel-Reaktor in das Reaktor- gehäuse und aus der Reaktor- Vorrichtung abgeführt werden. Das Reaktorgehäuse ist insbesondere ein Druckbehälter, der insbesondere entlang einer Längsachse eine konstante Geometrie, insbesondere eine konstante Querschnittsfläche, aufweist. Quer und insbesondere senkrecht zu der Längsachse ist eine Bodenplatte des Einzel-Reaktors orientiert. Der Edukt- Strömungskanal dient zum Durchströmen von Edukt und verläuft insbesondere entlang der Bodenplatte. Der Edukt-Strömungskanal gibt eine Edukt-Strömungsrichtung vor. Die Strömung des Edukts ist kanalisiert. Trotz offener Geometrie der Reaktor- Vorrichtung folgt das flüssige Edukt einer gezielten Strömungsrichtung. Es ist möglich, hohe Verweilzeiten für das Edukt in der Reaktor- Vorrichtung, insbesondere in dem Einzel- Reaktor, zu gewährleisten. Aufgrund der hohen Verweilzeit des Edukts in dem Einzel-Reaktor ist die Reaktionsrate der Reaktor- Vorrichtung erhöht. Die Menge des freigesetzten Gases aus dem Edukt ist erhöht. Die Edukt- Strömungsrichtung ist insbesondere in einer Edukt-Strömungsebene ange- ordnet, die parallel zur Bodenplatte ausgerichtet ist. In dem Edukt- Strömungskanal ist ein Katalysator vorgesehen. Der Katalysator begünstigt das Freisetzen des Gases aus dem Edukt. Das Edukt kontaktiert den Katalysator unmittelbar. Eine Wärme-Einheit dient zum, insbesondere unmittelbaren, Erwärmen des Katalysators und/oder des Edukts. Die erfmdungs- gemäße Reaktor- Vorrichtung ermöglicht eine verbesserte Wärmeübertragung von der Wärme-Einheit in den Katalysator und/oder in das Edukt. Insbesondere ermöglicht die erfindungsgemäße Reaktor- Vorrichtung ein erhöhtes Verhältnis von Oberfläche der Wärme-Einheit zu Volumen von Edukt und/oder Katalysator. Der Wärmeeintrag von der Wärme-Einheit in den Katalysator und/oder in das Edukt ist erhöht. Für einen rechtwinkligen Strömungskanal mit einer Kanalbreite von etwa 2 cm und einer Kanallänge von etwa 1 m beträgt das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen etwa 150 m ^"1 .

Aufgrund der offenen Geometrie der Reaktor- Vorrichtung und insbesondere des Einzel-Reaktors ist die Freisetzung des Wasserstoffs vereinfacht und damit begünstigt. Dadurch ist die Reaktion, mit der aus einem reduzierten Volumen des flüssigen Edukts ein überproportional großes Gas-Volumen abtrennbar ist, unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten sinnvoll durchführbar. Es ist insbesondere möglich, das theoretisch abtrennbare Gasvolumen gezielt abzuführen und einer weiteren Verwendung, insbesondere einer Verwertung, insbesondere in einer Brennstoffzelle, zuzuführen. Das Gas- Volumen ist bis zu 700mal größer als das Volumen des flüssigen Edukts. Dadurch, dass die Reaktor- Vorrichtung und insbesondere der Einzel- Reaktor mit einer offenen Geometrie ausgeführt ist, kann das freigesetzte Gas unmittelbar und insbesondere selbsttätig aus dem Edukt- Strömungskanal in den Gas-Sammelraum gelangen. Es ist insbesondere nicht erforderlich, das freigesetzte Gas entlang des Edukt-Strömungskanals gemeinsam mit dem Edukt zu fördern. Insbesondere wird dadurch vermieden, dass am Ende des Edukt-Strömungskanals das Reaktionsgas mit großer Geschwindigkeit austritt. Ferner ist der Austrag des Trägermaterials, insbesondere des LOHC reduziert. Eine Blockade des Katalysators durch Gas ist vermieden. Die Handhabung und das Betreiben der Reaktor- Vorrichtung sind vereinfacht. Unfallrisiken und insbesondere das Risiko einer Beschädigung des Reaktors sind reduziert. Die Reaktor- Vorrichtung ist insbesondere modular aufgebaut. Das bedeutet, dass auch mehr als ein Einzel-Reaktor in der Reaktor- Vorrichtung angeordnet sein kann. Durch die Modularität kann ein Einzel-Reaktor flexibel und insbesondere mit re- duziertem Montageaufwand in dem Reaktorgehäuse montiert bzw. demontiert werden. Die Veränderung der Anzahl der Einzel-Reaktoren in der Reaktor-Vorrichtung ist unkompliziert. Die Reaktor- Vorrichtung kann durch Verändern der Anzahl der Einzel-Reaktoren unkompliziert an ein ge- wünschtes bzw. gefordertes Arbeitsvolumen des freizusetzenden Gases an- gepasst werden. Die Einzel-Reaktoren können entlang der Längsachse derart angeordnet sein, dass die jeweiligen Bodenplatten parallel zueinander, beabstandet angeordnet sind. Jeder Einzel-Reaktor ermöglicht ein konkretes, insbesondere festlegbares Reaktionsvolumen, also ein vorgegebenes Gasvolumen, das aus dem Edukt abtrennbar ist. Durch die Erhöhung der Anzahl der Einzel-Reaktoren wird unmittelbar das Gesamt-Gasvolumen, das aus dem Edukt abtrennbar ist, erhöht. Insbesondere ist es durch die modulare Bauweise der Reaktor- Vorrichtung möglich, durch unmittelbares Verändern der Anzahl der Einzel-Reaktoren, das Reaktionsvolumen der Reaktor- Vorrichtung für eine bevorstehende Reaktion individuell anzupassen. Die Reaktor- Vorrichtung ist an eine durchzuführende Reaktion hinsichtlich der Reaktionsleistungsmerkmale flexibel anpassbar.

Der Einzel-Reaktor ist insbesondere unkompliziert herstellbar. Insbesonde- re ist der Edukt-Strömungskanal durch Leitbleche und/oder Wärmeübertragerrohre festgelegt. Der Edukt-Strömungskanal ist entlang der Edukt- Strömungsrichtung seitlich durch Begrenzungselemente begrenzt. Begrenzungselemente können beispielsweise Leitbleche und/oder Wärmeübertragerrohre und/oder das Reaktorgehäuse selbst, insbesondere eine Seiten- wand des Reaktorgehäuses, sein. Die Leitbleche und/oder Wärmeübertragerrohre können vorgebogen sein. Der fertigungstechnische Aufwand ist reduziert. Die Wärme-Einheit ermöglicht insbesondere ein direktes Erwärmen des Katalysators, also des Katalysatormaterials. Insbesondere ist es möglich, den Katalysator als lose Schüttung von Katalysator-Partikeln entlang des Edukt-Strömungskanals anzuordnen. Die Höhe der Schüttung entspricht insbesondere der Höhe der Begrenzungselemente, insbesondere der Wärmeübertragerrohre und/oder der Leitbleche. Die Leitbleche können insbesondere direkt beheizt werden. Der Wärmeübergang von der Wärme- Einheit in den Katalysator ist dadurch verbessert. Die Reaktor- Vorrichtung, insbesondere die Teile des Reaktor-Gehäuses, die unmittelbar mit dem Katalysatormaterial in Berührung kommen oder zumindest katalysatornah, also reaktionsnah, angeordnet sind, kann aus Metall, insbesondere aus Kupfer oder Messing, hergestellt sein. Insbesondere sind die Teile des Reaktor-Gehäuses, aufweichen das Katalysatorma- terial als lose Schüttung aufgebracht ist, also beispielsweise eine Bodenwand und/oder die Begrenzungselemente, aus gut wärmeleitfähigem Material hergestellt. Überraschend wurde gefunden, dass die Reaktionsbedingungen für die endotherme Reaktion im Reaktor durch diese Materialien aufgrund ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit verbessert sind. Insbesondere ist Wärmetransport in die endotherme Reaktion verbessert. Insbesondere können die Bodenplatte und/oder der Edukt-Strömungskanal bzw. die den Edukt-Strömungskanal begrenzenden Elemente wie Leitbleche und/oder Wärmeübertragerelemente, aus diesen Materialien hergestellt sein. Eine Reaktor- Vorrichtung, bei der der Edukt-Strömungskanal entlang einer ersten Länge unmittelbar mit dem Gas -Sammelraum verbunden ist, vereinfacht das Entweichen des Gases aus dem Edukt. Insbesondere beträgt die erste Länge mindestens die Hälfte einer Gesamtlänge des Edukt- Strömungskanals, insbesondere mindestens 60%, insbesondere mindestens 80%, insbesondere mindestens 90%, insbesondere mindestens 95% und insbesondere höchstens 100% der Gesamtlänge. Dadurch ist gewährleistet, dass das freigesetzte Gas über einen Großteil der Länge des Edukt- Strömungskanals und insbesondere entlang der Gesamtlänge des Edukt- Strömungskanals frei nach oben in den Gas-Sammelraum selbsttätig entweichen kann. Insbesondere gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Reaktor- Vorrichtungen mit geschlossener, rohrförmiger Geometrie, bei der das freigesetzte Gas, insbesondere Wasserstoff, nur in Flussrichtung transportiert und abgegeben werden kann, ergibt sich eine erhöhte Reaktivität für die Reaktor- Vorrichtung.

In einer Reaktorvorrichtung, bei der der Gas-Sammelraum ein Gas- Sammelraum- Volumen aufweist, das größer ist als das Volumen des Edukt-Strömungskanals, ist das Freisetzen des Gases aus dem Edukt nicht behindert. Das freigesetzte Gasvolumen, das bis zu 700 Mal größer ist als das Volumen des flüssigen Edukts, ist räumlich nicht beschränkt. Das freigesetzte Gas, insbesondere Wasserstoffgas, kann sich unbehindert entwickeln und insbesondere frei aus dem Edukt-Strömungskanal entweichen. Das Gas-Sammelraum- Volumen ist um ein Vielfaches größer als das Edukt-Strömungskanal- Volumen, wobei das Vielfache größer ist als 1. Das Gas-Sammelraum- Volumen beträgt insbesondere mehr als 150 % des Volumens des Edukt-Strömungskanals, insbesondere mindestens 200 %, insbesondere mindestens 300 %, insbesondere mindestens 400 %, insbesondere mindestens 500 %, insbesondere mindestens 750 %, insbesondere min- destens 1000 % und insbesondere höchstens 10.000 % des Volumens des Edukt- S trömungskanals .

Eine Reaktor- Vorrichtung, bei der eine Gasströmungs-Richtung quer und insbesondere senkrecht zur Edukt-Strömungsrichtung orientiert ist, ermög- licht ein ungehindertes Freisetzen des Gases aus dem Edukt. Die Gas- Strömungsrichtung ist durch den Edukt-Strömungskanal als Gasquelle und den Gas-Sammelraum als Gas-Ziel festgelegt. Die Gas-Strömungsrichtung ist von dem Edukt-Strömungskanal zu dem Gas -Sammelraum orientiert.

Eine Reaktor- Vorrichtung, bei der der Edukt-Strömungskanal dem Gas- Sammelraum zugewandt offen ausgeführt ist, ermöglicht ein selbsttätiges Entweichen des freigesetzten Gases, insbesondere von Wasserstoffgas. Insbesondere ist ein Abdecken des Edukt-Strömungskanals entbehrlich. Der Edukt-Strömungskanal ist unkompliziert ausgeführt. Die Herstellung des Edukt-Strömungskanals ist vereinfacht und dadurch kostengünstig.

Eine Reaktor- Vorrichtung mit mindestens einer Gas-Abführöffnung des Gas-Sammelraums dient zum gezielten Abführen des Gases aus dem Gas- Sammelraum. An der mindestens einen Gas-Abführöffnung können jeweils geeignete Gas-Abführleitungen angeschlossen sein. Über die Gas- Abführleitungen kann das Gas aus dem Gas-Sammelraum einer Weiterverwendung gezielt zugeführt werden. Insbesondere können mehrere Gas- Abführöffnungen vorgesehen sein. Ein Durchflussquerschnitt, der durch die mindestens eine Gas-Abführöffnung für abzuführendes Gas bereitgestellt ist, ermöglicht das Abführen des Gases mit ausreichender Durchflussrate. Ein Überdruck in dem Gas -Sammelraum aufgrund einer Abflussbehinderung ist verhindert. Die mindestens eine Gas-Abführöffnung ist insbesondere mit rundem Querschnitt ausgeführt. Die Gas-Abführöffnung kann auch einen anderen Querschnitt aufweisen. Eine an der Gas- Abführöffnung angeordnete Gas-Abführleitung soll das freigesetzte Gas, insbesondere Wasserstoff, insbesondere ohne Einfluss einer Konvektions- wirkung, aus dem Druckbehälter ausströmen lassen. Die Gas- Abführleitung ist insbesondere in einem unteren Bereich des Druckbehäl- ters, also in einem Bodenbereich des Druckbehälters, angeordnet. Es ist aber grundsätzlich denkbar, dass die Gas-Abfuhrleitungen in einer anderen Anordnung im Druckbehälter vorgesehen sind. Eine Reaktor- Vorrichtung, bei der der Katalysator als lose Schüttung von Katalysator-Partikeln vorliegt, ermöglicht eine unkomplizierte und flexible Ausrüstung des Einzel-Reaktors mit dem Katalysator. Es ist beispielsweise denkbar, den Katalysator in Abhängigkeit der durchzuführenden Reaktion zu tauschen, indem die lose Schüttung eines ersten Katalysators von der Bodenplatte entfernt und eine lose Schüttung eines zweiten Katalysators auf der Bodenplatte angeordnet wird. Die Katalysator-Partikel liegen insbesondere als Pellets, also als Einzelpartikel vor. Der durchschnittliche Durchmesser liegt in einem Bereich von 0,01 mm bis 20 mm, insbesondere von 0,05 mm bis 10 mm, insbesondere von 0,1 mm bis 8 mm, insbesondere von 0,5 mm bis 5 mm und insbesondere von 1 mm bis 3 mm. Die Katalysator-Partikel sind auf der Bodenplatte und insbesondere in dem offenen Edukt-Strömungskanal angeordnet, der von dem Edukt durchströmt wird. Als Katalysatoren, insbesondere für die Dehydrierung von LOHC, werden insbesondere Mischungen aus mindestens einem Metall oder einem Me- talloxid mit einem Trägermaterial, insbesondere Edelmetalle, und einem anorganischen Trägermaterial, verwendet. Eine Mischung kann beispielsweise Platin mit Aluminiumoxid und Platin mit Kohlenstoff oder andere Metalle wie Nickel, Palladium, Rhodium, Gold, Iridium, Osmium, Rhenium, Kupfer und/oder Eisen sein.

Eine Reaktor- Vorrichtung, bei der die Wärme-Einheit mindestens einen von Wärmeträgermedium durchströmten Wärmeträger- Strömungskanal aufweist, ermöglicht eine vergleichsweise hohe Verweilzeit des Wärmeträgermediums in dem Einzel-Reaktor, bei gleicher Strömungsgeschwindig- keit. Das Verhältnis von Oberfläche der Wärme-Einheit zu Volumen von Edukt und/oder Katalysator ist zusätzlich erhöht. Gegenüber einer elektrischen Heizung weist ein Wärmeträgermedium einen Kostenvorteil auf. Zudem ist die Integration einer elektrischen Heizung in ein bereits bestehen- des Wärmenetzwerk kompliziert. Die Wärme-Einheit mit einem Wärmeträgermedium kann unkompliziert an ein bereits bestehendes Wärmenetzwerk angeknüpft werden. Darüber hinaus ist es möglich, Abwärme des Wärmeträgermediums für andere Prozesse zu nutzen. Der Wärmeträger- Strömungskanal weist eine Rohrleitung auf, wobei dafür geschlossene Rohre vorgesehen sind. Es kann Halbzeug aus dem Stahlbau verwendet werden. Die Rohre für den Wärmeträger-Strömungskanal können verschieden geformte Querschnitte aufweisen wie beispielsweise rund, viereckig, vieleckig, oval, sternförmig, wobei die Außenfläche eine gewisse Mindest-Rauhigkeit und/oder eine Beschichtung aufweisen kann. Als Be- Schichtung kann beispielsweise ein Katalysator oder ein Rauhigkeitsbildner dienen. Die Wanddicke der Rohre für den Wärmeträger-Strömungskanal ist möglichst gering zu wählen. Die Mindest- Wanddicke der Rohre kann in Abhängigkeit der Festigkeitsanforderungen beispielsweise mindestens 0,5 mm betragen. Es ist auch denkbar, dass die Mindest- Wanddicke 1,0 mm oder mehr beträgt. Der Wärmeträger-Strömungskanal ist insbesondere entlang der Bodenplatte und insbesondere beabstandet zu der Bodenplatte angeordnet. Der Wärmeträger-Strömungskanal ist insbesondere fest mit der Bodenplatte verbunden, beispielsweise mittels mehrerer punktförmiger Verbindungsstellen, insbesondere Schweißpunkte. Die Verbindungsstellen dienen gleichzeitig als Abstandshalter. Der Wärmeträger-Strömungskanal ist insbesondere parallel zur Bodenplatte und insbesondere quer und/oder parallel zum Edukt- Strömungskanal orientiert. Insbesondere ist die Wärmeträgermedium-Strömungsrichtung der Edukt-Strömungsrichtung entgegengesetzt. Eine Wärmeübertragung von dem Wärmeträgermedium auf das Edukt erfolgt bevorzugt im Gegenstromverfahren, da es hinsichtlich der Wärmeübertragung besonders effektiv ist. Alternativ ist es möglich, die Wärmeübertragung im Gleichstrom- oder im Kreuzstromverfahren durchzuführen. Anstelle eines rohrförmigen Wärmeträger- Strömungskanals kann die Wärme-Einheit als Brenner mit einem unterhalb des Katalysators angeordneten, abgeschlossenen Raum zur direkten Beheizung ausgeführt sein. Grundsätzlich sind verschiedene Beheizungsmöglichkeiten denkbar, die von anderen Reaktor- Vorrichtungen bekannt sind. Wesentlich ist, dass die Bodenplatte des Einzel-Reaktors im Wesentlichen flächig und homogen beheizt wird. Eine Reaktor- Vorrichtung mit den Edukt-Strömungskanal festlegenden, seitlichen Strömungsleit-Elementen vereinfacht eine gezielte Festlegung des Edukt-Strömungskanals. Seitliche Strömungsleit-Elemente können beispielsweise durch den Wärmeträger-Strömungskanal selbst oder an der Bodenplatte angebrachte, also zusätzliche Strömungsleit-Elemente, ausgeführt sein. Es ist aber auch denkbar, dass an der Bodenplatte des Einzel-Reaktors eine Struktur derart aufgebracht wird, dass der Edukt-Strömungskanal an der Bodenplatte beispielsweise durch Fräsen, eingearbeitet wird. In diesem Fall erfolgt die Herstellung des Edukt-Strömungskanals durch ein spanendes Fertigungs Verfahrens. Die Flexibilität hinsichtlich der Festlegung der Geometrie des Edukt-Strömungskanals ist bei einer Strukturierung der Oberfläche verbessert.

Eine Reaktor- Vorrichtung, bei der das Reaktorgehäuse und/oder der Einzel-Reaktor eine Wärme-Isolationsschicht aufweisen, weist reduzierte Wärmeverluste auf. Insbesondere ist eine Wärme-Isolationsschicht an einer der Wärme-Einheit abgewandten Unterseite der Bodenplatte angeordnet. Der Wirkungsgrad der Reaktor- Vorrichtung ist verbessert. Eine Reaktor- Vorrichtung mit einer Aufreinigungs-Einheit zum Abscheiden von mitgerissenem und/oder verdampftem Edukt in dem freigesetzten Gas verbessert die Qualität, insbesondere die Reinheit, des Reaktionsprodukts. Infolge der Reaktion ist es kaum vermeidbar, dass Edukt- Bestandteile in dem freigesetzten Gas verbleiben. Mittels der Aufreinigungs-Einheit, die insbesondere an den Gas-Sammelraum anschließbar ist, werden diese unerwünschten Edukt-Bestandteile entfernt. Insbesondere erfolgt das Entfernen dieser Bestandteile durch ein Gewebematerial, insbesondere einen Gewebemantel, durch den das Gas/Edukt-Gemisch, insbe- sondere beim Austreten aus dem Gas-Sammelraum durch die mindestens eine Gas-Abführöffnung, strömt. Der Gewebemantel dient als Tröpfchenfänger für mitgeschlepptes, dehydriertes Edukt, insbesondere dehydriertes LOHC. Der Gewebemantel ist insbesondere zwischen übereinander angeordneten Bodenplatten und/oder in Form eines Filters an einer Gas- Abführöffnung angeordnet. Die Aufreinigungs-Einheit ist insbesondere als Tröpfchenfänger ausgeführt. Das Gewebe kann beispielsweise gewebte Fasern, orientierte Fasern, unorientierte und zu einem Vlies verpresste Fasern aufweisen. Das Gewebe kann homogen, beispielweise aus Textil oder Kunststoff, oder aus verschiedenen anderen Materialien ausgeführt sein.

Alternativ kann das Abscheiden auch durch Kondensation und/oder Adsorption erfolgen.

Eine Reaktor- Vorrichtung, bei der das Reaktorgehäuse im Wesentlichen zylinderförmig ausgeführt ist, ermöglicht eine besonders kompakte und platzsparende Anordnung mehrerer kreisförmiger oder ringförmiger Bodenplatten von Einzel-Reaktoren entlang der Längsachse des Reaktorgehäuses. Die Einzel-Reaktoren sind entlang der Längsachse beabstandet zu- einander angeordnet. Der Abstand entlang der Längsachse zwischen zwei benachbarten Einzel-Reaktoren beträgt insbesondere mindestens 10 mm.

Eine Reaktor- Vorrichtung, bei der die Wärme-Einheit einen spiralförmigen Wärmeträger-Strömungskanal aufweist, ermöglicht eine vergrößerte Strömungslänge des Wärmeträgermediums in der Wärme-Einheit. Der Wärmeeintrag von dem Wärmeträgermedium über den Wärmeträger-Strömungskanal auf das Edukt und/oder Katalysator im Edukt-Strömungskanal ist verbessert. Der Wärmeträger-Strömungskanal kann in Form einer archime- dischen Spirale oder einer logarithmischen Spirale ausgeführt sein. Insbesondere ist der Edukt-Strömungskanal als Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Spiralwindungen des Wärmeträger-Strömungskanal ausgeführt. Das bedeutet, dass zwei benachbarte Spiralwindungen als Strö- mungsleit-Elemente dienen. Die Verweildauer des Edukts in dem Edukt- Strömungskanal ist vergrößert. Die Strömungslänge und damit die Verweildauer des Edukts in dem Einzel-Reaktor ist erhöht. Dadurch ist die offene Geometrie, also die Ausströmfläche von dem Edukt-Strömungskanal in den Gas-Sammelraum vergrößert. Das Volumen des freizusetzenden Gases ist erhöht. Insbesondere ist die Gesamtlänge des Edukt-Strömungs- kanals erhöht. Der Edukt-Strömungskanal ist besonders unkompliziert und unaufwendig ausgeführt.

Eine Reaktor- Vorrichtung mit einer Sammelkammer des Einzel-Reaktors ermöglicht eine besonders effektive Zu- und Abführung des Wärmeträger- mediums und/oder des Edukts. Die Sammelkammer ist insbesondere zentral und insbesondere konzentrisch zur Längsachse des Reaktorgehäuses angeordnet. Über die Sammelkammer ist die Verbindung von zwei benachbarten Einzel-Reaktoren entlang der Längsachse vereinfacht. Die Sammelkammer kann ein Sammelkammer-Gehäuse aufweisen, an dem, insbesondere an Sammelkammer-Stirnflächen, Sammelkammer- Verbindungselemente angeordnet sein können, die das modulare Verbinden von Einzel-Reaktoren begünstigt. Beispielsweise können in der Sammelkammer angeordnete Wärmeträgermedium- und/oder Edukt-Leitungen über standardisierte Verbindungsschnittstellen vereinfacht miteinander verbindbar sein. Insbesondere ist eine zentrale Zu- und Abfuhr von Wärmeträgermedium und/oder Edukt über die miteinander verbundenen Sammelkammern der Einzel-Reaktoren effektiv möglich. Die Reaktor- Vorrichtung kann auch ein Reaktorgehäuse aufweisen, das im Wesentlichen quaderförmig oder prismenförmig ausgeführt ist. Die Bodenplatten der Einzel-Reaktoren sind entsprechend polygonförmig, insbesondere rechteckförmig, ausgeführt. Die Bodenplatten können auch dreieckig, fünfeckig, sechseckig oder in einer anderen Form ausgeführt sein.

Eine Reaktor- Vorrichtung, bei der der Edukt-Strömungskanal durch flächige, sich von der Bodenplatte insbesondere senkrecht wegerstreckende, Leitelemente festgelegt ist, ermöglicht eine unkomplizierte und gezielte Festlegung des Edukt-Strömungskanals. Insbesondere dienen Leitbleche als Leitelemente. Die Leitbleche können flexibel und zuverlässig mit der Bodenplatte beispielsweise durch Anschweißen verbunden werden. Es ist auch denkbar, dass die Leitbleche mittels einer an der Bodenplatte vorgesehenen Rasterstruktur veränderlich festlegbar sind. Dazu können in einer Rasteranordnung vorgesehene Bohrungen in der Bodenplatte vorgesehen sein. In die Bohrungen können Halteelemente eingeführt werden, die zur klemmenden Halterung der Leitbleche dienen. Es ist auch denkbar, dass an einer unteren Stirnseite der Leitbleche Haltezapfen einstückig angeformt sind, die in die Bohrungen der Bodenplatte eingesetzt werden. Der Edukt- Strömungskanal ist entlang der rechteckförmigen Bodenplatte insbesondere mäanderförmig ausgeführt. Dadurch ist die Verweildauer des Edukts in dem Einzel-Reaktor und damit die Reaktivität der Reaktor- Vorrichtung insgesamt erhöht. Eine Reaktor- Vorrichtung, bei der die Bodenplatte ein von einer Edukt- Zuführöffnung zu einer Edukt- Abführöffnung gerichtetes Gefälle aufweist und/oder eine Edukt-Förderpumpe vorgesehen ist, gewährleistet eine zuverlässige Edukt-Strömung durch den Einzel-Reaktor. Das Risiko, dass ein Edukt-Stau das Reaktionsvolumen des freizusetzenden Gases beeinträch- tigt, ist reduziert.

Sowohl die in den Patentansprüchen angegeben Merkmale als auch die in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Vorrichtung angegebenen Merkmale sind jeweils für sich alleine oder in Kom- bination miteinander geeignet, den erfindungsgemäßen Gegenstand weiterzubilden. Die jeweiligen Merkmalskombinationen stellen hinsichtlich der Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes keine Einschränkung dar, sondern weisen im Wesentlichen lediglich beispielhaften Charakter auf. Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine geschnittene, schematische Gesamtansicht einer Reaktor- Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 eine vergrößerte, perspektivische Ansicht eines Einzel-Reaktors der Reaktor- Vorrichtung in Fig. 1 und Fig. 3 eine Fig. 2 entsprechende Darstellung eines Einzel-Reaktors gemäß einem zweiten Ausfuhrungsbeispiel.

Eine in Fig. 1 und 2 dargestellte Reaktor- Vorrichtung 1 dient zum Freiset- zen von Wasserstoff aus flüssigem LOHC. Die Reaktor- Vorrichtung 1 ist eine Dehydrier- Vorrichtung. Die Reaktor- Vorrichtung 1 ist ein Platten- Dehydrierer. Grundsätzlich ist die Reaktor- Vorrichtung zum Freisetzen eines Gases aus einem, insbesondere flüssigen, Edukt geeignet. Die Reaktor- Vorrichtung 1 weist ein schematisch dargestelltes Reaktorgehäuse 2 auf. Das Reaktorgehäuse 2 ist im Wesentlichen zylinderförmig ausführt und weist eine Längsachse 3 auf. Das Reaktorgehäuse 2 ist ein Druckbehälter. In dem Reaktorgehäuse 2 sind entlang der Längsachse 3 gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel sechs Einzel-Reaktoren 4 angeordnet. Die Einzel-Reaktoren 4 sind jeweils identisch ausgeführt. Durch die Erhöhung der Anzahl der Einzel-Reaktoren 4 kann die Leistungsfähigkeit der Reaktor-Vorrichtung 1, insbesondere das Reaktionsvolumen, gesteigert werden. Die Einzel-Reaktoren 4 sind entlang der Längsachse 3 im Wesentlichen beliebig oft miteinander verbindbar. Die Reaktor- Vorrichtung 1 ist modular aufgebaut. Die Ergänzung bzw. Entnahme von Einzel-Reaktoren 4 ist unkompliziert und insbesondere mit reduziertem Montageaufwand möglich. Die Einzel-Reaktoren 4 weisen jeweils eine ringförmige Bodenplatte 5 mit einer zentrischen Öffnung auf. Die ringförmige Bodenplatte 5 ist zur Längsachse 3 durch einen inneren Zylindersteg 6 und zu dem Reaktorgehäuse 2 mit einem äußeren Zylindersteg 7 begrenzt. Durch die ringförmige Bodenplatte 5, den inneren Zylindersteg 6 und den äußeren Zylindersteg 7 ist ein Reaktionsraum des Einzel-Reaktors 4 begrenzt. Der Reaktionsraum des Einzel-Reaktors 4 ist nach oben, also in einer von der Bodenplatte 5 weggerichteten Richtung offen ausgeführt. Innerhalb des inneren Zylinderstegs 6 ist eine Sammelkammer 8 angeordnet. Die Sammelkammer 8 ist im Wesentlichen zylinderförmig ausgeführt und dient zum Versorgen des Einzel-Reaktors 4 mit Wärmeträgermedium, das beispielsweise mit dem Handelnamen Marlotherm SH von Sasol vertrieben wird, und Edukt, also LOHC. Über die Sammelkammer 8 sind die Einzel-Reaktoren 4 miteinander koppelbar. Insbesondere sind die in der Sammelkammer 8 vier angeordneten Zu-/ Abführleitungen miteinander koppelbar. Es ist möglich, eine zentrale Versorgungs-Einheit vorzusehen, die die miteinander verbundenen Sammelkammern 8 der Einzel-Reaktoren 4 mit Edukt und Wärmeträgermedium versorgt.

In der Sammelkammer 8 ist eine Wärmeträgermedium-Zuführleitung 9 vorgesehen, die aus dem inneren Zylindersteg 6 und benachbart zur Bodenplatte 5 in den Reaktionsraum eintritt. Innerhalb des Reaktionsraums ist durch die Wärmeträgermedium-Rohrleitung ein spiralförmiger Wärmeträ- ger-Strömungskanal 10 gebildet, der sich ausgehend von dem inneren Zylindersteg 6 als archimedische Spirale nach außen ergibt. Zwei benachbarte Spiralleitungen des Wärmeträger-Strömungskanals 10 weisen einen identischen, radial zur Längsachse 3 orientierten Abstand auf. Der Wärmeträger- Strömungskanal 10 ist in einer Wärmeträgerebene, die parallel zur Boden- platte 5 orientiert ist, angeordnet. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Spirale des Wärmeträger- Strömungskanals 10 derart ausgeführt, dass vier vollständige Umläufe um die Längsachse 3 der Wärmeträger-Rohrleitung vorgesehen sind. Benachbart zu der Bodenplatte 5 ist die Wärmeträger- Rohrleitung durch den äußeren Zylindersteg 7 herausgeführt und mittels einer Wärmeträgermedium-Rückführleitung 11 zur Sammelkammer 8 zurückgeführt. Über die Sammelkammer 8 können die Wärmeträgermedium-Zuführleitung 9 und die Wärmeträgermedium-Rückführleitung 11 mit einer externen Wärmeträgermedium- Versorgung verbunden sein.

Die Wärmeträgermedium- Strömungsrichtung ist also entlang des Wärmeträger-Strömungskanals 10 spiralförmig von innen, dem inneren Zylindersteg 6, nach außen, zu dem äußeren Zylindersteg 7, orientiert. Durch die spiralförmige Anordnung des Wärmeträger-Strömungskanals 10 ergeben sich Zwischenräume, entweder zwischen dem inneren Zylindersteg 6 und dem Wärmeträger- Strömungskanal 10, zwischen zwei benachbarten Windungen des Wärmeträger- Strömungskanals 10 oder zwischen dem Wärmeträger-Strömungskanal 10 und dem äußeren Zylindersteg 7. Diese Zwi- schenräume sind im Wesentlichen ebenfalls spiralförmig ausgeführt. Diese Zwischenräume bilden einen Edukt-Strömungskanal 12. Die Zufuhr des Edukts zu dem Edukt-Strömungskanal 12 erfolgt über eine Edukt- Zuführleitung 13 am äußeren Zylindersteg 7. An dem inneren Zylindersteg 6 wird das Edukt über die Edukt- Abführleitung 14 der Sammelkammer 8 abgeführt. Das Edukt strömt also bezogen auf die Längsachse 3 im Wesentlichen von außen nach innen. Die Edukt-Strömungsrichtung ist der Wärmeträger- Strömungsrichtung entgegengesetzt orientiert. Der Wärmeaustausch erfolgt im Gegenstromverfahren und ist dadurch besonders effizient. Mittels Edukt-Zuführleitung 13 und Edukt- Abführleitung 14 ist eine zentrale Versorgung mit Edukt aus einem Edukt-Speicher 15 der gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel im Bodenbereich des Reaktorgehäuses 2 angeordnet sein kann, möglich. Es ist auch denkbar, dass in der Sammelkammer 8 eine zentrale Heizung angeordnet ist. Der Wärmeträger-Strömungskanal kann dann entbehrlich sein. In dem Edukt-Strömungskanal 12 ist ein Katalysator in Form einer losen Schüttung von Katalysator-Partikeln vorgesehen. Edukt, das entlang des Edukt-Strömungskanals 12 strömt, kommt unmittelbar mit dem Katalysator in Kontakt. Um die Strömung des Wärmeträgermediums durch den Wärmeträger- Strömungskanal 10 zu verbessern und insbesondere eine kontinuierliche Strömung zu gewährleisten, kann ein geschlossenes Kreislauf- Leitungssystem vorgesehen sein, entlang dessen eine nicht dargestellte Förderpumpe zum Fördern des Wärmeträgermediums vorgesehen ist. Ent- sprechend kann der Edukt-Strömungskanal 12 zur Strömungsbegünstigung mit einem Gefälle ausgeführt sein, dass von der Edukt-Zuführleitung 13 zu der Edukt- Abführleitung 14 hin ausgeführt ist. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel des Einzel-Reaktors 4 in Fig. 2 könnte die Bodenplatte 5 mit einem Gefälle von dem äußeren Zylindersteg 7 hin zu dem inneren Zy- lindersteg 6 ausgeführt sein. In diesem Fall ist die Bodenplatte kegel- stumpfförmig ausgeführt.

Der Edukt-Strömungskanal 12 ist nach oben offen ausgeführt. Insbesondere ist eine obere Abdeckung des Edukt-Strömungskanals 12 nicht vorgese- hen. Der Edukt-Strömungskanal 12 ist entlang seiner gesamten Länge nach oben geöffnet ausgeführt und damit unmittelbar mit einem darüber sich befindlichen Gas-Sammelraum 16 verbunden. Der Gas-Sammelraum 16 ist innerhalb des Einzel-Reaktors 4 angeordnet und in radialer Richtung bezogen auf die Längsachse 3 durch den inneren Zylindersteg 6 und den äuße- ren Zylindersteg 7 begrenzt. In dem äußeren Zylindersteg 7 sind mehrere, gemäß den gezeigten Ausfuhrungsbeispiel acht Gas-Abfuhröffnungen 17 vorgesehen, um das aus dem Edukt freigesetzte Gas aus dem Gas- Sammelraum über die Gas-Abmhröffnungen 17 und daran angeschlossene, nicht dargestellte Gas-Abführleitungen gezielt abzuführen. Insbesondere wird das Gas durch einen ringförmigen Zwischenraum zwischen den Einzel-Reaktoren 4 und dem Reaktorgehäuse 2 in der Reaktor- Vorrichtung 1 abgeführt. Das Gas kann durch einen als Tröpfchenfänger ausgebildeten Gewebemantel geführt werden, um unbeabsichtigt mitgerissenes oder ver- dampftes Edukt in dem Gas abzuscheiden.

Der Innendurchmesser des Druckbehälters ist größer als der Außendurchmesser der Bodenplatte 5 bzw. des äußeren Zylinderstegs 7. Die radial nach außen führenden Rohrleitungen beispielsweise die Wärmeträger- Rückfuhrleitung 1 1, die Edukt-Zuführleitung 13 und/oder die nicht dargestellten Gas-Abführleitungen weisen minimierte Kontaktflächen auf, um Wärmeverluste nach außen, also aus den Einzel-Reaktoren 4 heraus, zu reduzieren. Die Edukt-Zuführleitung 13 kann über eine, insbesondere zentral gesteuerte, Edukt-Pumpe verbunden sein. Insbesondere ist es dadurch möglich, eine druckgeregelte Edukt-Zuführung zu den Bodenplatten 5 zu ermöglichen. Das hydrierte Edukt kann insbesondere gezielt dosiert der Bodenplatte 5 zugeführt werden, auf der für eine Dehydrierung optimale Reaktionsbedin- gungen in Abhängigkeit von Druck und/oder Temperatur herrschen. Dazu sind Druck- und/oder Temperatursensoren in den einzelnen Einzel- Reaktoren 4 vorzusehen, die mit einer zentralen Regelungseinheit in Signalverbindung stehen. Nachfolgend wird die Funktionsweise der Reaktor- Vorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Den Einzel-Reaktoren 4 der Reaktor- Vorrichtung 1 wird Edukt als LOHC-Flüssigkeit über die Edukt- Zuführleitung 13, also im Bereich des äußeren Zylinderstegs 7, zugeführt. Das Edukt strömt entlang des Edukt-Strömungskanals 12 in einer sich verjüngenden Spirale hin zu dem inneren Zylindersteg 6 und mündet dort, insbesondere selbsttätig, in Folge eines Gefälles in der Edukt- Abführleitung 14 der Sammelkammer 8. Die Edukt-Strömung wird zusätzlich unterstützt durch eine zentrale Pumpeneinrichtung, mit der das flüssige Edukt umge- wälzt wird. Entlang des Edukt-Strömungskanals 12 ist Katalysator- Partikelmaterial vorgesehen. Entlang des Wärmeträger-Strömungskanals 10 wird erhitztes Wärmeträgermedium gefördert. Das Wärmeträgermedium gibt Wärme an das Katalysator-Partikelmaterial und an das Edukt im Edukt-Strömungskanal 12 ab. Aufgrund der erhöhten Temperatur und des Kontakts des Edukts mit dem Katalysator wird Wasserstoffgas freigesetzt. Das Wasserstoffgas kann entlang der gesamten Länge des nach oben offenen Edukt-Strömungskanals 12 selbstständig nach oben in den Gas- Sammelraum 16 des Einzel-Reaktors 4 entweichen. Von dem Gas- Sammelraum 16 kann das Wasserstoffgas durch die Gas-Abführöffnungen 17 und die nicht dargestellte Gas-Abführleitungen abgeführt werden.

Aufgrund der offenen Geometrie des Einzel-Reaktors kann das entstehende, freigesetzte Gas mit einem hohen Volumenstrom also auch bei einer hohen Reaktionsgeschwindigkeit ohne Limitierung der Freisetzungsreakti- on, abgeführt werden. Die Reaktor- Vorrichtung 1 ist unkompliziert und unaufwendig ausgeführt und ermöglicht eine besonders effiziente Durchführung des Ab trennungs Verfahrens. Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Konstruktiv identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie beim ersten Ausführungsbeispiel, auf dessen Beschreibung hiermit verwiesen wird. Konstruktiv unterschiedliche, jedoch funktionell gleichartige Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten a.

Fig. 3 zeigt einen Einzel-Reaktor 4a, bei dem die Bodenplatte 5a rechteck- förmig ausgeführt ist. Der Einzel-Reaktor 4a ist entsprechend quaderförmig ausgeführt. In einer entsprechenden, nicht dargestellten Reaktor- Vorrichtung können mehrere Einzel-Reaktoren 4a übereinander entlang einer Längsachse, die jeweils senkrecht zu den Bodenplatten 5a orientiert ist, angeordnet sein. An einem äußeren Umfang der Bodenplatte 5a ist ein umlaufender Begrenzungssteg 7a vorgesehen. An den jeweils kürzeren Sei- tenwänden des rechteckförmigen Begrenzungs Stegs 7a sind Wärmeträgermedium-Zuführöffnungen 9a und an den jeweils gegenüberliegenden Seitenwänden Wärmeträger-Rückführleitungen I Ia vorgesehen. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind vier Wärmeträger-Strömungskanäle 10a durch den Einzel-Reaktor 4a geführt. Die Wärmeträger- Strömungskanäle 10a sind jeweils parallel zueinander und insbesondere parallel zu den längeren Seitenkanten des rechteckförmigen Begrenzungsstegs 7a orientiert. Es können auch mehr oder weniger als vier Wärmeträger-Strömungskanäle 10a vorgesehen sein. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Wärmeträger- Strömungskanäle 10a als Hohlzylin- der-Rohre ausgeführt. Die Rohrleitungen können auch einen andersartig ausgeführten Querschnitt aufweisen.

In dem Einzel-Reaktor 4a sind seitliche Strömungsleit-Elemente in Form von Leitblechen 18 vorgesehen. Die Leitbleche 18 erstrecken sich jeweils von den längeren Seitenwänden der rechteckförmigen Umrandung 7a abwechselnd über etwa 80% der Breite der Bodenplatte 5a. Dadurch wird ein mäanderförmiger Edukt- Strömungskanal 12a vorgegeben. Die Edukt- Zuführleitung 13a ist gemäß Fig. 3 oben rechts und die Edukt- Abfuhrleitung 14a gemäß Fig. 3 unten links vorgesehen. Das bedeutet, dass die Hauptströmungsrichtung des Edukts im Wesentlichen entlang der Breitenrichtung der Bodenplatte 5a folgt. Die mäanderförmige Strömung ist insbesondere senkrecht zu der linearen Strömungsrichtung durch die Wärmeträger-Strömungskanäle 10a gerichtet. In dem Edukt-Strömungskanal 12a sind die Katalysator-Partikel angeordnet. Die Schüttung ist dabei nicht höher als die Höhe der Strömungsleitbleche 18. Gleichzeitig sollte das Edukt die Katalysatorpellets vollständig bedecken. Die mäanderförmige Ausführung des Edukt-Strömungskanals 12a ist eine vergleichsweise hohe Verweildauer des Edukts in dem Einzel-Reaktor 4a gewährleistet.

Der Edukt-Strömungskanal 12a ist nach oben geöffnet ausgeführt, sodass das freigesetzte Gas entsprechend der ersten Ausführungsform selbsttätig nach oben entweichen kann. An den längeren Seitenkanten der äußeren Stege ist ein Doppelmantel 19 zur zusätzlichen Beheizung des Edukts und/oder des Katalysators vorgesehen. Die Bodenplatte 5a kann ebenfalls mit einem Doppelmantel ausgeführt sein. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Bodenplatte 5a derart geneigt angeordnet, dass die Edukt-Zuführleitung 13a den höchs- ten und die Edukt- Abführleitung 14a den tiefsten Punkt des Einzel- Reaktors 4a bilden. Eine selbsttätige Strömung des Edukts entlang des Edukt-Strömungskanals 12a ist dadurch begünstigt. Auch eine gezwungene Durchströmung mittels einer Pumpe kann angedacht werden.