Reaktor und Verfahren zur Pyrolyse von kohlenwasserstoffhaltigen Fluiden

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Reaktor zumindest zur Pyrolyse von kohlenwasser stoffhaltigen Fluiden zumindest zur Erzeugung von wenigstens wasserstoffhaltigen Fluiden, wobei der Reaktor einen Reaktormantel sowie einen innerhalb des Reaktormantels angeord neten Reaktorschacht aufweist und zwischen dem Reaktormantel und dem Reaktorschacht eine Reaktorausmauerung zumindest zur thermischen Abdichtung des Reaktorschachtes ge gen den Reaktormantel angeordnet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zumindest zur Pyrolyse von kohlenwasserstoffhaltigen Fluiden zumindest zur Erzeugung von wenigstens wasserstoffhaltigen Fluiden, wobei die kohlenwasserstoffhaltigen Fluide einem Reaktor schacht des Reaktors in Gegenströmung zu einem aus Partikeln bestehenden Wanderbett des Reaktors zugeführt werden.

STAND DER TECHNIK

Es ist grundlegend bekannt, dass stark endotherme Reaktionen, welche bekannter Weise bei der chemischen Industrie beispielsweise bei der Spaltung von Erdölfraktionen oder der Refor mierung von Erdgas oder Naphtha auftreten, Temperaturen insbesondere im Bereich zwi schen 500°C und 1700°C erforderlich machen, um eine hinreichende chemische Zersetzung zu ermöglichen. Dies ist begründet in der thermodynamischen Limitierung des Gleichge wichtsumsatzes. Auch die thermische Zersetzung von Kohlenwasserstoffen erfordert hohe Temperaturen, insbesondere im Bereich von 800 bis 1600°C. Insbesondere auch für die Me thanpyrolyse sind aufgrund des thermodynamischen Gleichgewichtes und der Reaktionskine tik derartig hohe Temperaturen erforderlich, um innerhalb kürzester Zeit ausreichend hohe Konversationsraten, vorteilhaft von mehr als 50% zu erreichen.

Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Lösungen bekannt, welche die Bereitstel lung von hohen Temperaturen zur Ermöglichung eines Pyrolyseverfahrens aufzeigen. So wer den in den Schriften US 2,389,636 und US 2,600,07 sowie US 5,486,216 und US 6,670,058 die Verwendung einer festen Schüttung als Wärmeträger beschrieben. Hierbei ist jedoch an zumerken, dass es dabei nachteilig zu einem Auftreten von Oberflächeneffekten im Bereich Adhäsion, Agglomerieren und Abrasion kommen kann. Oxidative Verfahren als Wärmequelle sind beispielsweise in der DE600 16 59T oder der US 3,264,210 beschrieben. Nachteilig an der direkten Verwendung von oxidativen Verfahren ist beispielsweise das Einbringen von Fremdstoffen in die Reaktionszone und folglich eine Konta mination der Produkte. Auch besteht die Gefahr, dass der Kohlenstoff ungewollt abbrennt o- der der Eduktstrom mitverbrannt wird.

Die US 2,799,640 oder DE 1 266 273 offenbaren jeweils eine elektrische Wärmequelle. Als nachteilig wird hierbei die ungleichmäßige Aufheizung der Reaktionszone angesehen, auf grund welcher Instabilitäten des elektrischen Wärmeeintrages es zu Inhomogenitäten inner halb des Reaktionsraumes bei der Pyrolyse, insbesondere der Methanpyrolyse zur Herstellung von Wasserstoff und Pyrolysekohlenstoff (CH4 <-> C+2H2) kommt.

Die thermische Pyrolyse von Methan ist eine stark endotherme Reaktion die kinetisch und thermodynamisch vorteilhaft in einem Temperaturbereich von ca.l000°C und Drücken bis 40bar stattfindet. Durch die thermische Spaltung fällt zusätzlich zum Wasserstoff (H2) auch Pyrolysekohlenstoff (C) an, welcher wiederum ein zusätzliches Wertprodukt darstellt. Der Was serstoff und der Pyrolysekohlenstoff werden vorteilhaft weiterverarbeitet bzw. weiterverwendet und dienen als Treibstoff oder als Brennstoff in anderen Antrieben, Anlagen oder Industrie zweigen.

Es ist als grundlegend bekannt anzusehen, dass bei der Pyrolyse auch eine Partikelschüttung, insbesondere eine Schüttung aus Kohlenstoffpartikeln zum Einsatz gelangt, auf welcher das kohlenstoffhaltige Gas, wie Methangas pyrolysiert. Der elektrische Wärmeeintrag, insbeson dere über eine Widerstandsbeheizung, ist für die Bereitstellung der Reaktionsenthalpie vorteil haft geeignet.

Bei der Verwendung einer Kohlenstoffschüttung fließt der elektrische Strom, welcher bei spielsweise über den Einsatz von Elektroden bzw. Elektrodenpaaren in den Reaktionsraum eingebracht wird, über diese Schüttung und dissipiert aufgrund des elektrischen Widerstan des der Partikelschüttung in thermische Energie. Der elektrische Widerstand resultiert aus den Kontaktpunkten zwischen den Partikeln der Schüttung bzw. den geringen Übertragungsflä chen, während die Kohlenstoffpartikel eine hohe elektrische Leitfähigkeit besitzen. Für einen im Wesentlichen homogenen Wärmeeintrag in die Beheizungszone des Reaktionsraumes ist ein zumindest zeitweise abschnittsweiser homogener elektrischer Widerstand über die ge samte Querschnittsfläche des Reaktionsraumes erforderlich. Jedoch treten bekannter Weise immer wieder Pfade mit abweichendem elektrischem Widerstand auf, sodass der elektrische Strom bevorzugt in den Bereichen des geringeren elektrischen Widerstandes fließt. In der Folge findet eine vermehrte Ablagerung des pyrolytischen Kohlenstoffes in diesen Bereichen statt, sodass sich der Widerstand entlang dieser Pfade des geringeren Widerstandes immer weiter reduziert. Die Konseguenz sind Inhomogenitäten, welche zu lokalen Hotspots, einer lokalen drastischen Reduktion des elektrischen Widerstandes, zu Verblockungen und letztlich um Versagen der Beheizung führen. Interne Versuchen haben gezeigt, dass es bei bekannten Reaktoren, insbesondere bekannten Reaktorgeometrien (insbesondere bekannten Reaktionsraumgeometrien) und bekannten Verfahren zu Pyrolyse, beispielsweise von Methan, innerhalb des Reaktionsraumes zu einer zentrisch angeordneten Kohlenstoffformation, welche sich in vertikaler Längsrichtung zentrisch entlang des Reaktionsraumes zumindest abschnittsweise erstreckt, kommt. Diese Kohlenstoffformation besteht aus zusammengewachsenen Kohlenstoffpartikeln. Dies verdeutlicht, dass die durchgeführte Pyrolyse nicht über den gesamten Querschnitt des Reaktionsraumes, sondern nur primär im Zentrum des Reaktionsraumes stattgefunden hat.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Die Ursachen für das Auftreten der Inhomogenitäten bei bekannten Reaktionsräumen und bekannten Pyrolyseverfahren und folglich dem Versagen des Beheizungskonzeptes bekannter Reaktoren wurde intern von der Anmelderin untersucht. Es wurde festgestellt, dass aufgrund des hohen Verhältnisses von Wandfläche des Reaktionsraumes zu Reaktionsvolumen des Reaktionsraumes ein starkes radiales Temperaturprofil vorliegt. Die höhere Temperatur in der Mitte des Reaktionsraumes führt zu höheren Umsätzen, sprich zu einer höheren Ablagerung von Kohlenstoff an den Partikeln der Schüttung und folglich zu einer größeren Kohlenstoffabscheidung aus dem kohlenstoffhaltigen Gas, wie Methangas. Die Konseguenz ist der geringere elektrische Widerstand in diesem Bereich und folglich ein damit einhergehender bevorzugter Stromfluss in dem Bereich des geringeren elektrischen Widerstandes.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei bekannten Reaktoren und Pyrolyseverfahren zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Reaktor sowie ein Verfahren zumindest zur Pyrolyse von kohlenwasserstoffhaltigen Fluiden zu schaffen, die auf eine einfache und kostengünstige Art und Weise eine über den Querschnitt des Reaktorschachtes (Reaktionsraumes) im Wesentlichen homogene Beheizung des Reaktorschachtes und folglich die Erzeugung und Aufrechterhaltung eines zumindest zeitweise abschnittsweisen homogenen elektrischen Feldes mit entsprechendem zumindest zeitweise abschnittsweisen homogenem Widerstand ermöglichen. Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch einen Reaktor zumindest zur Pyrolyse von koh lenwasserstoffhaltigen Fluiden mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfah ren zumindest zur Pyrolyse von kohlenwasserstoffhaltigen Fluiden mit den Merkmalen gemäß Anspruch 7. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprü chen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zu sammenhang mit dem erfindungsgemäßen Reaktor beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Be zug genommen wird beziehungsweise werden kann. Außerdem kann das erfindungsgemäße Verfahren mit dem erfindungsgemäßen Reaktor durchgeführt werden.

Der erfindungsgemäße Reaktor zumindest zur Pyrolyse von kohlenwasserstoffhaltigen Fluiden zumindest zur Erzeugung von wenigstens wasserstoffhaltigen Fluiden weist einen Reaktor mantel sowie einen innerhalb des Reaktormantels angeordneten Reaktorschacht auf. Zwi schen dem Reaktormantel und dem Reaktorschacht ist eine Reaktorausmauerung zumindest zur thermischen Abdichtung des Reaktorschachtes gegen den Reaktormantel angeordnet. Er findungsgemäß weist der Reaktorschacht eine im Querschnitt zumindest viereckige, insbeson dere rechteckige Geometrie auf, wobei an zwei einander gegenüberliegenden Seitenwandun gen des Reaktorschachtes jeweils zumindest eine Elektrode zur Erzeugung thermischer Ener gie angeordnet ist. Es ist zudem denkbar, dass die Reaktorausmauerung auch zur elektri schen Isolation dient, sodass die von den Elektroden erzeugte elektrische Energie nicht an die Außenumgebung des Reaktors abgegeben wird. Als Fluide werden im Sinne der Erfindung auch Gase oder Flüssigkeiten verstanden. Kohlenwasserstoffhaltige Fluide können dement sprechend beispielsweise Methan (Methangas), Erdgas oder Blaugas sein. Unter dem Begriff der „kohlenwasserstoffhaltigen Fluide“ sind im Rahmen der Erfindung folglich alle Fluide (Gase/Flüssigkeiten) zu verstehen, welche Kohlenwasserstoff enthalten, der mittels eines Py rolyseverfahrens in Kohlenstoffe und Wasserstoffe dissoziiert werden kann. Der Reaktorman tel des Reaktors weist vorteilhaft eine im Querschnitt ringförmige/kreisförmige Geometrie auf. Dies ist vorteilhaft, um insbesondere hohen Drücken Stand zu halten. Es wäre jedoch auch denkbar, dass der Reaktormantel im Vergleich zum Reaktorschacht, welcher auch als Reakti onsraum bezeichnet werden kann, ebenfalls einen im Querschnitt zumindest viereckige Geo metrie aufweist und besonders vorteilhaft der Geometrie des Reaktorschachtes angepasst ist. Der Reaktorschacht kann vorteilhaft auch eine im Querschnitt rechteckige, insbesondere guadratische Geometrie aufweisen. Es wäre jedoch auch denkbar, dass der Reaktorschacht eine im Querschnitt vieleckige, insbesondere fünf- oder mehreckige Geometrie aufweist. Be sonders vorteilhaft sind zumindest zwei sich gegenüberliegende Wandungen, insbesondere Innenwandungen des Reaktorschachtes, im Querschnitt des Reaktorschachtes betrachtet, pa rallel einander gegenüberliegend ausgebildet. An diesen parallel einander gegenüberliegend ausgebildeten Wandungen bzw. Wänden sind vorteilhaft die Elektroden zur Erzeugung eines zumindest zeitweise abschnittsweisen homogenen elektrischen Feldes, insbesondere eines im Wesentlichen homogenen elektrischen Feldes, innerhalb des Reaktorschachtes angeordnet. Vorteilhaft sind die Elektroden auch einander gegenüberliegend, also in gleicher Höhe - in Längsrichtung des Reaktorschachtes betrachtet - angeordnet. Besonders vorteilhaft sind die Elektroden auf der Innenseite der Seitenwandungen des Reaktorschachtes angeordnet. Durch die Anordnung der Elektroden wird vorteilhaft eine direkte elektrische, resistive Beheizung der Partikel des Wanderbettes, insbesondere der Partikelschüttung bereitgestellt. Die viereckige, insbesondere die rechteckige, insbesondere die guadratische Geometrie des Reaktorschach tes und die entsprechend beschriebene Anordnung der Elektroden ermöglichen die Erzeugung eines zumindest zeitweise abschnittsweisen homogenen elektrischen Potentialfeldes zwischen den einander gegenüberliegenden Elektroden. Des Weiteren wird dadurch das Entstehen ei nes Schlupfes für die Stoffströme und ein damit einhergehender verringerter Umsatz vermie den.

Es ist denkbar, dass die Partikel des Wanderbettes eine Größe von 0,5mm bis 20mm, bevor zugt von 1mm bis 10mm aufweisen. Das Verfahren zur Pyrolyse des kohlenstoffhaltigen Flui des findet vorteilhaft bei Drücken von lbar bis 50bar, bevorzugt von 5bar bis 30bar statt. Hierbei werden vornehmlich Temperaturen von 800°C bis 1600°C, bevorzugt von 1000°C bis 1400°C erzeugt.

Gemäß einer Ausführungsform sind die einander gegenüberliegenden Elektroden in vertikaler Längsrichtung des Reaktors betrachtet zumindest abschnittsweise in der Mitte des Reaktor schachtes angeordnet. Das bedeutet, dass zumindest ein Abschnitt eines jeden Reaktors eine (gedachte) Mittellinie (Mittelpunkt des Reaktors in Längsrichtung/im Längsschnitt betrachtet) des Reaktors kontaktiert bzw. sich bis zu dieser erstreckt, während der verbleibende Abschnitt der jeweiligen Elektrode in einem unterhalb oder oberhalb dieser gedachten Mittellinie existen ten Reaktorschachtbereich angeordnet ist. Genauer gesagt, wäre es denkbar, dass die jeweili gen Elektroden in einem zum Reaktorkopf des Reaktors zugewandten Abschnittes des Reak torschachtes oder in einem zum Reaktorsumpf (Reaktorboden) des Reaktors zugewandten Be reich des Reaktorschachtes angeordnet sind. Alternativ ist es jedoch auch denkbar, dass die jeweiligen Elektroden genau mittig des Reaktorschachtes (in Längsrichtung/im Längsschnitt betrachtet) angeordnet sind. Alternativ ist es denkbar, dass keine der Elektroden eines Elekt rodenpaares in vertikaler Längsrichtung des Reaktors betrachtet zumindest abschnittsweise in der Mitte des Reaktorschachtes an der Reaktorschachtwandung bzw. Seitenwandung des Re aktorschachtes angeordnet ist. Vielmehr befinden sich die Elektroden dann ausschließlich in einem unterhalb oder oberhalb dieser gedachten Mittellinie existenten Reaktorschachtbereich an der Reaktorschachtwandung angeordnet.

Gemäß einer Ausführungsform sind an den zwei einander gegenüberliegenden Seitenwan dungen des Reaktorschachtes jeweils zumindest zwei oder mehr Elektroden zur Erzeugung thermischer Energie angeordnet. Vorteilhaft sind jeweils immer zwei der einander gegenüber liegenden Elektroden in gleicher Höhe - in Längsrichtung des Reaktorschachtes betrachtet - angeordnet, sodass diese Elektroden ein Elektrodenpaar, insbesondere ein einander gegen überliegendes Elektrodenpaar bilden. Genauer gesagt, ist es denkbar, dass eine Vielzahl an Elektrodenpaaren im Reaktor angeordnet ist. Die Elektroden können dabei unterschiedlichste geometrische Ausgestaltungen aufweisen. Es ist demnach denkbar, dass die Elektroden eines Elektrodenpaares viereckig, insbesondere rechteckig oder auch guadratisch ausgestaltet sind. Ebenfalls sind kreisrunde, ovale bzw. elliptische oder vieleckige Elektroden denkbar. Auch die Verwendung von Elektroden in Gestalt eines Gitters, auch Gitterelektroden genannt, ist mög lich. Die geometrische Formgebung und Ausgestaltung der Elektroden soll im Rahmen der Er findung nicht auf eine definierte Form begrenzt sein. Vorteilhaft ist jedoch, wenn beide Elektro den eines Elektrodenpaares eine zueinander identische, zumindest jedoch vergleichbare geo metrische Gestalt aufweisen. Weiterhin wäre es möglich, wenn innerhalb eines Reaktors, ins besondere an der Seitenwandung des Reaktorschachtes, Elektrodenpaare zum Einsatz gelan gen, welche jeweils eine zueinander unterschiedliche Gestalt aufweisen. Dies kann hinsichtlich der dadurch unterschiedlich ausgeprägten elektrischen Felder und des damit einhergehenden unterschiedlichen Wärmeeintrages in den verschiedenen Höhenbereichen des Reaktorschach tes vorteilhaft sein. Die Verwendung bzw. Anordnung von mehreren Elektrodenpaaren inner halb des Reaktorschachtes ermöglicht vorteilhaft die Einstellung unterschiedlicher axialer Temperaturzonen. Demnach ist vorteilhaft bei einem unterschiedlichen Widerstandsverhalten des Partikelmaterials des Wanderbettes eine gezielte Einstellung der Temperatur über Feldpa rameter möglich.

Des Weiteren ist zumindest eine der Elektroden pro Seitenwandung des Reaktorschachtes in vertikaler Längsrichtung des Reaktors betrachtet zumindest abschnittsweise in der Mitte des Reaktorschachtes angeordnet oder sind jede der Elektroden pro Seitenwandung zumindest oberhalb oder unterhalb der Mitte des Reaktorschachtes angeordnet. Genauer gesagt, befin det sich bei der Anordnung von zwei und mehr Elektrodenpaaren im Reaktorschacht entweder zumindest ein Elektrodenpaar derart im mittleren Bereich des Reaktorschachtes, dass wenigs tens ein Abschnitt jeder Elektrode dieses Elektrodenpaares eine (gedachte) Mittellinie des Re aktorschachtes (in Längsrichtung des Reaktorschachtes betrachtet) kontaktiert. Dabei kann es sich um ein mittleres Elektrodenpaar oder auch um eines der äußeren Elektrodenpaare han deln. Oder die Elektrodenpaare liegen jeweils oberhalb dieser gedachten Mittellinie oder un terhalb dieser gedachten Mittellinie oder rahmen diese gedachte Mittellinie derart ein, dass wenigstens ein Elektrodenpaar oberhalb und wenigstens ein Elektrodenpaar unterhalb dieser gedachten Mittellinie angeordnet ist, wobei keines der Elektrodenpaare, insbesondere die Elektroden eines Elektrodenpaares, diese gedachte Mittellinie kontaktieren.

Vorteilhaft sind die Elektroden derart angeordnet, dass diese Elektroden ein im Querschnitt betrachtet im Wesentlichen homogenes elektrisches Feld, insbesondere ein zumindest zeit weise abschnittsweises homogenes elektrisches Feld erzeugen. Dieses elektrische Feld (Po tentialfeld) erstreckt sich vorteilhaft horizontal über die gesamte Breite und Tiefe (Fläche) des Reaktorschachtes.

Gemäß eine Ausführungsform weist der Reaktor einen Reaktorkopf sowie einen Reaktor sumpf, welcher auch als Reaktorboden bezeichnet werden kann, auf. Dabei weisen der Reak torkopf sowie der Reaktorsumpf jeweils zumindest zeitweise verschließbare Zuführöffnungen sowie Ausführöffnungen auf, durch welche zumindest Fluide, wie Gase oder Flüssigkeiten, und/oder Feststoffe, insbesondere Partikel, einzubringen oder auszubringen sind, sodass zur Erzeugung eines Wanderbettes durch den Reaktorkopf zumindest zeitweise kontinuierlich Par tikel in den Reaktorschacht eingebracht sind. Anstelle eines Wanderbettes ist es auch denkbar ein Fließbett oder ein Wirbelstrombett zu verwenden. Durch das Wanderbett werden vorteilhaft Partikel, insbesondere kohlenstoffhaltige Partikel in den Reaktor, insbesondere in den Reak torschacht des Reaktors eingebracht und vorteilhaft durch den Reaktorschacht - ausgehend von dem Reaktorkopf bis zum Reaktorsumpf - bewegt bzw. transportiert. Vorteilhaft wandern die Partikel des Wanderbettes bzw. die Schüttung schwerkraftgetrieben und/oder gravimet- risch durch den Reaktorschacht. Die Partikel des Wanderbettes nehmen dann den Kohlenstoff der in den Reaktorschacht eingebrachten kohlenwasserstoffhaltigen Fluide auf und transpor tieren diesen vorteilhaft über den Reaktorsumpf aus dem Reaktorschacht hinaus. Im Falle der Pyrolyse von Methan heizen sich die Partikel auf und Methan zersetzt sich bevorzugt auf den aufgeheizten Partikeln. Ein Teil wird sich auch im Zwischenvolumen zersetzen und auf die dar gestellte Weise ausgetragen. Durch den kontinuierlichen Abtransport des Kohlenstoffes bzw. der kohlenstoffhaltigen Partikel wird die Aufrechterhaltung des angestrebten zumindest zeit weise abschnittsweisen homogenen elektrischen Feldes und folglich die im Wesentlichen ho mogene Wärmeverteilung zumindest in der Beheizungszone des Reaktorschachtes sicherge stellt. Die Zuführöffnungen bzw. die Ausführöffnungen ermöglichen vorteilhaft ein kontinuierli ches Einbringen oder Ausbringen der zur Reaktion zu bringenden Stoffe bzw. der bereits durch die Pyrolyse vom Kohlenstoff gereinigten Gase.

Es ist des Weiteren denkbar, dass die Elektroden derart angeordnet sind, dass diese ein elekt risches Feld erzeugen, welches zumindest abschnittsweise orthogonal zur Bewegungsrichtung der sich durch den Reaktorschacht bewegenden Partikel des Wanderbettes ausgerichtet ist. Vorteilhaft erzeugen die Elektroden aufgrund deren Anordnung im Reaktorschacht, sprich auf grund deren Anordnung an zwei einander gegenüberliegenden parallelen Seitenwänden des Reaktorschachtes in zueinander identischer Flöhe ein elektrisches Feld, welches vollumfäng lich orthogonal zur Bewegungsrichtung des Wanderbettes, insbesondere der Partikel des Wanderbettes, ausgerichtet ist. Das Wanderbett durchwandert dabei, wie zuvor beschrieben, den Reaktorschacht von oben nach unten, sprich ausgehend vom Reaktorkopf, durch welchen die Partikel des Wanderbettes in den Reaktorschacht eingebracht werden, bis zum Reaktor sumpf, der auch als Reaktorboden bezeichnet werden kann. Über entsprechende Austrittsöff nungen werden dann die Partikel des Wanderbettes aus dem Reaktorschacht ausgebracht. Basierend auf der orthogonalen Ausrichtung des elektrischen Feldes zu den Partikeln des Wanderbettes findet vorteilhaft eine gleichmäßige Erwärmung der Partikel des Wanderbettes statt, sodass diese Partikel folglich innerhalb der gesamten Ebene - in Querschnittsrichtung betrachtet - des Reaktorschachtes zur Aufnahme von Kohlenstoff aus kohlenstoffhaltigen Flui den dienen können. Das Auftreten von lokalen Hotspots wird dadurch vorteilhaft vermieden.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zumindest zur Pyrolyse von koh lenwasserstoffhaltigen Fluiden, wie beispielsweise Gasen oder Flüssigkeiten, zumindest zur Erzeugung von wenigstens wasserstoffhaltigen Fluiden, wie beispielsweise Gasen oder Flüs sigkeiten, beansprucht. Erfindungsgemäß werden die kohlenwasserstoffhaltigen Fluide einem Reaktorschacht eines Reaktors, welcher Reaktorschacht auch als Reaktionsraum bezeichnet werden kann, in Gegenströmung zu einem aus Partikeln bestehenden Wanderbett des Reak tors zugeführt. Erfindungsgemäß werden dabei zumindest die Partikel des Wanderbettes oder die kohlenwasserstoffhaltigen Fluide mittels in dem Reaktorschacht angeordneter Elektroden zur Erzeugung thermischer Energie auf eine definierte Temperatur im Bereich zwischen 800- 1600°C, vorzugsweise zwischen 800-1500°C, besonders bevorzugt zwischen 800-1400°C aufgeheizt. Genauer gesagt, ist es denkbar, dass entweder die Partikel des Wanderbettes o- der die kohlenwasserstoffhaltigen Partikel oder beides, sprich die Partikel des Wanderbettes und die kohlenwasserstoffhaltigen Fluide mittels der durch die Elektroden erzeugten elektri schen Energie aufgewärmt bzw. erhitzt werden. Vorteilhaft findet eine Pyrolyse, sprich eine Dissoziation von Kohlenstoffen und Wasserstoffen aus den kohlenwasserstoffhaltigen Fluiden ab einer Temperatur von ca. 800°C statt. Vorteilhaft erzeugen die Elektroden vornehmlich in Verbindung mit einem elektrischen Widerstand, wie insbesondere der Partikelschüttung bzw. den Partikeln des Wanderbettes eine Wärme, indem die elektrische Energie in thermische Energie dissipiert.

Vorteilhaft wird das Verfahren bei einem Reaktor gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, also der vorgenannten Art durchgeführt. Demzufolge werden die zum ersten Aspekt der Erfin dung, sprich zum erfindungsgemäßen Reaktor aufgeführten Merkmale hier vollständig heran gezogen.

Es ist denkbar, dass die Partikel des Wanderbettes gravimetrisch, insbesondere schwerkraft getrieben, von einem Reaktorkopf des Reaktors zu einem Reaktorsumpf des Reaktors in verti kaler Längsrichtung des Reaktors nach unten wandern. Demzufolge werden die Partikel des Wanderbettes über eine oder mehrere Zuführöffnungen innerhalb des Reaktorkopfes dem Re aktorschacht zugeführt und wandern durch den Reaktorschacht in Richtung des Reaktorsump fes. Der Reaktorsumpf weist vorteilhaft zumindest eine oder mehrere Ausführöffnungen auf, über welche die Partikel, welche vorteilhaft nun mit Kohlenstoff beladen sind, aus dem Reak torschacht entnommen werden.

Vorteilhaft erzeugen die Elektroden, welche im Reaktorschacht, insbesondere an einer Seiten wandung oder Innenwandung des Reaktorschachtes angeordnet sind, ein elektrisches Feld, welches zumindest abschnittsweise, vorteilhaft vollumfänglich, orthogonal zur Bewegungs richtung der sich durch den Reaktorschacht bewegenden Partikel des Wanderbettes ausge richtet ist. Demzufolge erstreckt sich das elektrische Feld in Querschnittsrichtung betrachtet im Wesentlichen horizontal. Während die Partikel in Längsrichtung bzw. Längsschnittrichtung betrachtet im Wesentlichen vertikal den Reaktorschacht durchwandern. Hierdurch wird vorteil haft eine im Wesentlichen vollumfängliche Erwärmung zumindest der Partikel des Wanderbet tes wenigstens innerhalb der Beheizungszone des Reaktorschachtes ermöglicht und das Ent stehen lokaler Hotspots innerhalb des Reaktorschachtes vermieden oder diesem zumindest entgegengewirkt. Gemäß einer Ausführungsform werden innerhalb des Reaktorschachtes eine erste Wärmein tegrationszone, eine Reaktionszone, eine Beheizungszone und eine zweite Wärmeintegrations zone ausgebildet. Die einzelnen Zonen werden ausgehend vom Reaktorsumpf (auch Reak torboden genannt) des Reaktors zum Reaktorkopf des Reaktors, in vertikaler Längsrichtung des Reaktors betrachtet, nacheinander ausgebildet und überlappen sich zumindest teilweise abschnittsweise. Genauer gibt es Zonen, welche sich überlappen und/oder Zonen welche an einander anschließen, ohne sich zu überlappen. Die Beheizungszone bildet sich vornehmlich in dem Bereich des Reaktorschachtes aus, in welchem die Elektroden angeordnet sind. Es ist denkbar, dass sich die Beheizungszone und die Reaktionszone zumindest abschnittsweise überlappen. Das bedeutet im Umkehrschluss, dass eine Reaktion, sprich eine Dissoziation, insbesondere die Abspaltung des Kohlenstoffes aus den kohlenwasserstoffhaltigen Fluiden bereits - zumindest teilweise - außerhalb der Beheizungszone, insbesondere in der Reaktions zone stattfindet. Die einzelnen Zonen werden nachfolgend - in der Figurenbeschreibung - nochmals genauer erläutert.

Vorteilhaft findet die Pyrolyse zumindest in der Reaktionszone oder in der Beheizungszone statt. Genauer gesagt, ist es denkbar, dass die Pyrolyse, also die Zersetzung der kohlenwas serstoffhaltigen Fluide, insbesondere Gase und folglich die Abspaltung der Kohlenstoffe aus den kohlenwasserstoffhaltigen Fluiden entweder in der Reaktionszone oder in der Beheizungs zone oder in beiden Zonen stattfindet. Vorteilhaft findet die Pyrolyse in einem Überlappungs bereich beider Zonen, wie zuvor beschrieben, statt.

Es ist des Weiteren denkbar, dass die kohlenwasserstoffhaltigen Fluide in der ersten Wär meintegrationszone bereits durch die den kohlenwasserstoffhaltigen Fluiden entgegenströ menden Partikeln des Wanderbettes, welches bereits die Beheizungszone durchwandert ha ben, zumindest vorgewärmt werden. Genauer werden die kohlenstoffhaltigen Fluide über den Reaktorsumpf (auch Reaktorboden genannt) in den Reaktorschacht, insbesondere über we nigstens eine Zuführöffnung, eingebracht, insbesondere eingeblasen. Demzufolge bewegen sich die kohlenwasserstoffhaltigen Fluide ausgehend vom Reaktorsumpf durch den Reaktor schacht hin zum Reaktorkopf im Wesentlichen in vertikaler Richtung nach oben. Dieser Strö mung aus kohlenwasserstoffhaltigen Fluiden wird eine Strömung aus Partikeln des Wander bettes entgegengesetzt, welche ausgehend vom Reaktorkopf durch den Reaktorschacht hin zum Reaktorsumpf im Wesentlichen vertikal nach unten wandert. Auf dem Weg der Partikel des Wanderbettes durch den Reaktorschacht haben die Partikel vor Eintreffen in der ersten Wärmeintegrationszone bereits zumindest die Beheizungszone durchguert und innerhalb die ser Beheizungszone Wärme bzw. Wärmeenergie aufgenommen. Treffen nun die Partikel des Wanderbettes in der ersten Wärmeintegrationszone auf das kohlenwasserstoffhaltige Fluid, geben die Partikel des Wanderbettes Wärme (Wärmeenergie) an das kohlenwasserstoffhaltige Fluid ab. Folglich wird in der ersten Wärmeintegrationszone das kohlenwasserstoffhaltige Fluid bereits vorgewärmt bevor es die Beheizungszone erreicht. Es ist denkbar, dass das kohlen wasserstoffhaltige Fluid in der ersten Wärmeintegrationszone auf eine Temperatur zwischen 600-800°C vorgeheizt wird. Wird eine Temperatur von mindestens 800°C während des Durch- strömens der ersten Wärmeintegrationszone erreicht, bildet sich ab dieser Temperatur die Re aktionszone aus, in welcher die Kohlenstoffe aus den kohlenwasserstoffhaltigen Fluiden abge spalten und an den Partikeln des Wanderbettes angelagert werden. Demnach ist es möglich, dass die Pyrolyse des kohlenwasserstoffhaltigen Fluides bereits in einer Reaktionszone be ginnt, welche sich aufgrund der von den Partikeln des Wanderbettes mitgebrachten Wärme energie ausbildet. Es ist ebenfalls denkbar, dass die kohlenwasserstoffhaltigen Fluide, welche in den Reaktorschacht des Reaktors eingebracht werden, bereits vor Eintritt vorgeheizt werden und folglich vorgewärmt in den Reaktorschacht einströmen. Dabei ist es denkbar die kohlen wasserstoffhaltigen Fluide auf eine Temperatur von beispielsweise maximal 600°C, vorteilhaft auf eine Temperatur von kleiner 800°C vorzuheizen bzw. vorzuwärmen. Hierdurch kann folg lich nach Einbringen der vorgewärmten kohlenwasserstoffhaltigen Fluide in den Reaktor schacht das Ausbilden einer Reaktionszone beschleunigt werden. Insbesondere können die vorgeheizten kohlenwasserstoffhaltigen Fluide schneller auf eine Temperatur von mindestens 800°C in der ersten Wärmeintegrationszone erwärmt werden, als nicht vorgeheizte kohlen wasserstoffhaltige Fluide. Basierend auf dem zeitlich schnelleren Ausbilden der Reaktionszone durch Erreichen der Pyrolysetemperatur von 800°C kann folglich auch die Pyrolyse (im Ver gleich zur Pyrolyse bei nicht vorgeheizt eingebrachten kohlenwasserstoffhaltigen Fluiden) zeit lich schneller erfolgen, sodass der gesamte Pyrolyseprozess energieeffizienter bzw. energe tisch effizienter durchführbar ist. Es ist bei der Vorheizung bzw. Vorwärmung der kohlenwas serstoffhaltigen Fluide außerhalb des Reaktors oder zumindest außerhalb des Reaktorschach tes (Reaktionsraumes) jedoch darauf zu achten, dass die Temperatur (Pyrolysetemperatur) von 800°C nicht erreicht oder gar überschritten wird, um das Stattfinden der Pyrolyse inner halb des Reaktorschachtes zu ermöglichen.

Vorteilhaft werden die in den Reaktorschacht eintretenden Partikel des Wanderbettes in der zweiten Wärmeintegrationszone bereits durch ein den Partikeln des Wanderbettes entgegen strömendes aufgeheiztes und aus den kohlenwasserstoffhaltigen Fluiden resultierendes was serstoffhaltiges Fluides, welches bereits die Beheizungszone durchwandert und Kohlenstoff abgegeben hat, zumindest vorgewärmt. Die zweite Wärmeintegrationszone ist demnach eine Zone, die vom Reaktorkopf in Richtung des Reaktorsumpfes des Reaktors betrachtet der Be heizungszone vorgeschalten ist. Die kohlenwasserstoffhaltigen Fluide, welche zumindest in der Reaktionszone und vorteilhaft auch in der Beheizungszone Kohlenstoffe abspalten, durch strömen dann die zweite Wärmeintegrationszone als wasserstoffhaltige Fluide, die eine ent sprechende Wärme (Wärmeenergie) aus der Reaktionszone und letztlich auch aus der Behei zungszone in die zweite Wärmeintegrationszone mit einbringen. Diese Wärmeenergie über trägt sich dann auf die Partikel des Wanderbettes, welche vorteilhaft nicht vorgewärmt in den Reaktorschacht eingebracht werden. Folglich werden die Partikel des Wanderbettes in der ers ten Wärmeintegrationszone bereits durch die Wärmeenergie der wasserstoffhaltigen Fluide vorgewärmt, bevor diese die Beheizungszone erreichen.

In einer Ausführungsform werden die mit Kohlenstoff beladenen Partikel des Wanderbettes über den Reaktorsumpf des Reaktors aus dem Reaktorschacht ausgebracht. Es ist denkbar, dass die Partikel des Wanderbettes nachfolgenden Prozessen zugeführt werden, durch welche eine Reinigung der Partikel stattfindet, sprich die Partikel vom Kohlenstoff gereinigt werden, oder durch welche die kohlenstoffbeladenen Partikel weiteren chemischen Prozessen zur Wei terverarbeitung zugeführt werden. Zumindest einige der Partikel des Wanderbettes wachsen hinsichtlich deren Größe aufgrund der erfolgten Reaktion. Die gewachsenen, insbesondere die großen Partikel werden vornehmlich aus dem Prozess ausgeschleust, während die unverän dert, insbesondere nahezu unverändert kleinen Partikel rezirkuliert werden. Es ist des Weiteren denkbar, dass zumindest ein Teil der gewachsenen (großen) Partikel gebrochen und/oder ge mahlen, insbesondere zerkleinert wird, wobei diese zerkleinerten Partikel dem Prozess wieder zugeführt werden.

Bei dem beschriebenen Verfahren ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einem Reak tor gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kom binationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfin dung zu verlassen.

Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Reaktors sowie des erfindungsgemäßen Verfah rens werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schema tisch: Figur 1 in einer Schnittdarstellung eine Seitenansicht einer Ausführungsform des erfin dungsgemäßen Reaktors,

Figur 2 in einer Schnittdarstellung eine Draufsicht auf die in der Figur 1 gezeigten Aus führungsform des erfindungsgemäßen Reaktors,

Figur 3 in einer Schnittdarstellung eine Ansicht einer Anordnung von Elektroden einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reaktors,

Figur 4 in einer Schnittdarstellung eine Ansicht einer weiteren Anordnung von Elektro den einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reaktors,

Figur 5 in einer Schnittdarstellung eine Ansicht einer weiteren Anordnung von Elektro den einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reaktors,

Figur 6 eine Draufsicht auf unterschiedliche Geometrien von Elektroden, und

Figur 7 ein beispielhaftes Temperaturprofil einer Ausführungsform des erfindungsge mäßen Reaktors zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Fig. 1 bis 7 jeweils mit densel ben Bezugszeichen versehen.

In der Figur 1 ist schematisch in einer Schnittdarstellung eine Seitenansicht einer Ausfüh rungsform eines erfindungsgemäßen Reaktors 1 gezeigt. Genauer handelt es sich hierbei um einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reaktors 1. In der Figur 2 ist in einer Schnittdarstellung eine Draufsicht auf die in der Figur 1 gezeigte Ausfüh rungsform des erfindungsgemäßen Reaktors 1 gezeigt. Genauer ist in der Figur 2 ein Quer schnitt durch die in der Figur 1 gezeigte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reaktors 1 gezeigt, welcher sich im Wesentlichen entlang der in der Figur 1 gezeigten Mittellinie M er streckt. Der Reaktor 1 ist folglich gemäß der Figur 2 mittig, das bedeutet in der Mitte geschnit ten. Es werden daher die Figuren 1 und 2 nachfolgend gemeinsam beschrieben. Der Reaktor 1 weist einen Reaktormantel 2 auf, welcher im Querschnitt eine kreisrunde geometrische Ge stalt aufweist und sich in Längsrichtung L turmartig erstreckt. Der Reaktormantel 2 ist vollum fänglich geschlossen und weist folglich eine im Querschnitt kreisrunde geschlossene Reaktor mantelwandung 20 auf. Innerhalb des Reaktormantels 2 bzw. der Reaktormantelwandung 20 ist ein Reaktorschacht 3 angeordnet. Der Reaktorschacht 3 weist eine im Querschnitt vier eckige, insbesondere guadratische geometrische Gestalt auf und erstreckt sich turmartig in Längsrichtung L. Folglich umfasst der Reaktorschacht 3 zumindest vier Seitenwandungen 30, 31, 32, 33, insbesondere Reaktorschachtwandungen 30, 31, 32, 33. Wenigstens zwei der Seitenwandungen 30, 31, 32, 33, insbesondere die erste Seitenwandung 30 und die dritte Seitenwandung 32 liegen parallel zueinander. Der Reaktorschacht 3 ist ein Reaktionsraum, welcher folglich ein Reaktionsvolumen 34 aufweist, innerhalb welchem die chemische Reak tion, insbesondere die Pyrolyse von kohlenwasserstoffhaltigen Fluiden, vornehmlich kohlen wasserstoffhaltigen Gasen, stattfindet. Zwischen dem Reaktorschacht 3, insbesondere den Seitenwandungen 30, 31, 32, 33 des Reaktorschachtes 3 und dem Reaktormantel 2, insbe sondere der Reaktormantelwandung 20 ist eine Reaktorausmauerung 4 vorgesehen. Diese Reaktorausmauerung 4 erstreckt sich vorteilhaft vollständig zwischen dem Reaktorschacht 3 und dem Reaktormantel 2 in Umfangsrichtung sowie in Längsrichtung L. Die Reaktorausmau erung 4 dient vornehmlich dazu thermische Energie, welche in das Reaktionsvolumen 34 des Reaktorschachtes 3 eingeleitet wird, vom Reaktormantel abzuschirmen. Des Weiteren sind in den Figuren 1 und 2 insgesamt sechs Elektroden 10, 11, 12, 13, 14, 15 gezeigt, welche an dem Reaktorschacht 3, genauer an der ersten Seitenwandung 30 und an der dritten Seiten wandung 32 des Reaktorschachtes 3 angeordnet sind. Demnach sind drei Elektroden 10, 12 und 14 an der ersten Seitenwandung 30 angeordnet, während drei weitere Elektroden 11, 13 und 15 an der dritten Seitenwandung 32 angeordnet sind. Vorteilhaft erstrecken sich die je weiligen Elektroden 10, 11, 12, 13, 14, 15 in Querschnittsrichtung betrachtet entlang der ge samten Breite der Seitenwandungen 30, 32. Die zweite Seitenwandung 31 sowie die vierte Seitenwandung 33 weisen vornehmlich keine Elektroden auf. Jeweils einander gegenüberlie gende Elektroden 10, 11, 12, 13, 14, 15 bilden ein Elektrodenpaar 101, 102, 103 aus. So bil den die Elektroden 10 und 11 das erste Elektrodenpaar 101, die Elektroden 12 und 13 das zweite Elektrodenpaar 102 und die Elektroden 14 und 15 das dritte Elektrodenpaar 103. Vor teilhaft liegen die jeweiligen Elektroden 10, 11, 12, 13, 14, 15 eines Elektrodenpaares 101, 102, 103 in Längsrichtung L betrachtet auf gleicher Höhe. Mit dem Bezugszeichen M ist das Merkmal der Mittellinie gekennzeichnet. Diese (gedachte) Mittellinie M definiert folglich die in Längsrichtung L betrachtete Mitte des Reaktors 1, insbesondere des Reaktorschachtes 3. Die Elektroden 10, 11, 12, 13, 14, 15 sind vornehmlich im Bereich, genauer in der Nähe der Mit tellinie M angeordnet. Wie insbesondere in der Figur 1 gezeigt, kontaktiert zumindest das erste Elektrodenpaar 101 aus den Elektroden 10 und 11 die Mittellinie abschnittsweise. Das zweite Elektrodenpaar 102 aus den Elektroden 12, 13 und das dritte Elektrodenpaar 103 aus den Elektroden 14, 15 sind dagegen oberhalb der Mittellinie M, also in Richtung des Reaktor kopfes 5 des Reaktorsl verschoben, insbesondere in einem sich zwischen der Mittellinie M und dem Reaktorkopf 5 erstreckenden Abschnitt des Reaktorschachtes 3 angeordnet. Der sich von der Mittellinie M in Richtung des Reaktorsumpfes 6 erstreckende Abschnitt des Reak torschachtes 3 weist dagegen keine weiteren Elektrodenpaare auf. Die Anordnung der Elekt roden 10, 11, 12, 13, 14, 15 innerhalb des Reaktorschachtes 3 hinsichtlich der sich in Längs richtung L erstreckenden Höhe des Reaktorschachtes 3 kann individuell ausgeführt werden und wird bedingt durch die gewollte Position der Beheizungszone und der sich daraus erge benden Reaktionszone. Genauer, je nachdem, ob die Beheizungszone in einem zur Mittellinie M oberen Bereich oder unteren Bereich des Reaktorschachtes 3 ausgebildet werden soll, wer den dementsprechend auch die Elektroden 10, 11, 12, 13, 14, 15 platziert. Diese variable Platzierung der Elektroden 10, 11, 12, 13, 14, 15 zeigt sich beispielsweise auch in den nach folgenden Figuren 3, 4 und 5.

In den Figuren 3, 4 und 5 sind jeweils in einer Schnittdarstellung eine Ansicht einer Anord nung von Elektroden einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reaktors 1 gezeigt.

Wie in der Figur 3 gezeigt, werden die hierbei verwendeten drei Elektrodenpaare 101, 102,

103 derart innerhalb des Reaktorschachtes 3 positioniert, dass die Elektroden des zweiten Elektrodenpaares 102 die (gedachte) Mittellinie M zumindest abschnittsweise kontaktieren und folglich in wenigstens einem Abschnitt in der Mitte des Reaktorschachtes 3 angeordnet sind. Die verbleibenden Elektrodenpaare 101 und 103 sind dann beabstandet zur Mittellinie M in nerhalb des Reaktorschachtes 3 angeordnet. So sind die Elektroden des ersten Elektroden paares 101 in einem zwischen der Mittellinie M und dem Reaktorsumpf 6, also in einem zur Mittellinie M unteren Bereich des Reaktorschachtes 3 angeordnet, während die Elektroden des dritten Elektrodenpaares 103 in einem zwischen der Mittellinie M und dem Reaktorkopf 5, also in einem zur Mittellinie M oberen Bereich des Reaktorschachtes 3 angeordnet sind.

Wie in der Figur 4 gezeigt, ist auch die Anordnung von lediglich zwei Elektrodenpaaren 101 und 102 denkbar, wobei keines der Elektrodenpaare 101, 102, insbesondere keine der Elekt roden des jeweiligen Elektrodenpaares 101, 102 die gedachte Mittellinie M auch nur ab schnittsweise kontaktiert. Vielmehr sind die Elektroden des ersten Elektrodenpaares 101 in ei nem zwischen der Mittellinie M und dem Reaktorsumpf 6, also in einem zur Mittellinie M unte ren Bereich des Reaktorschachtes 3 angeordnet, während die Elektroden des zweiten Elektro denpaares 102 in einem zwischen der Mittellinie M und dem Reaktorkopf 5, also in einem zur Mittellinie M oberen Bereich des Reaktorschachtes 3 angeordnet sind. Auch die Ausgestaltung mittels lediglich eines Elektrodenpaares 101 ist, wie in der Figur 5 ge zeigt, denkbar. Dabei kontaktieren die jeweiligen Elektroden dieses Elektrodenpaares 101 die (gedachte) Mittellinie M zumindest abschnittsweise und erstrecken sich vorteilhaft über diese Mittellinie M in den oberen Bereich des Reaktorschachtes 3, weicher zwischen der Mittellinie M und dem Reaktorkopf 5 ausgebildet ist, genauso wie in den unteren Bereich des Reaktor schachtes 3, welcher zwischen der Mittellinie M und dem Reaktorsumpf 6 ausgebildet ist. Vor nehmlich sind die Elektroden des Elektrodenpaares 101 derart angeordnet, dass eine größere Fläche der jeweiligen Elektrode des Elektrodenpaares 101 sich im oberen Bereich des Reak torschachtes 3 befindet. Die Elektroden des Elektrodenpaares 101, sprich das Elektrodenpaar 101 ist folglich zur Mittellinie M betrachtet leicht nach oben versetzt angeordnet.

Alternative Platzierungen der Elektroden pro Elektrodenpaare 101, 102. 103 sowie eine alter native Anzahl an Elektrodenpaaren 101, 102. 103, sind denkbar. Das bedeutet, dass auch mehr als drei Elektrodenpaare 101, 102. 103 innerhalb eines Reaktorschachtes 3 angeordnet werden können. Jedoch nicht nur die Anzahl und die Platzierung der Elektrodenpaare 101, 102, 103 innerhalb eines Reaktorschachtes 3 kann variieren.

Wie in der Figur 6 gezeigt, können die Elektroden 10, 11, 12, 13, 14, 15 auch verschiedene geometrische Ausgestaltungen aufweisen. So ist die Verwendung von Gitterelektroden 16 o- der kreisrunden Elektroden 17 genauso denkbar, wie der Einsatz von viereckigen, insbeson dere rechteckigen Elektroden 18, 19. Auch die Größe der Elektroden 16, 17, 18, 19 kann un terschiedlich sein. So ist beispielsweise die rechteckige, großflächige Elektrode 19 derart di mensioniert, dass diese im Wesentlichen die Größe von wenigstens zwei, insbesondere drei oder mehr anderen rechteckigen Elektroden 18 umfasst und folglich auch allein bzw. mit einer geometrisch gleich gestalteten Elektrode 19 zur Erzeugung eines Elektrodenpaares in dem Re aktorschach angeordnet sein kann. Die Verwendung bzw. Anordnung von mehreren Elektro denpaaren 101, 102, 103 innerhalb des Reaktorschachtes 3 ermöglicht vorteilhaft die Einstel lung unterschiedlicher axialer Temperaturzonen. Demnach ist vorteilhaft bei einem unter schiedlichen Widerstandsverhalten des Partikelmaterials des Wanderbettes eine gezielte Ein stellung der Temperatur über Feldparameter möglich.

In der Figur 7 ist ein beispielhaftes Temperaturprofil einer Ausführungsform des erfindungs gemäßen Reaktors 1 zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Das Tem peraturprofil der Figur 7 wird in Verbindung mit dem prinzipiellen Aufbau des Reaktors 1, wie beispielsweise in den Figuren 1 und 2 gezeigt, erläutert. Über die x-Achse des Temperatur profils ist dabei die Temperatur abgetragen. Als Schwellenwerte werden dabei 800°C und 1500°C beispielhaft angegeben. Über die y-Achse ist die axiale Erstreckung des Reaktor schachtes 3 in Längsrichtung L dargestellt. Die in der Figur 7 gezeigte thermische Entwicklung findet im Reaktionsvolumen 34 des Reaktorschachtes 3 eines erfindungsgemäßen Reaktors 1 statt. Über hier nicht gezeigte Einlassöffnungen/Zuführöffnungen im Reaktorsumpf 6 werden kohlenwasserstoffhaltige Fluide 40 und über hier nicht gezeigte Einlassöffnungen/Zuführöff nungen im Reaktorkopf 5 des Reaktors 1 werden Partikel 50 des Wanderbettes in den Reak torschacht 3, insbesondere in das Reaktionsvolumen 34 des Reaktorschachtes 3 eingebracht. Die kohlenwasserstoffhaltigen Fluide 40 strömen ausgehend vom Reaktorsumpf 6 in Richtung des Reaktorkopfes 5 durch den Reaktorschacht 3 hindurch. Entgegengesetzt dazu wandern die Partikel 50 des Wanderbettes ausgehend von Reaktorkopf 5 in Richtung des Reaktor sumpfes 6 durch den Reaktorschacht 3 hindurch. Die kohlenwasserstoffhaltigen Fluide 40 können vor Eintritt in den Reaktorschacht 3 bereits vorgewärmt sein. Dabei bieten sich Tem peraturen unter 800°C, insbesondere im Wesentlichen ca. 600°C an. Es ist jedoch auch denk bar, dass die kohlenwasserstoffhaltigen Fluide 40 ohne Vorwärmung in den Reaktorschacht 3 eingebracht werden. Im Wesentlichen zeitgleich werden auch die Partikel 50 des Wanderbet tes in den Reaktorschacht 3 eingebracht und durchwandern auf deren Weg durch den Reak torschacht 3 hin zum Reaktorsumpf 6 die zweite Wärmeintegrationszone W2, die Beheizungs zone B, die Reaktionszone R und die erste Wärmeintegrationszone W1. In der zweiten Wär meintegrationszone W2, welche sich zwischen der Beheizungszone B und dem Reaktorkopf 5 ausbildet, werden die Partikel 50 des Wanderbettes innerhalb des Reaktorschachtes 3 vorge wärmt bzw. vorgeheizt. Dies geschieht durch eine Übertragung von Wärmeenergie, welche von erwärmten wasserstoffhaltigen Gasen 41, welche von der Beheizungszone B kommend über hier nicht gezeigte Austrittsöffnungen/Ausführöffnungen innerhalb des Reaktorkopfes 5 den Reaktorschacht 3 verlassen, auf die Partikel 50 des Wanderbettes übergeht. In der zwei ten Wärmeintegrationszone W2 findet folglich vorteilhaft eine Integration von Wärme/Wärme energie von der Gasphase auf die Feststoffphase statt. Die wasserstoffhaltigen Gase 41 sind ein durch die Pyrolyse der in den Reaktorschacht 3 eingebrachten kohlenwasserstoffhaltigen Fluide 40 entstandenes Reaktionsprodukt. Die Pyrolyse findet vorteilhaft in der Reaktionszone R und zumindest teilweise auch in der Beheizungszone B, vorteilhaft (auch) in dem Bereich der Überlappung von Reaktionszone R und Beheizungszone B statt. Zum Auslösen der Pyro lyse, sprich der Dissoziation von Kohlenwasserstoffen thermisch in die Bestandteile Kohlen stoff und Wasserstoff und folglich der Abspaltung von Kohlenstoff aus den kohlenwasserstoff haltigen Fluiden 40 ist eine Mindesttemperatur von ca. 800°C erforderlich. Diese Mindesttem peratur wird vorteilhaft bereits nach Durchlaufen einer ersten Wärmeintegrationszone W1 er reicht. In dieser ersten Wärmeintegrationszone W1 erfolgt ein Übertrag von Wärmeenergie ausgehend von den beladenen Partikel 51 des Wanderbettes, welche auf deren Weg zum Re aktorsumpf 6 bereits die Beheizungszone B durchwandert haben, auf die kohlenwasserstoff haltigen Fluide 40, welche in Richtung der Beheizungszone B strömen. In der ersten Wärmein tegrationsstufe W1 findet folglich vorteilhaft eine Integration von Wärme/Wärmeenergie von der Feststoffphase auf die Gasphase statt. Umso näher die kohlenwasserstoffhaltigen Fluide 40 der Beheizungszone B kommen, um so wärmer werden diese, aufgrund der stetigen Auf nahme von Wärmeenergie über die beladenen Partikel 51 des Wanderbettes. Als beladene Partikel 51 des Wanderbettes sind im Sinne dieser Erfindung Partikel zu verstehen, welche be reits Kohlenstoff bzw. Kohlenstoffatome aus den kohlenwasserstoffhaltigen Fluiden 40 aufge nommen haben. Die Kohlenstoffe lagern sich vornehmlich auf und zwischen die Partikel 50 des Wanderbettes an. Diese Anlagerung beeinflusst das elektrische Widerstandsverhalten des Wanderbettes bzw. der Schüttung des Wanderbettes, welches gravimetrisch durch den Reak torschacht 3 wandert. Durch die beispielhaft in der Figur 1 gezeigte Anordnung der Elektroden

10, 11, 12, 13, 14, 15 innerhalb eines zumindest viereckigen Reaktorschachtes 3 und dem daraus resultierenden elektrischen Potentialfeld sowie der Fließrichtung des Wanderbettes, schiebt das Wanderbett bzw. die Partikel 50 des Wanderbettes neues Partikelmaterial in die Beheizungszone B und verhindert folglich eine negative Beeinflussung des genannten Wider standsverhaltens. Die Beheizungszone B ist im Rahmen der Erfindung als eine Zone zu verste hen, innerhalb welcher die Elektroden 10, 11, 12, 13, 14, 15 zumindest abschnittsweise, vor teilhaft vollständig positioniert bzw. angeordnet sind. Genauer erzeugen die Elektroden 10,

11, 12, 13, 14, 15 aufgrund deren Wärmeeintrag die Beheizungszone B. Vorteilhaft behindern die Elektroden 10, 11, 12, 13, 14, 15 den Fluss der Partikel 50 des Wanderbettes nicht. Bei Erreichen einer Erwärmung der kohlenwasserstoffhaltigen Fluide von ca. 800°C beginnt folg lich der Pyrolyseprozess und die Reaktionszone R bildet sich aus. Das bedeutet, dass die Koh lenstoffe der kohlenwasserstoffhaltigen Fluide 40 in Richtung der Partikel 50 oder auch der zumindest teilweise bereits beladenen Partikel 51 des Wanderbettes wandern. Dieser chemi sche Reaktionsprozess kann demnach auch bereits vor der Beheizungszone B und demnach vor Erreichen der Zone, welche durch die Elektroden 10, 11, 12, 13, 14, 15 ausgebildet wird, erfolgen, allein durch die Erwärmung der kohlenwasserstoffhaltigen Fluide 40 durch die Wär meenergie der beladenen Partikel 51 des Wanderbettes. Innerhalb der Beheizungszone B werden die Partikel 50 des Wanderbettes und dadurch folglich auch die kohlenwasserstoffhal tigen Fluide 40 auf eine Maximaltemperatur von vorteilhaft 1200°C bis 1700°C erwärmt. In nerhalb dieser Beheizungszone B schreitet die Pyrolyse fort, solange bis im Wesentlichen alle Kohlenstoffe aus den kohlenwasserstoffhaltigen Fluiden 40 auf die Partikel 50 des Wander bettes übergegangen sind. Zurück bleiben die wasserstoffhaltigen Fluide 41 und die belade nen oder zumindest teilweise beladenen Partikel 51 des Wanderbettes. Demnach ist es auch denkbar, dass die chemische Reaktion bereits abgeschlossen ist, obwohl die kohlenwasser stoffhaltigen Fluide 40 die Beheizungszone B noch nicht vollständig durchströmt haben. Dem nach ist es denkbar, dass die Reaktionszone R nicht zusätzlich die gesamte Länge der Behei zungszone B umfasst, sondern auch diese nur teilweise überlappt.

Bezugszeichenliste

1 Reaktor

2 Reaktormantel

3 Reaktorschacht

4 Reaktorausmauerung

5 Reaktorkopf

6 Reaktorsumpf

10, 11, 12, 13, 14, 15 Elektroden 16 Gitterelektrode

17 kreisrunde Elektrode

18 viereckige /rechteckige Elektrode

19 viereckige große Elektrode

20 Reaktormantelwandung

30, 31,

32, 33 Reaktorschachtwandungen /Seitenwandungen

34 Reaktionsvolumen

40 kohlenwasserstoffhaltiges Fluid

41 wasserstoffhaltiges Fluid

50 unbesetzte Partikel des Wanderbettes

51 besetzte Partikel des Wanderbettes

101,102,103 Elektrodenpaar

B Beheizungszone

L Längsrichtung

M Mittellinie

R Reaktionszone

W1 erste Wärmeintegrationszone

W2 zweite Wärmeintegrationszone x, y Achsen