Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung stark Gas freisetzender Reaktionen durch Entladung eines Gasproduktes aus einem flüssigen Edukt, wobei das flüssige Edukt eine mit Katalysator beladene poröse Struktur durchströmt. Die Erfindung betrifft ferner Vorrichtungen zur Durchführung der Entladung sowie die Verwendung einer mit Katalysator beladenen porösen Struktur zur Durchführung stark Gas freisetzender Reaktionen.

Stark Gas freisetzende Reaktionen, also stark Gas erzeugende Reaktionen, sind z.B. aus der Dehydrierung flüssiger, organischer Wasserstoffträger (LOHC: Liquid Organic Hydrogen Carriers) bekannt.

Bei diesem Reaktionstyp wird eine flüssige organische Substanz (beladener organischer Wasserstoffträger) bei erhöhter Temperatur an einem festen Katalysator zersetzt in ein wiederum flüssiges Produkt (entladener organischer

Wasserstoffträger) und Wasserstoff. Pro Molekül der organischen Substanz werden je nach chemischer Natur der organischen Substanz bis zu 9 Moleküle Wasserstoff freigesetzt, wodurch eine sehr starke und plötzliche Gasentwicklung verursacht wird. Diese Gasentwicklung behindert die Erreichung eines hohen Umsatzgrades, indem das sich bildende Gas den Zugang der noch nicht umgesetzten Flüssigkeitsanteile zu dem Katalysator erschwert. Dies liegt daran, dass der Kontakt zwischen den Flüssigkeitsmolekülen und der überwiegend im Inneren der üblicherweise porösen Katalysatoren befindlichen Katalysatoroberfläche (Nanopartikel) ein Eindiffundieren in die poröse Struktur erfordert. Bildet sich im Inneren der Struktur nun Gas, welches nach außen strebt, so wird das Eindringen der Flüssigkeit erschwert und dadurch ihre Umsetzung. Aus diesem Grund werden Katalysatoren für diesen Reaktionstyp als Schalenkatalysatoren ausgeführt, d.h. nur in einer dünnen Schale an der äußeren Oberfläche der einen oder mehrere Millimeter durchmessenden

Katalysatorpellets werden die katalytisch aktiven Nanopartikel platziert. Dies jedoch führt zu einer geringen Menge an Katalysator pro Reaktorvolumen und somit zu einer schlechten Volumenausnutzung. Weiterhin tritt in konventionellen

Reaktorsystemen mit durchströmten Packungen aus solchen Pellets oder mit dünnen Katalysatorschichten auf strukturierten Trägem (Schwämme, 3D-ged ruckte Strukturen, etc.) durch die Gasentwicklung eine starke Verbreiterung der Verweilzeitverteilung der Flüssigphase auf, die ebenfalls einer vollständigen

Umsetzung der beladenen Flüssigkeit entgegenwirkt, weil die kürzeste praktisch auftretende Verweilzeit immer noch so lange gewählt werden muss, dass eine vollständige Umsetzung möglich ist. Dies bedingt ein großes Bauvolumen um hohe Entladungsgrade sicherzustellen. Diese sind bei der Anwendung solcher Systeme in Fahrzeugen nötig um eine hohe Reichweite pro Liter LOHC zu erzielen.

Aus der US 7,766,986 B2 (bzw. äquivalente Veröffentlichung US 2006 0143981 A1 ) ist ein Mikrokanalreaktor mit Kanälen bekannt. In den Mikrokanälen befindet sich ein Katalysator aus Metallnanopartikeln.

In der DE 2010 038 491 A1 wird eine Kraftstoffversorgungseinrichtung beschrieben, bei der ein mit Wasserstoff angereichertes Trägermittel, insbesondere LOHC, in einem Reaktorgefäß zur Dehydrierung für die Bereitstellung von Wasserstoff gebracht wird. Das Reaktorgefäß ist eine druck- und temperaturfeste Außenhülle, in welcher sich ein beweglicher, insbesondere rotierender Körper befindet, wobei der Körper und/oder die Außenhülle innen mit einem Katalysator ausgerüstet ist. Der bewegliche Körper kann an seiner Außenkontur mit einem innen mit Katalysator beschichteten Deckband versehen sein, wobei die Innenseite mit Rillen oder mit porösen, insbesondere schwammartigen Strukturen, versehen ist.

Die DE 10 2013 214 313 A1 beschreibt einen Reaktor zur Freisetzung von Wasserstoff, in einem Reaktionsgefäß enthaltend wenigstens einen Körper mit metallischer Trägerstruktur, auf die eine feste, hoch poröse Beschichtung aufgebracht ist, die katalytisch wirkende Substanzen enthält. Die katalytische Dehydrierung erfolgt unter Druck bei hohen Temperaturen entlang der Beschichtung, so dass Wasserstoff freigesetzt wird und nach oben steigend abgeführt wird.

Die Veröffentlichung von von Wild 2010 bei der „18. World Hydrogen Energy Conference“ beschreibt eine Dehydrierung durch Einströmen eines Eduktes in Mikrokanäle. Dadurch werden im Zuge der Gasfreisetzung unterschiedliche Strömungen erzeugt, die schwer kontrollierbar sind.

Aus der DE 10 2005 010 213 ist ein katalytisch aktiver Mem branporendurchflussreaktor zur Umsetzung von organischen Verbindungen, bevorzugt zur Hydrierung bekannt. Der Reaktor umfasst den Einsatz von keramischen Membranen mit verschiedenen Porendurchmessem.

Die heute erhältlichen Wasserstofffreisetzungssysteme für LOHC (Hydrogenious Technology) sind noch erheblich zu groß, um mobile Anwendungen im LKW-Bereich zu ermöglichen. Dies liegt im Wesentlichen an der zu geringen Reaktor-Produktivität pro Volumen bei dem geforderten hohen Entladungsgrad. Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es somit, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches die Nachteile des Standes der Technik nicht mehr aufweist. Insbesondere soll eine gute Kontaktierung der Produkte mit dem Katalysator gewährleistet werden, um eine im Wesentlichen vollständige Umsetzung der Produkte zu erreichen. Das Verfahren soll ferner eine möglichst kurze Verweilzeit des beladenen Produktes bei einer wie oben erwähnten im Wesentlichen vollständigen Umsetzung gewährleistet.

Weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung soll die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der entsprechenden Vorrichtungen im Bereich der Mobilität, der sog. On-Board-Erzeugung von Wasserstoff aus LOHC, z.B. in LKW sein. Im Allgemeinen sollen eine hohe volumetrische Gasfreisetzungsrate, insbesondere Wasserstoff-Freisetzungsrate und ein geringes Systemgewicht erzielt werden.

Ferner sollen hohe Entladungsgrade des Produktes bei geringem Bauvolumen der für das Verfahren notwendigen Vorrichtung ermöglicht werden.

Weitere Aufgabe war es mithin, Vorrichtungen zur Verfügung zu stellen, in welchen das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann. Diese Vorrichtungen sollen ein geringeres Bauvolumen als der Stand der Technik vorweisen und gleiche oder höhere Entladungsgrade des Produktes ermöglichen.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Durchführung stark Gas freisetzender Reaktionen durch Entladung eines Gas-Produktes aus einem flüssigen Edukt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein flüssiges Edukt eine mit Katalysator beladene poröse Struktur durchströmt. Alternativ wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Entladung eines Gas-Produktes aus einem flüssigen Edukt gelöst, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein flüssiges Edukt eine mit Katalysator beladene poröse Struktur durchströmt.

In einer Ausführung ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass im Wesentlichen das gesamte flüssige Produkt die poröse Struktur durchströmt.

Im Sinne der Erfindung wird der Begriff „im Wesentlichen“ bezogen auf eine Stoffmenge verwendet um zu definieren, dass mindestens 80 %, bevorzugt 85 %, 86, 87, 88, 89 %, besonders bevorzugt 90, 91 , 92, 93, 94 %, insbesondere 95, 96, 97, 98, 99 oder 100 % dieses Stoffes betroffen sind. Das bedeutet beispielsweise, dass im Falle des Eduktes, das im Wesentlichen vollständig die poröse Struktur durchströmt beziehungsweise in diese einströmt, umgesetzt, und bevorzugt entladen wird und im Wesentlichen als Produkt die poröse Struktur verlässt, mindestens 80 %, bevorzugt 85 %, 86, 87, 88, 89 %, besonders bevorzugt 90, 91 , 92, 93, 94 %, insbesondere 95, 96, 97, 98, 99 oder 100 % die poröse Struktur durchströmen beziehungsweise in die Struktur einströmen.

Ein im Wesentlichen vollständiger Umsatz bzw. Entladung bedeutet im Sinne der Erfindung, dass mindestens 80 %, bevorzugt 85 %, 86, 87, 88, 89 %, besonders bevorzugt 90, 91 , 92, 93, 94 %, insbesondere 95, 96, 97, 98, 99 oder 100 % des Eduktes umgesetzt bzw. entladen werden.

Entladung im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet, dass ein Gas als Produkt aus einem flüssigen Edukt freigesetzt wird. Das Gas-Produkt, also das gasförmige Produkt, kann in einer Alternative im Edukt gebunden sein, im Sinne einer Lösung, Absorption, etc., oder durch Teilverdampfung einer Flüssigkeit entstehen.

In einer weiteren, bevorzugten Alternative wird das Gas bei der Reaktion des flüssigen Eduktes am Katalysator gebildet, also in situ synthetisiert in einer chemischen Reaktion. Möglich sind auch Mischformen, d.h. zum Beispiel sowohl Synthese in Kombination mit Desorption, Teilverdampfung, etc.

Ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, dass mindestens ein flüssiges Produkt eine poröse Struktur, die mit Katalysator beladen (beschichtet oder beaufschlagt) ist, durchströmt.

Durchströmen im Sinne der Erfindung bedeutet jedoch nicht, dass dasselbe Produkt, welches auf der einen Seite der porösen Struktur einströmt, auf der gegenüberliegenden Seite der Struktur ausströmt. Durchströmen im Sinne der vodiegenden Erfindung bedeutet lediglich, dass das Produkt in die poröse Struktur einströmt, bei Kontakt mit dem Katalysator umgesetzt, also entladen wird, und das gasförmige Produkt, ggf. nicht umgesetztes flüssiges Edukt und ggf. mindestens ein weiteres Produkt, bevorzugt ein weiteres flüssiges, entladenes Produkt ausströmen. in einer weiteren Ausführung betrifft die Erfindung ein Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Struktur ein Material, bevorzugt ein Monolith ist, welches dreidimensional fluidisch verknüpfte Hohlräume aufweist.

Dreidimensional fluidisch verknüpfte Hohlräume im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet, dass eine Vielzahl einzelner Poren, auch als Hohlräume bezeichnet, in der porösen Struktur voriiegen und miteinander verknüpft sind, so dass ein Durchströmen der porösen Struktur durch ein Fluid gewährleistet ist. Mit anderen Worten, die poröse Struktur weist einen gemeinsamen feststofffreien Raum auf, der sich quer durch die poröse Struktur erstreckt, also von einem Rand bis zum gegenüberliegenden Rand. Der feststofffreie Raum ist gebildet durch Poren, Hohlräume, die fluidisch miteinander verknüpft sind.

Das Verfahren ist in einer Alternative dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Struktur mit Katalysatorpartikeln beladen (beschichtet oder beaufschlagt als gleichwertige Termini) ist.

Die poröse Struktur ist in einer Ausführung mit Katalysatorpartikel beladen.

In einer weiteren Alternative oder zusätzlich ist der Katalysator an den Wänden der Poren bzw. Hohlräume der porösen Struktur fixiert.

Bevorzugt werden nanoskalige Katalysatorpartikel eingesetzt, das heißt Katalysatorpartilkel mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 1 - 1000 nm, bevorzugt 1 - 100 nm, besonders bevorzugt 1 - 10 nm.

In einer weiteren Ausführung weist die poröse Struktur Poren bzw. Hohlräume mit einer nominalen Porengröße von 1 nm - 20 pm auf.

In einer Alternative ist die poröse Struktur ein monolithischer Körper. In einer

Alternative enthält oder besteht dieser aus mindestens einem Monolithen aus folgenden Materialien: AI2O3, Zr02, Ti02, Al-Si-Mischoxide, Cordierit, Edelstähle oder Hochtemperaturstähle.

In einer Alternative ist die poröse Struktur ein keramischer Schwamm, bevorzugt ein Monolith aus keramischem Schwamm. In einer Alternative ist die poröse Struktur aus mehreren Monolithen gebildet.

Erfindungsgemäß einzusetzende Monolithe sind mit Katalysator funktionalisierte Monolithe. In einer Alternative umfasst der Begriff Monolith auch andere

(mikro strukturierte Körper oder Packungen von Katalysatorpulver.

Der oder die Materialien, bevorzugt Monolithe der porösen Struktur besitzen Poren, Hohlräume mit einer Zelldichte von 200 bis 1 .000 cpsi, bevorzugt 250 bis 800, besonders bevorzugt 200 bis 700, 350 bis 650, insbesondere 400 bis 600. Der oder die Monolithe sind mit Katalysator funktionalisiert, d.h. in den Poren befindet sich mindestens ein Katalysator.

Als Katalysator werden Katalysatoren enthaltend Metalle, bevorzugt Edelmetalle, weiter bevorzugt Rodium, Platin, Palladium und/oder Gold und/oder

Übergangsmetalle, bevorzugt Nickel, Kupfer, Kobalt, Eisen, etc. eingesetzt. In einer Alternative werden mikroporöse Trägermaterialien eingesetzt, um die Oberfläche für das katalytisch aktive Material (Metalle) zu erhöhen. Dabei wird das Trägermaterial (typischerweise AI2O3, Zr02, Ti02, SIO2) mit gängigen Verfahren wie Sol-Gel Technik, Washcoat oder ähnliches auf dem Monolithen aufgebracht, alternativ auf einem anderweitig beschichteten Körper wie z.B. einem mikrostrukturierten System.

In einer Alternative zeigt der sich in der porösen Struktur befindende Katalysator, also in den Poren des Materials, bevorzugt eines Monolithen, einen

Konzentrationsgradienten auf. Die Konzentration des Katalysators pro

Volumeneinheit Monolith oder Zelle kann sich axial oder radial ändern.

Die poröse Struktur ist bevorzugt ein Sintermaterial, enthaltend oder bestehend aus Metall, Glas, Keramik oder temperaturstabilem Kunststoff oder eine beliebige Kombination davon.

In einer Alternative der Erfindung weisen die Wände der Poren eine (zusätzliche) mikroporöse Schicht auf, die mit Katalysator-Nanopartikeln beladen wird. Eine Ausführung betrifft ein Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein flüssiges, mit Gas beladenes Produkt druckgetrieben in die poröse Struktur einströmt beziehungsweise diese durchströmt.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann kontinuierlich durchgeführt werden.

Eine stark Gas freisetzende Reaktion im Sinne der Erfindung ist gekennzeichnet durch Freisetzung von mindestens 2 Mol eines gasförmigen Produkts aus einem Mol flüssigen Edukts oder mindestens 100 ml eines gasförmigen Produkts aus 1 ml eines flüssigen Produkts.

Stark Gas-freisetzende Reaktionen werden wie folgt definiert:

Reaktionen, bei denen aus einem Mol eines flüssigen Edukts gegebenenfalls ein Mol eines flüssigen Produkts und mindestens zwei Mol eines gasförmigen Produkts, bevorzugt 3, 4, 5 Mol eines gasförmigen Produkts, besonders bevorzugt 6, 7 Mol eines gasförmigen Produkts, insbesondere 8, 9 oder mehr Mol freigesetzt werden. Alternativ werden solche Reaktionen über Volumina definiert als Reaktionen, aus denen aus 1 ml eines flüssigen Edukts mindestens 100 ml eines gasförmigen Produkts entstehen, bevorzugt 200, 300, besonders bevorzugt 400, insbesondere 500 ml oder mehr eines gasförmigen Produkts entsteht beziehungsweise synthetisiert wird.

Wie oben erwähnt kann neben dem Gas-Produkt ein weiteres fluides Produkt gebildet werden.

Bevorzugt wird als Gas-Produkt hfe (Wasserstoff) aus LOHC (Liquid Organic

Hydrogen Carrier, flüssiger organischer Wasserstoffträger) als Edukt entladen. Die Palette der als LOHC in Betracht kommenden Stoffe ist dabei außerordentlich groß. Derartige Systeme können für einen energieeffizienten Transport von Wasserstoff von einem zentralen Entstehungsort zu dezentralen Verbrauchsorten oder für die wasserstoffgetriebene Mobilität mit Brennstoffzellen beziehungsweise

Verbrennungsmotoren genutzt werden.

Wesentlich für die vorliegende Erfindung ist die Gasfreisetzung in einer von dem flüssigen Edukt durchströmten Pore in welcher ein Katalysator, bevorzugt in Partikelform angeordnet ist. Die Wand des Hohlraums, also der Pore, ist bevorzugt mit nanoskaiigen Katalysatorpartikeln beaufschlagt beziehungsweise beladen. Eine solche poröse Struktur entspricht einem dreidimensional aufgespannten Schalenkataiysator.

Das flüssige Edukt wird von der einen Seite mittels Druck in die poröse Struktur eingebracht. Bei Kontakt mit dem Katalysator erfolgt die Gasentladung. Die dreidimensional fluid isch verknüpften Hohlräume ermöglichen einen störungsfreien Abtransport der entstehenden Glasblasen in Strömungsrichtung, mit anderen Worten es erfolgt ein konvektiver Transport des entladenen Gases, also der Transport der Gasblasen mit der strömenden Flüssigkeit. Diese Flüssigkeit kann einerseits das flüssige Edukt sein, andererseits aber auch das entladene, flüssige Produkt. In Strömungsrichtung wird beladenes flüssiges Edukt nachgeführt. Durch den störungsfreien Abtransport des entladenen Gases behindert dieses den Zugang von frischem Edukt zu dem Katalysator nicht. Schematisch ist dies in Fig. 1 dargestellt.

In einer Ausführung der Erfindung wird das Verfahren und die entsprechende Vorrichtung wie folgt beschrieben:

Bezugszeichenfiste:

1 Beladenes flüssiges Edukt (Druck pF)

2 Mit Katalysator beaufschlagte Hohlraumwände

3 Freigesetztes Gas (Druck pF)

4 Entladenes flüssiges Produkt (Druck pF < pF)

5 Poröse Membran

6 Filterscheiben

7 Hohlraumwände

8 Dichte mechanische Struktur für fluidische Beheizung

9 Poröse metallische Struktur Figur 1 zeigt schematisch das erfindungsgemäße Verfahren. Hierbei ist mit Ziffer 1 das mit Gas beladene, flüssige Edukt bezeichnet. Ziffer 2 stellt die mit Katalysator beaufschlagten Hohlraumwände dar. Das freigesetzte Gas ist Ziffer 3 und das entladende Produkt ist Ziffer 4.

Figur 2 zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Mit der Ziffer 5 ist die poröse Rohrmembran bezeichnet. Von zwei Seiten wird das beladene, flüssige Edukt 1 eingegeben. An einer Seite wird das entladene flüssige Produkt 4 aus der porösen Rohrmembran 5 abgeführt. Auf der anderen Seite wird das entladende Gas 3 abgeführt.

Figur 3 zeigt eine andere Variante der Erfindung, bei welcher rotierende Filterscheiben 6 verwendet werden. In die Hohlwelle 7 wird das flüssige Edukt eingespeist. Durch die Drehung wird das flüssige Edukt in die Filterscheiben 6 aufgrund der Fliehkraft eingebracht. Die Filterscheiben 6 sind mit einem Katalysator 2 beaufschlagt. Das entladene Gas 3 und das entladene flüssige Produkt 4 werden voneinander getrennt und abgeführt.

Figur 4 stellt ein Bauteil dar, das für eine fluidische Beheizung eingesetzt wird. Solche Bauteile weisen eine dichte, metallische Struktur für die fluidische Beheizung 8 auf. Weiterhin ist eine poröse, metallische Struktur 9 als Material eingesetzt.

Das Grundprinzip der Erfindung besteht darin, dass der Kontakt zwischen dem flüssigen Edukt und dem Katalysator nicht durch Eindiffusion in ein poröses

Katalysatorpellet entgegen der Richtung des Transports des gasförmigen Produkts erfolgt, sondern durch eine druckgetriebene Durchströmung eines porösen

Katalysatorkörpers mit Poren im Bereich von unter 1 nm bis etwa 20 nm von innen nach außen, im einfachsten Fall ein Sinterröhrchen bestehend aus Metall, Glas, Keramik, oder einem temperaturstabilen Kunststoff, in dessen dreidimensionales Porensystem die Katalysatornanopartikel abgeschieden und an den Wänden fixiert werden. Zur Erhöhung der Menge an Katalysator-Nanopartikeln kann im Inneren des Röhrchens zuvor eine mikroporöse Schicht an den Wänden aufgebracht werden, welche dann ihrerseits die Katalysator-Nanopartikel aufnimmt und dabei aber nicht die Poren des Röhrchens für die Flüssigkeit unpassierbar macht. Anstelle von Röhrchen können nahezu beliebige Formen, wie Kapillaren, Hohlfasem,

Filterscheiben oder sonstige, auch 3D-gedruckte poröse Strukturen mit großer äußerer Oberfläche pro Volumen zum Einsatz kommen. Zur Bereitstellung der erforderlichen Dehydrierwärme können z.B. mittels 3D-Druck auch Kanalstrukturen für ein Heizfluid direkt in die Bauteile integriert werden. Durch die Durchströmung von innen nach außen lassen sich die diffusiven Stofftransportwiderstände

eliminieren. Das sich bildende Gas kann durch das dreidimensionale Porennetzwerk bequem nach außen entweichen und blockiert nicht den Zugang der von innen nachgeführten beladenen Flüssigkeit. Beim Austritt aus den Poren tritt in dem umgebenden Gehäuse eine z.B. durch die Schwerkraft oder bei Ausführung als rotierendes Scheibenfilter auch durch Fliehkräfte zusätzlich unterstützte Trennung von Gas und Flüssigkeit ein.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Grundprinzip einer solchen Vorrichtung ist in Fig. 2 dargestellt am Beispiel der Verwendung einer Rohmembran als poröse Struktur. Es handelt sich hierbei um ein röhrenförmiges oder schlauchförmiges Gebilde, dessen Wände eine poröse Struktur aufweisen. In dieses Rohr wird bevorzugt von beiden Enden beladenes flüssiges Edukt mit erhöhtem Druck und oder Temperatur eingebracht.

Eine Temperaturerhöhung kann allgemein vor Einieiten des Eduktes in die Vorrichtung oder poröse Struktur erfolgen oder erst oder zusätzlich in der Vorrichtung und/oder porösen Struktur.

Im Sinne der Erfindung sind erhöhte Bedingungen wie z.B. ein erhöhter Druck oder erhöhte Temperatur Bedingungen, die über den als Standardbedingung definierten Werten von 25°C und 1 Atmosphärendruck liegen. Ein erhöhter Druck beziehungsweise eine Druckdifferenz zwischen der Zufuhr- und der Abfuhrseite der porösen Struktur im Sinne der Erfindung kann durch eine Pumpe oder z.B. durch Zentrifugalkräfte erzeugt werden.

Das beladene flüssige Edukt wird in die poröse Struktur eingebracht. Bei Kontakt des Eduktes mit dem Katalysator wird einerseits Gas entladen und ein entladenes, flüssiges Produkt verbleibt. Beides wird in Strömungsrichtung aus der porösen Struktur durch nachrückendes flüssiges Edukt verdrängt. Das entladene Gas hat an der Außenseite der porösen Struktur einen geringeren Druck als die zugeführte Flüssigkeit. Ebenso hat das entladene flüssige Produkt einen geringeren Druck als das eingebrachte flüssige Produkt.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Entladung von Gasen aus flüssigen Stoffen, insbesondere aus stark Gas freisetzenden Edukten, enthält mithin eine poröse Struktur, deren Poren mit Katalysator beladen bzw. beaufschlagt sind sowie eine Vorrichtung zur Erhöhung des Druckes des flüssigen Eduktes beziehungsweise zur Erzeugung einer Druckdifferenz zwischen der Zufuhrseite des Edukts und der Abfuhrseite der Produkte, um ein Einströmen in die poröse Struktur zu erzielen. Eine solche Vorrichtung zur Druckerhöhung ist in einer Alternative eine Pumpe. In einer weiteren Alternative handelt es sich dabei um eine Vorrichtung, welche eine oder mehrere als runde Filtertaschen ausgeprägten porösen Strukturen in Rotation versetzt und durch die Zentrifugalkraft eine Druckdifferenz zwischen der Innen- und Außenseite erzeugt. Zum Aufheizen, also zur Erhöhung der Temperatur des flüssigen Eduktes und/oder zum Einbringen der für die Gasbildung beziehungsweise für die Gasfreisetzung aus der Flüssigkeit benötigten Wärmeenergie kann z.B. eine elektrische Widerstandsbeheizung eingesetzt werden, welche bevorzugt die Wärme, die für die Entladung des Gases benötigt wird, direkt in die poröse Struktur einkoppelt, wodurch eine besonders effiziente Wärmeübertragung erreicht wird.

In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung aus rotierenden Filterscheiben auf eine Hohlwelle aufgebaut, wie in Fig. 3. dargestelit. In die Hohlwelle wird beladenes flüssiges Edukt eingespeist. Durch die Drehung wird das flüssige Edukt in die Filterscheiben aufgrund der Fliehkraft eingebracht. Die Filterscheiben sind die porösen Strukturen, die mit Katalysator beaufschlagt sind. Das nach der Passage der porösen Struktur vorliegende Gas- Produkt kann von einem ggf. flüssigen Produkt mittels Fliehkraft leicht getrennt werden. Ein solche Vorrichtung ist sehr kompakt.

Eine weitere Ausführung betrifft integrierte Bauteile mit einer dichten metallischen Struktur, die für eine fluidische Beheizung eingesetzt werden. Solche integrierten Bauteile können z.B. mittels 3D-Druck hergestellt werden, z.B. 3D-Druck von Metallen durch selektives Laserschmelzen (SLM, selective laser melting). Ein Beispiel wird in Fig. 4 gezeigt. Weitere Alternativen betreffen Materialvarianten für die porösen Strukturen, wobei die Materialien ausgewählt werden aus der Gruppe enthaltend oder bestehend aus keramische Filter, metallische Filter, Polymerfilter und Kompositmaterialien.

In weiteren Ausführungen werden elektrisch leitende Materialien (Metalle, leitfähige Keramiken oder Polymere oder Komposite) eingesetzt. Vorteilhaft ist dadurch die elektrische Widerstandsbeheizung zur direkten Einkopplung der

Dehydrierungswärme der Edukt-Entladung möglich. Dies kann zu besonders kompakten Systemen führen.

In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung sind die Wände der Hohlräume der porösen Struktur nicht einheitlich mit Katalysatorpartikeln beaufschlagt, es liegt eine asymmetrische Anordnung der Katalysatorpartikel vor. Eine solche asymmetrische Anordnung kann z.B. gemäß der EP 1 ,599 613 A hergestellt werden. Dadurch lässt sich die Gasentwicklung in den Hohlräumen der porösen Struktur zusätzlich steuern. In einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung wird das erfindungsgemäße Verfahren wiederholt oder alternativ in nacheinander geschalteten Vorrichtungen durchgeführt. Eine solche Kaskadierung gemäß der zweiten Alternative, d.h. die flüssige Phase, sowohl flüssiges Edukt als ggf. flüssiges Produkt, durchströmt nacheinander mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen, führt zu einer Umsatzsteigerung pro Element, also pro Vorrichtung, als auch zu einer Optimierung des Gesamtumsatzes.

Das hier erfindungsgemäße Verfahren für die Entladung von Gas aus flüssigen Edukten und die hieraus ableitbaren Vorrichtungen erlauben eine viel höhere wirksame Katalysatormenge pro Volumen, vermeiden gleichzeitig

Stofftransportlimitierungen und sorgen für eine leichte Trennung von Gas und

Flüssigkeit in einem kompakten Gehäuse als der Stand der Technik. Bei geeigneter Ausgestaltung (z.B. 3D-Druck von Metallen) können mikrofluidische Heizstrukturen direkt integriert werden. Durch die kombinierte Wirkung der drei Effekte sind viel höhere Wasserstofffreisetzungsleistungen pro Volumen möglich, die für alle

Anwendungen mit hohen Anforderungen an Systemkompaktheit, insbesondere im mobilen Bereich entscheidend sind.

Die Nutzung einer durchströmten porösen Struktur mit integrierten nanoskaljgen Katalysatorpartikeln als Katalysator für die Dehydrierung flüssiger organischer Wasserstoffträger integriert in die erfindungsgemäßen Vorrichtungen adressiert mehrere wesentliche Schwachstellen der bisherigen Ansätze: es stellt trotz

Gasentwicklung einen guten Kontakt zwischen unreagiertem flüssigen Edukt und Katalysator sicher, sorgt für eine definierte Verweilzeit der Flüssigphase und verhindert die Ausbildung stagnierender Flüssigkeitsfilme, minimiert

Stofftransportwiderstände, ermöglicht eine hohe Katalysatorkonzentration pro Volumen, eine integrierte Phasentrennung und auch eine direkte elektrische oder fluidische Beheizung.

Das Prinzip ist dabei verallgemeinerbar auf alle Reaktionen, die aus einer Flüssigkeit große Gasmengen freisetzen und neben dem Gas eines oder mehrere flüssige Produkte erzeugen.

In Hinsicht auf die Ausgestaltung der Geometrie der durchströmten porösen Struktur, möglicher, im Inneren des Porensystems angebrachter poröser Trägerschichten, der Materialien für die durchströmte Struktur und die aktive Katalysatorphase sowie auch die Geometrie des Reaktorgehäuses bestehen zahlreiche Variationsmöglichkeiten. Auch kann die Gas/Flüssigkeitstrennung durch Ausführung der Struktur als rotierendes Scheibenfilter zusätzlich unterstützt werden.

Die besondere Wirkung resultiert aus der Strömung durch das Porensystem eines Katalysators im Gegensatz zur konventionellen Gegenstromdiffusion von Edukt und Produkt. Dadurch werden die T ransportwiderstände größtenteils eliminiert, die Behinderung des Zutritts von beladener Flüssigkeit zu den aktiven Zentren durch sich bildendes Gas wird durch die Strömungsrichtung von innen nach außen überwunden.