DeVer 2-in-1-Reaktor – Kombination aus NOx-freier katalytischer Verbrennung und LOHC-Dehydrierung
Der DeVer-2-in-1-Reaktor ist eine Schlüsselkomponente einer Forschungsprozesanlage, die gemeinsam vom Institut für nachhaltige Wasserstoffwirtschaft (IHE) und dem Institut für Technik und Ingenieurwesen (ITE) am Forschungszentrum Jülich entwickelt wurde. Er kombiniert die Wasserstofffreisetzung aus einem flüssigen organischen Wasserstoffträger (LOHC) mit der katalytischen Wasserstoffverbrennung, wodurch die für den endothermen Dehydrierungsvorgang erforderliche Wärme durch den bei der Dehydrierung freigesetzten Wasserstoff bereitgestellt werden kann.
Da die Dehydrierungsreaktion endotherm verläuft, ist für die Freisetzung von Wasserstoff aus einem LOHC Wärme erforderlich. Der DeVer-2-in-1-Reaktor vereint die Dehydrierungs- und Verbrennungsprozesse in einem einzigen Reaktorkonzept. Der Reaktor ist als Wärmetauscher mit 87 Reaktorrohren ausgelegt. Ein Wasserstoff-Luft-Gemisch wird durch diese Rohre geleitet, wo der Wasserstoff unter kontrollierten Bedingungen katalytisch verbrannt wird. Die bei der Verbrennung entstehende Wärme wird über die Rohrwände an den umgebenden LOHC-Reaktorabschnitt übertragen und liefert so die für die Dehydrierungsreaktion erforderliche Wärme.
Ein wesentliches Merkmal des Verfahrens ist, dass nach dem Anfahren der Anlage die katalytische Wasserstoffverbrennung mit dem Wasserstoff versorgt wird, der während des LOHC-Dehydrierungsprozesses freigesetzt wird. Um den Gesamtwirkungsgrad des Verfahrens zu verbessern, wird das Verbrennungsabgas rückgeführt und mit frischem Wasserstoff und Luft vermischt, bevor es wieder in den katalytischen Verbrennungsabschnitt gelangt. Zusätzlich zu dem Hochtemperatur-Abgasrückführungssystem bei 400 °C sind mehrere Wärmerückgewinnungssysteme in die Anlage integriert. Die Prozessanlage ist vollautomatisiert.
Bei der Konstruktion des Reaktors lag ein starker Fokus auf der experimentellen Untersuchung und der Prozesscharakterisierung. Der komplexe Druckbehälter, der für den Betrieb bei 10 bar und 400 °C ausgelegt ist, ist mit 51 Thermoelementen ausgestattet, die insgesamt 171 Messpunkte liefern. Ihre Integration erforderte äußerst anspruchsvolle Fertigungsprozesse, die in enger Zusammenarbeit mit dem TÜV Rheinland durchgeführt wurden. Diese Sensoren liefern detaillierte Informationen über die Temperaturverteilung im Reaktor, einschließlich der Temperaturen im Dehydrierungskatalysatorbett und an ausgewählten Reaktorrohr-Oberflächen. Die gemessenen Temperaturen werden in Echtzeit auf der Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) angezeigt, während alle Messdaten zur späteren Analyse und Auswertung in einer speziellen Datenbank gespeichert werden.
Der DeVer-2-in-1-Reaktor wurde von ITE in enger Zusammenarbeit mit dem IHE am Forschungszentrum Jülich konzipiert, konstruiert und gefertigt.
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- Institute of Technology and Engineering (ITE)
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