AT526207A1 - Process for producing carbon nanotubes from hydrogen, methane and carbon dioxide - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Erzeugung von Nanotubes aus Kohlenstoff (23) auf einer Siliziumoxid Grundplatte beschichtet mit dem Katalysator Eisen und Gandolinum aus Methan (1), aus Wasserstoff (6) und Kohlendioxid (11) in einem Reaktor (9) als Autoklav mit zwei beweglichen Türen (20,26), wobei die Kohlenstoff Nanotubes auf der Grundplatte (23) entgehen der Schwerkraft wachsen. Methan (1) wird bereitgestellt, entspannt (2) und erwärmt (4), Wasserstoff (6) wird entspannt (7) und erwärmt (9), und Kohlendioxid (11) wird entspannt (12) und erwärmt (12) und die Gase in einem Mischer (16) zusammengeführt. Wasserdampf wird aus dem Reaktor (9) über die Düsen (25) abgesaugt über den Wärmetauscher (17) abgekühlt und im Wärmetauscher (27) als Kondensat (30) gewonnen.Process for producing nanotubes made of carbon (23) on a silicon oxide base plate coated with the catalyst iron and gandolinum from methane (1), from hydrogen (6) and carbon dioxide (11) in a reactor (9) as an autoclave with two movable doors ( 20,26), whereby the carbon nanotubes grow on the base plate (23) to avoid gravity. Methane (1) is provided, expanded (2) and heated (4), hydrogen (6) is expanded (7) and heated (9), and carbon dioxide (11) is expanded (12) and heated (12) and the gases brought together in a mixer (16). Water vapor is sucked out of the reactor (9) via the nozzles (25), cooled via the heat exchanger (17) and obtained as condensate (30) in the heat exchanger (27).

Description

Verfahren zur Erzeugung von Nanotubes aus Kohlenstoff 23 auf einer Siliziumoxid Grundplatte beschichtet mit dem Katalysator Eisen und Gandolinum aus Methan 1, aus Wasserstoff 6 und Kohlendioxid 11 in einem Reaktor 9 als Aufoklav mit zwei beweglichen Türen 20,26, wobei die Kohlenstoff Nanotubes auf der Grundplatte 23 entgehen der Schwerkraft wachsen. Methan 1 wird bereitgestellt, entspannt 2 und erwärmt 4, Wasserstoff 6 wird entspannt 7 und erwärmt 9; and Kohlendioxid 11 wird entspannt 12 und erwärmt 12 und die Gase in einem Mischer 16 zusammengeführt, Wasserdampf wird aus dem Reaktor 9 über die Düsen 25 abgesaugt über den Wärmetauscher 17 abgekühlt und im Wärmetauscher 27 als Kondensat 30 gewonnen. Process for producing nanotubes made of carbon 23 on a silicon oxide base plate coated with the catalyst iron and gandolinum from methane 1, hydrogen 6 and carbon dioxide 11 in a reactor 9 as an open oclave with two movable doors 20,26, with the carbon nanotubes on the base plate 23 escape gravity grow. Methane 1 is provided, expanded 2 and heated 4, hydrogen 6 is expanded 7 and heated 9; and carbon dioxide 11 is relaxed 12 and heated 12 and the gases are brought together in a mixer 16, water vapor is sucked out of the reactor 9 via the nozzles 25, cooled via the heat exchanger 17 and obtained as condensate 30 in the heat exchanger 27.

in der bemannten Raumfahrt stand man vor der Frage, wie kann man lebenserhaltende Systeme entwickeln, die einen längeren Aufenthalt in einer Raumstation möglich macht. Das führte bei den Raumfahrtunternehmen zu der Frage, wie kann man das anfallende. Kohlendioxid aus der Luft in der Raumstation aufbereiten und recyceln, In manned space travel, the question was how to develop life support systems that would make a longer stay in a space station possible. This led space companies to ask themselves how they could manage the resulting costs. Process and recycle carbon dioxide from the air in the space station,

Das führte zu der Entwicklung eines Bosch Reaktors, in dem Kohlendioxid zusammen mit: Wasserstoff zu Kohlenstoff und Wasserdampf reduziert werden soll, Als Katalysator hatte man Eisen verwendet. Dabei hatte Eisen die Funktion zusammen mit Kohlendioxid Eisenoxid und ; Kohlenmeonoxid zu bilden und Wasserstoff und Kohlenmonoxid können mit Hilfe der reversiblen Shiftreaktion zu Kohlenstoff und Wasserdampf reduziert werden. Der Nachteil dieser Entwicklung war, dass man damit Kohlenstoff erzeugte, der sich auf der Oberfläche des Katalysator Eisens anlagerte und so die Aktivität des Katalysators reduzierte, Die Anlage funktionierte als Batchbetrieb und verlor mit Fortdauer des Betriebes an Aktivität und Funktion. ; This led to the development of a Bosch reactor in which carbon dioxide was reduced together with hydrogen to carbon and water vapor. Iron was used as a catalyst. Iron had the function together with carbon dioxide iron oxide and; To form carbon monoxide and hydrogen and carbon monoxide can be reduced to carbon and water vapor using the reversible shift reaction. The disadvantage of this development was that it produced carbon, which accumulated on the surface of the iron catalyst and thus reduced the activity of the catalyst. The system worked as a batch operation and lost activity and function as operation continued. ;

Die Erzeugung von Carbanfasern erfolgte auf der Basis von Kunstoffen, im besonderen Polyaramide, die zu Fasern versponnen wurden und zusammen mit einer Expoaxydharzmatfix zu Precurser umgewandelt worden sind, Unter Precurser versteht man Kohlenstofffasern, die zu einen Band ( = Roving } versponnen worden sind und dann die Bänder auf Rollen aufgewickelt worden sind, Der Nachteil dieses Verfahrens ist das Ausgangsprodukt an Kunstoffen, die aus Erdöl: gewonnen werden. Damit sind Carbonfasern nicht nachhaltig und entsprechen auch nicht den Vorgaben der RED II ( EU 2001/2018 } ( Renewable Directive }, wonach erneuerbare Stoffe und Energie zum Einsatz kommen sollen. 5 The production of carbane fibers was based on plastics, in particular polyaramides, which were spun into fibers and converted into precursors together with an epoxid resin matfix. Precursers are carbon fibers that have been spun into a band (= roving) and then the strips have been wound on rolls, The disadvantage of this process is the starting product is plastics, which are obtained from petroleum. This means that carbon fibers are not sustainable and do not meet the requirements of RED II (EU 2001/2018} (Renewable Directive}, according to which renewable materials and energy should be used. 5

Die Methanpyrolyse, beider Methan In Kohlenstoff und Wasserstoff umgewandelt wird, stellt die Frage, was. kann man mit.dem so gewonnen amorphen Kohlenstoff nun anfangen. Eine Möglichkeit besteht in der Verwertung in Form von Elektrokohle bei Maschinen, eine andere Methode besteht in der Form von Graphit und Graphen. Methane pyrolysis, where methane is converted into carbon and hydrogen, raises the question of what. you can now start with the amorphous carbon obtained in this way. One possibility is to use it in the form of electric coal in machines, another method is to use it in the form of graphite and graphene.

Kohlenstofffaser können aus Kohlenstoffnanotubes erzeugt und gewonnen werden, Als Voraussetzung ist die Erzeugung Kohlenstoffnanotubes mit einer Länge von 1mm bis 20 mm, die dann in bekannter und Klassischer Weise verspennen werden können, Dabei versteht man unter Verspinnen, ein Verbinden und Verdrehen der Kohlenstoffnanotubes und einer Faser, ohne Verwendung einer bindenden Matrix. Die Eigenschaften von Kohlenstoffnanotubes sind Carbon fibers can be produced and obtained from carbon nanotubes. The prerequisite is the production of carbon nanotubes with a length of 1 mm to 20 mm, which can then be spun in a known and classic manner. Spinning is understood to mean connecting and twisting the carbon nanotubes and a fiber , without using a binding matrix. The properties of carbon nanotubes are

Durchmesser: 0,4 nım bis 6 nm Diameter: 0.4 nm to 6 nm

Länge: 1 um bis 20 mm Length: 1um to 20mm

_ Wabenarülige, netzförmige Kohlenstoff Sechsringen Dichte: 1,3 g/cm*®* bis 1,4 g/om® _ Honeycomb, net-shaped carbon six-membered rings Density: 1.3 g/cm*®* to 1.4 g/om®

Zugfestigkeit: 30 GPa bis 63 GPa Tensile Strength: 30GPa to 63GPa

Elastizitätsmodul: 1Tpa Elastic modulus: 1Tpa

Wärmeleitfähigkeit: 6000 W/mK Thermal conductivity: 6000 W/mK

Elektrische Leitfähigkeit; Electric conductivity;

Die Erfindung umfasst die Erzeugung von Kohlenstoff Nanotubes auf einer Grundplatte in The invention includes the production of carbon nanotubes on a base plate

einem Autoaklaven als Reaktor 19, Als Rohstoffe werden folgende Gase verwendet. an autoaclave as a reactor 19. The following gases are used as raw materials.

Kohlendioxid 1, Methan 6. und Wasserstoff 11. Carbon dioxide 1, methane 6. and hydrogen 11.

Bekannt ist der Bosch Prozess bestehend auf folgenden chemischen Reaktionen: CO2+2H2 >C+2H20+0 The Bosch process is known and consists of the following chemical reactions: CO2+2H2 >C+2H20+0

“Q--2,2 KJI/kg CO2 Die Massen und Energiebilanz Ist in der folgenden Tabelle 1 dargestellt “Q--2.2 KJI/kg CO2 The mass and energy balance is shown in the following Table 1

CE CE

Als Druck p wird 1,3 bar bis 2 bar verwendet, als Temperatur ein Bereich von 800°C bis 1800°C, Als Katalysator wird ein Geflecht an Eisendraht verwendet. An diesem Eisendräht scheidet sich der Kohlenstoff amorph ab und wird durch das Eisen gebunden. Der Nachteil ist, dass der äbgeschiedene Kohlenstoff mit dem Wasserdampf der sich aus der chemische Reaktion bildet wieder rekombinieren kann, also eine reversible Boschprozess auftreten kann. The pressure p used is 1.3 bar to 2 bar, the temperature is a range from 800 ° C to 1800 ° C. A braid of iron wire is used as the catalyst. The carbon is deposited amorphously on this iron wire and is bound by the iron. The disadvantage is that the deposited carbon can recombine with the water vapor that forms from the chemical reaction, i.e. a reversible Bosch process can occur.

Aus der Boschreaktion kann man ableiten, dass Wasserdampf abgeleitet werden Muss, um so den Anteil an Rekombination. sehr gering zu halten, From the Bosch reaction it can be deduced that water vapor must be removed in order to reduce the amount of recombination. to be kept very low,

Bekannt ist der Sabatierprozess bestehend aus folgender chemischer Reaktion: AH2+C02 > CH4+4+2H20+Q Q 4,16 KJikg CO2 The sabating process is known and consists of the following chemical reaction: AH2+C02 > CH4+4+2H20+Q Q 4.16 KJikg CO2

Die Massen und Energiebilanz ist in der folgenden Tabelle 2 dargestellt The mass and energy balance is shown in Table 2 below

400,00 400,00 1 15 213,70 400.00 400.00 1 15 213.70

87,91 1 87.91 1

Tabelle 2; Massen und Energiebllanz des Sabatierprozesses Table 2; Mass and energy balance of the Sabatier process

Als Druck p wird 1,3 bar bis 2 bar verwendet, als Temperatur ein Bereich von 200°C bis 400°C, Als Katalysator wird ein Geflecht an Eisendraht verwendet. An diesem Eisendraht wird Eisenoxid gebildet, wobei der Sauerstoff von dem Kohlendioxid gewonnen werden kann. Dann verbielbt in der Folge Kohlenmonoxid und Wasserstoff und es bildet sich Methan und Wasserdampf. Auch bei diesem Prozess gilt es, die Temperatur geringer als 400°C zu halten, um eine Dampfreformierung von Methan mit Wasserdampf zu vermeiden und um eine Pyrolyse von Methan bet einer Temperatur größer als 600°C zu vermeiden. Denn in dem pyrolytischen Bosch Prozess scheidet sich Kohlenstoff am Eisendraht amorph ab. The pressure p used is 1.3 bar to 2 bar, the temperature is a range from 200 ° C to 400 ° C. A braid of iron wire is used as the catalyst. Iron oxide is formed on this iron wire, whereby the oxygen can be obtained from the carbon dioxide. Then carbon monoxide and hydrogen remain and methane and water vapor are formed. In this process, too, it is important to keep the temperature lower than 400°C in order to avoid steam reforming of methane with steam and to avoid pyrolysis of methane at a temperature greater than 600°C. In the pyrolytic Bosch process, carbon is deposited amorphously on the iron wire.

Aus der Sabatier Reaktion kann man ableiten, dass Wasserdampf abgeleitet werden muss, ‚um so den Anteil an Rekombinaftion sehr gering zu halten, i From the Sabatier reaction it can be deduced that water vapor must be removed in order to keep the proportion of recombination very low, i.e

Aus den bisherigen Prozessen, Boschprozess und Sabatierprozess zeigt sich, überschreitet man eine Temperatur von 600°C dann scheidet sich am Eisen Kohlenstoff ab. Diese Eigenschaft wird nun ausgenützt. Wird wie in der Erfindung Eisen als Katalysator verwendet und mischt mar Eisen mit dem seltenen Metall Gandolinum und bringt den Katalysator aus Eisen und Gandolinum auf einer ebenen Platte aus Siliziumoxid auf, dann beginnen sich um die Eisenatome Kohlensteff in The previous processes, the Bosch process and the Sabatier process, show that if the temperature exceeds 600°C, carbon is deposited on the iron. This property is now being exploited. If, as in the invention, iron is used as a catalyst and the iron is mixed with the rare metal gandolinum and the catalyst made of iron and gandolinum is placed on a flat plate made of silicon oxide, then carbon steel begins to form around the iron atoms

Gandolinum hat die Aufgabe bei hohen Temperaturen den Abstand zwischen den Eisenatomen zu vergrößern und so die Bildung der Nanotubes zu verbessern. The task of gandolinum is to increase the distance between the iron atoms at high temperatures and thus improve the formation of nanotubes.

Die Eigenschaften von Gandolinum sind: The properties of Gandolinum are:

Molare Masse: 157,25 g/mal Dichte: 7.886 g/cm® Schmelzpunkt: 1300°C Siedepunkt: 3000°C Molar mass: 157.25 g/times Density: 7,886 g/cm® Melting point: 1300°C Boiling point: 3000°C

Gandolinum gehört zu den Lanthanoiden ( seltenen Erden ). Gandolinum hat die Funktion und Aufgabe die Hochtemperaturbeständigkeit von Eisen zu gewährleisten und wird in der Menge von 1% beigemengt. Gandolinum belongs to the lanthanides (rare earths). Gandolinum has the function and task of ensuring the high temperature resistance of iron and is added in the amount of 1%.

Erfindungsgemäß wird der Wasserdampf zusammen mit dem nicht verbrauchten Gasen wie Methan, Wasserstoff und Kohlendioxid abgesaugt, das Gas und Dampfgemisch abgekühlt, der ‚Wasserdampf als Köndensat abgeschieden und das verbleibende Gas aus Methan, Kohlendioxid und Wasserdampf dem Reaktor 19 rückgeführt. According to the invention, the water vapor is sucked off together with the unused gases such as methane, hydrogen and carbon dioxide, the gas and steam mixture is cooled, the water vapor is separated off as condensate and the remaining gas from methane, carbon dioxide and water vapor is returned to the reactor 19.

Erfindungsgemäß wird als Material für die Grundplatte 23 Siliziumaxid verwendet, das einen Schmelzpunkt von 1750°C hat. Damit ist ausreichend thermische Reserve gegenüber dem, Schmelzpunkt von Eisen 1400°C gegeben. Der Reaktor 19 wird elektrisch beheizt 22. Das Gasgemisch 16 aus Methan, Kohlendioxid und Wasserstoff wird dem Reaktor 19 über eine Düse 21 zugeführt. Das. Gemisch aus Wasserdampf und Restgasen wird über die Düse 25 abgesaugt und die Wärme des heißen Wasserdampfs und Restgases in dem Wärmetauscher 17 rückgewennen, der Wasserdampf im Wärmetauscher 27 abgekühlt und kondensiert. Die Restgase werden dem Mischer 16 zugeführt, Das Kondensat 30 als flüssiges Wasser abgeleitet und als Produkt gewonnen. ; According to the invention, the material used for the base plate 23 is silicon oxide, which has a melting point of 1750 ° C. This provides sufficient thermal reserve compared to the melting point of iron at 1400°C. The reactor 19 is electrically heated 22. The gas mixture 16 of methane, carbon dioxide and hydrogen is fed to the reactor 19 via a nozzle 21. The. Mixture of water vapor and residual gases is sucked out via the nozzle 25 and the heat of the hot water vapor and residual gas is recovered in the heat exchanger 17, the water vapor is cooled and condensed in the heat exchanger 27. The residual gases are fed to the mixer 16, the condensate 30 is discharged as liquid water and recovered as a product. ;

Der Reaktor 19 besitzt eine elektrische Heizung 22, damit die Temperatur von 1000°C bis 1400°C erreicht werden können und gehalten werden können, Der Reaktor 19 ist als Autoklav in: zylindrischer Form gebaut, der Innenraum thermisch isoliert und besitzt an beiden Enden des Zylinders automatisch klappbare und verschleißbare Türen 20,26, Diese beiden Türen haben den Vorteil über die Türe 20 kann befüllt werden und über die Türe 26 kann entleert werden, Die Grundplatte aus Siliziumoxid kann auf Rollen bewegt werden. ; The reactor 19 has an electric heater 22 so that the temperature of 1000 ° C to 1400 ° C can be reached and maintained. The reactor 19 is built as an autoclave in a cylindrical shape, the interior is thermally insulated and has at both ends of the Cylinder automatically foldable and wearable doors 20,26, These two doors have the advantage that door 20 can be filled and door 26 can be emptied. The base plate made of silicon oxide can be moved on rollers. ;

Methan wird im Behälter 1 bereitgestellt, der Behälter ist ein Druckbehälter und für einen Druck von 400 bar und eine Temperatur von 25°C ausgelegt. Das Methan wird über die Turbine 2 entspannt und der Volumenstrom über die Regelarmatur 3 geregelt und das entspannte Methan aufgewärmt, um eine Vereisung und eine Kondensierung der Leitungen durch die umgebende Luft zu vermeiden. Methane is provided in container 1, the container is a pressure vessel and is designed for a pressure of 400 bar and a temperature of 25°C. The methane is expanded via the turbine 2 and the volume flow is regulated via the control valve 3 and the expanded methane is warmed up in order to avoid icing and condensation of the lines by the surrounding air.

Wasserstoff wird im Behälter 6 bereitgestellt, der Behälter ist ein Druckbehälter und für einen Druck von 700 bar und eine Temperatur von 25°C ausgelegt. Der Wasserstoff wird über die Turbine 7 entspannt und der Volumenstrom über die Regelarmatur 8 geregelt und das entspannte © Wasserstoff aufgewärmt, um eine Vereisung und eine Kondensierung der Leitungen durch ‚die umgebende Luft zu vermeiden. ; Hydrogen is provided in container 6, the container is a pressure vessel and is designed for a pressure of 700 bar and a temperature of 25 ° C. The hydrogen is expanded via the turbine 7 and the volume flow is regulated via the control valve 8 and the expanded hydrogen is warmed up in order to avoid icing and condensation of the lines by the surrounding air. ;

Methan, Wasserstoff und Kohlendioxid werden im Mischer 16 gemischt. im Mischer 16 wird auch das unverbrauchte Restgas aus dem Reaktor 2 gemischt und das Gasgemisch wird In dem Wärmetauscher 17 erwärmt. ; Methane, hydrogen and carbon dioxide are mixed in the mixer 16. The unused residual gas from the reactor 2 is also mixed in the mixer 16 and the gas mixture is heated in the heat exchanger 17. ;

Die Erfindung hat einen sehr großen Vorteil: die Methanpyrolyse scheidet Kohlenstoff ab und die große Schwierigkeit ist es die Metallschmelze vom Kohlenstoff zu trennen. Bei dieser Erfindung scheiden sich an den Eisenatomen Kohlenstoff Nanotübes ab. Man gewinnt mit dieser Erfindung einen Rohstoff in Form von Nanotubes, der nun zu Fasern versponnen werden kann, die die Grundlage für Carbanfasern darstellen. Die Größenardnung der Anlage ist vom Labormaßstab bis zum graßtechnischen Autoklaven hin einsetzbar. : The invention has a very big advantage: methane pyrolysis separates carbon and the great difficulty is separating the molten metal from the carbon. In this invention, carbon nanotubes are deposited on the iron atoms. With this invention, a raw material is obtained in the form of nanotubes, which can now be spun into fibers that form the basis for carbane fibers. The size of the system can be used from laboratory scale to large-scale autoclaves. :

1 Methan 1 methane

2 Entspannungsturbine 3 Regelarmatur 2 expansion turbine 3 control valve

4 Wärmetauscher 4 heat exchangers

5 Regelarmatur 5 control valve

6 Wasserstoff 6 hydrogen

T Entspannungsturbine 8 Regelarmatur T expansion turbine 8 control valve

9 Wärmetauscher 9 heat exchangers

10 Regelarmatur 10 control valve

11 Kohlendioxid 11 carbon dioxide

12 Entspannungsturbine 13 Regelarmatur 12 expansion turbine 13 control valve

14 ; Wärmetauscher 14 ; Heat exchanger

15 Regelarmatur 15 control valve

16 Mischer 16 mixers

17 Wärmetauscher 17 heat exchangers

18 Regelarmatur 18 control valve

19 Reaktor 19 reactor

20 Türe 20 doors

21 Düse 21 nozzle

ZZ Beheizung Currently heating

23 Siliziumoxid Grundplatte 24 bewegliche Platte 23 silicon oxide base plate 24 movable plate

25 Düsen 25 nozzles

26 Türe 26 doors

27 . Wärmetauscher —- Kondensator 28 Regelarmatur 27. Heat exchanger —- Condenser 28 control valve

29 Regelarmatur 29 control valve

30 Kondensat 30 condensate

31 . Verdichter 31. compressor

Symbole Symbols

CC ; Kohlenstoff CC ; carbon

CH4 Methan CH4 methane

CO2 Kohlendioxid CO2 carbon dioxide

H2 Wasserstoff H2 hydrogen

H20 Wasser H20 water

Fe Eisen Fe iron

Ga Gandoalinum Ga Gandoalinum

Abbildung 1 illustration 1

Die Abbildung 1 zeigt einen Behälter 1 mit dem Methan bereitgestellt wird, das Methan 4 wird über eine Entspannungsturbine 2 entspannt, und das entspannte Methan über einen Wärmetauscher 4 erwärmt. Im Behälter 6 wird Wasserstoff bereitgestellt, über eine Entspannungsturbine 7 entspannt und über einen Wärmetauscher 9 erwärmt. Kohlendioxig wird in einem Behälter 11 flüssig bereitgestellt, über eine Turbine 12 entspannt und über einen Wärmetauscher 14 verdampft. Die Gase Methan, Wasserstoff und Kohlendioxid werden im Mischer 16 zusammengeführt über den Wärmetauscher 17 rekuperativ erwärmt und über die Düse 21 in den Reaktor 19 eingebracht, Der Reaktor 19 wird elektrisch beheizt 22, das Gemisch aus Wasserdampf und restlichen Gasen wird über Düsen 25 abgesaugt, In dem Reaktor 9 befindet sich eine Grundplatte 23 aus Siliziumoxid, die mit einer beweglichen Roliwagen 24 in den Reaktor 9 einbracht und ausgebracht werden kann. Daher verfügt der Reaktor 19 zwei Türen 20,26. Das über den Wärmetauscher 17 abgekühlte Gemisch aus Wasserdampf und restgasen aus Methart Wasserstoff und Kohlendioxid wird im Wärmetauscher 27 abgekühlt, Wasser als Kondensat 30 gewonnen und die Restgase dem Mischer 16 rückgeführt. Die Nanotubes aus Kohlenstoff wachsen auf der Siliziumoxid Grundplatte im Reaktor 19. ; Figure 1 shows a container 1 with which methane is provided, the methane 4 is expanded via an expansion turbine 2, and the expanded methane is heated via a heat exchanger 4. Hydrogen is provided in the container 6, expanded via an expansion turbine 7 and heated via a heat exchanger 9. Carbon dioxide is provided in liquid form in a container 11, expanded via a turbine 12 and evaporated via a heat exchanger 14. The gases methane, hydrogen and carbon dioxide are brought together in the mixer 16, heated recuperatively via the heat exchanger 17 and introduced into the reactor 19 via the nozzle 21. The reactor 19 is heated electrically 22, the mixture of water vapor and remaining gases is sucked out via nozzles 25, In the reactor 9 there is a base plate 23 made of silicon oxide, which can be introduced into the reactor 9 and removed using a movable roller carriage 24. Therefore, the reactor 19 has two doors 20,26. The mixture of water vapor and residual gases from methard hydrogen and carbon dioxide cooled via the heat exchanger 17 is cooled in the heat exchanger 27, water is obtained as condensate 30 and the residual gases are returned to the mixer 16. The carbon nanotubes grow on the silicon oxide base plate in reactor 19. ;

Claims (1)

1. Verfahren zur Erzeugung von Nanotubes aus Kohlenstoff in einem Reaktor (19) aus ; den Gasen Methan (1}, Wasserstoff (6) und Kohlendioxid (11), umfassend folgende Schritte 1. Process for producing nanotubes made of carbon in a reactor (19); the gases methane (1}, hydrogen (6) and carbon dioxide (11), comprising the following steps - Bereitstellen von Methan (1} in einem Behälter, wobei der Behälter (1) ein Volumen minimal 41, maximal 10.000 L hat, wobel der Druck im Behälter (1} einen Wert minimal 200 bar, maximal 400 bar hat, wobei die. Temperatur einen Wert minimal. 5°C, maximal 50°C hat, - Providing methane (1} in a container, whereby the container (1) has a minimum volume of 41 and a maximum of 10,000 L, where the pressure in the container (1} has a minimum value of 200 bar, a maximum of 400 bar, whereby the temperature has a minimum value of 5°C and a maximum of 50°C, - Entspannen von Methan (1} in eine Radialentspannungsturbine (2), wobei der Volumenstrom minimal 11h, maximal 1000 L/h hat, wobel auf einen Druck minimal 1, 5 bar, maximal 2 ‚Ö bar entspannt wird, - Expanding methane (1) into a radial expansion turbine (2), whereby the volume flow has a minimum of 11 hours and a maximum of 1000 L/h, whereby the pressure is expanded to a minimum of 1.5 bar and a maximum of 20 bar, - WVorwärmen von Methan (1) über einen. Wärmetauscher (4), wobei die Temperatur ı minimal einen Wert von. 100°C, maximal 200°C hat : - Preheating methane (1) via a. Heat exchanger (4), whereby the temperature ı has a minimum value of. 100°C, maximum 200°C: - Bereitstellen von Wasserstoff (6) in einem Behälter, wobei der Behälter (6) ein Volumen minimal 1L, maximal 10 000 L hat, wobei der Druck im Behälter (1) einen Wert minimal 500 bar, maximal 700 bar hat, wobei die Temperatur einen. Wert minimal 5°C, maximal 50°C hat, - Providing hydrogen (6) in a container, the container (6) having a minimum volume of 1L and a maximum of 10,000 L, the pressure in the container (1) having a minimum value of 500 bar and a maximum of 700 bar, whereby the temperature a. Value has a minimum of 5°C, a maximum of 50°C, = Entspannen von Wasserstoff (6) in eine Radialentspannungsturbine (7), wobei der Volumenstrom minimal 11/h, maximal 1000 L/h hat, wobei auf einen Druck minimal 1 ‚5 bar, maximal 2,0 bar entspannt wird, = expansion of hydrogen (6) into a radial expansion turbine (7), whereby the volume flow has a minimum of 11/h and a maximum of 1000 L/h, whereby the pressure is expanded to a minimum of 1,5 bar and a maximum of 2.0 bar, - Vorwärmen von Wasserstoff (6) über einen Wärmetauscher (7), wobei die Temperatur minimal einen Wert von 100°C, maximal 200°C hat‘ - Preheating hydrogen (6) via a heat exchanger (7), whereby the temperature has a minimum value of 100°C and a maximum of 200°C. - Bereitstellen von Kohlendioxid (11} in einem Behälter, wobel der Behälter (1) ein Volumen minimal 4L, maximal 10 000 L hat, wobei der Druck im Behälter (1) einen Wert minimal 50 bar, maximal 70 bar hat, wobei die Temperatur einen Wert minimal 5°C, maximal 50°C hat, - Providing carbon dioxide (11} in a container, where the container (1) has a volume of a minimum of 4L and a maximum of 10,000 L, the pressure in the container (1) having a value of a minimum of 50 bar and a maximum of 70 bar, whereby the temperature has a minimum value of 5°C and a maximum of 50°C, - Entspannen von Kohlendioxid (11) in eine Radialentspannungsturbine (12), wobei der Volumenstrom minimal 1l/h, maximal 1000 L/n hat, wobei auf einen Druck minimal 1 ‚5 bat, maximal 2,0 bar entspannt wird, ; - Expanding carbon dioxide (11) into a radial expansion turbine (12), with the volume flow having a minimum of 1l/h and a maximum of 1000 L/n, with the pressure being expanded to a minimum of 1.5 batt and a maximum of 2.0 bar; - Vorwärmen von Kohlendioxid (11) über einen Wärmetauscher (14), wobei die Temperatur minimal einen Wert von 100°C, maximal 200°C hat ; - Preheating carbon dioxide (11) via a heat exchanger (14), the temperature having a minimum value of 100 ° C and a maximum of 200 ° C; - Mischen der Stoffströme (16) bestehend aus Methan (1), Kohlendioxid (11), Wasserstoff (6) in einer Mischkammer, in der auch die. unverbrauchten Restgase aus dem Reaktor {19} über die Mischkammer (16} rückgeführt wird, wobei die Temperatur minimal 100°C, maximal 200°C hat, wobei der druck einen Wert minimal 1,5bar, maximal Z bar hat - Mixing the material streams (16) consisting of methane (1), carbon dioxide (11), hydrogen (6) in a mixing chamber in which the. Unused residual gases from the reactor {19} are returned via the mixing chamber (16}, the temperature being a minimum of 100 ° C, a maximum of 200 ° C, the pressure having a value of a minimum of 1.5 bar, a maximum of Z bar - Rückgewinnung der Abwärme aus den Restgasen, die aus dem Reaktor (19) über die Düsen (25) abgeleitet werden, in einem Wärmetauscher (17), wobei der Gas- und Dampfstrom aus dem Mischer (16) auf eine Temperatur minimal 200°C, maximal 400°C - Recovery of the waste heat from the residual gases, which are discharged from the reactor (19) via the nozzles (25), in a heat exchanger (17), the gas and steam flow from the mixer (16) being at a minimum temperature of 200 ° C , maximum 400°C . erwärmt wird, : . is heated: - Erzeugung von Kohlenstoff Nanotubes in einem Reaktor (19), wobei der Druck im Reaktor (19) einen Wert von minimal 1,5 bar, maximal. 2,0 bar, wobei die Temperatur minimal 1000°C, maximal 1400°C beträgt , wobei der Reaktor (19) elektrisch beheizt wird, die elektrische Leistung minimal 10kW, maximal 200 kW beträgt, wobei der Kohlenstoff in Form von Nanotubes mit einem Durchmesser minimal von 0,5 nm, maximal 10nm, wobei die - Production of carbon nanotubes in a reactor (19), the pressure in the reactor (19) having a minimum value of 1.5 bar and a maximum. 2.0 bar, the temperature being a minimum of 1000°C and a maximum of 1400°C, the reactor (19) being electrically heated, the electrical power being a minimum of 10kW and a maximum of 200kW, the carbon being in the form of nanotubes with a diameter minimum of 0.5 nm, maximum 10 nm, whereby the Abscheidung von Wasserdampf in Form von Wasser (30) aus den Restgasen aus dem Reaktor (19) im Wärmetauscher {27}, wobei der Druck einen Wert von minimal 1,1bar, maximal 1,5 bar hat, wobei die Temperatur einen Wert minimal 5°C, maximal 50°C hat, Separation of water vapor in the form of water (30) from the residual gases from the reactor (19) in the heat exchanger {27}, with the pressure having a minimum value of 1.1 bar and a maximum of 1.5 bar, with the temperature having a minimum value of 5 °C, maximum 50°C, Rückführung des Resigases aus dem Wärmetauscher (28) in den Mischer (16) mit Hilfe eines elektrisch angetriebenen Verdichters (31), wobei der Druck auf der Saugseite einen Wert von minimal 1,1bar , maximal 1,5 bar hat, wobei die Temperatur einen Wert minimal 5°C, maximal 50°C hat, der Druck auf der Druckseite einen Wert von minimal 1,5 bar , maximal 2,0 bar hat, wobei die Temperatur einen Wert minimal 5°C, maximal 50°C hat, wobei die elektrische Leistung einen Wert minimal TkW, maximal 100 kW hat. Return of the Resigas from the heat exchanger (28) into the mixer (16) with the help of an electrically driven compressor (31), the pressure on the suction side having a value of a minimum of 1.1 bar and a maximum of 1.5 bar, the temperature being one Value has a minimum of 5°C, a maximum of 50°C, the pressure on the pressure side has a value of a minimum of 1.5 bar, a maximum of 2.0 bar, the temperature has a value of a minimum of 5°C, a maximum of 50°C, where the electrical power has a minimum value of TkW and a maximum of 100 kW.