DE102020113581A1

DE102020113581A1 - Process and device for the production of carbon monoxide with the aid of an autothermal Boudouard reactor

Info

Publication number: DE102020113581A1
Application number: DE102020113581.5A
Authority: DE
Inventors: Christopher Seibel
Original assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Current assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 2020-05-19
Filing date: 2020-05-19
Publication date: 2021-11-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kohlenmonoxid, umfassend i) die exotherme Umsetzung von Kohlenstoff mit Sauerstoff aus einem Sauerstoffstrom, wobei Kohlendioxid gebildet wird, ii) die endotherme Umsetzung von Kohlenstoff mit Kohlendioxid aus der exothermen Umsetzung und mit Kohlendioxid aus einem Kohlendioxidstrom, wobei ein Kohlenmonoxidstrom gebildet wird, wobei die exotherme Umsetzung eine Temperatur für die endotherme Umsetzung von mindestens 750 °C bereitstellt. Eine solche Verfahrensführung ist mit dem Vorteil verbunden, dass für die Erzeugung des Kohlenmonoxids kein Wasserstoff erforderlich ist, dessen Erzeugung ökologisch problematisch oder kostenintensiv wäre. Die Erfindung betrifft optional weiterhin auch ein Verfahren zur Synthese einer organischen Verbindung, einen Reaktor und eine Anlage zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, sowie die Verwendung eines solchen Reaktors oder eines Staubfeuerungssystems.The invention relates to a process for the production of carbon monoxide, comprising i) the exothermic reaction of carbon with oxygen from an oxygen stream, whereby carbon dioxide is formed, ii) the endothermic reaction of carbon with carbon dioxide from the exothermic reaction and with carbon dioxide from a carbon dioxide stream, whereby a carbon monoxide stream is formed, the exothermic reaction providing a temperature for the endothermic reaction of at least 750 ° C. Such a procedure is associated with the advantage that no hydrogen is required for the production of the carbon monoxide, the production of which would be ecologically problematic or cost-intensive. The invention optionally further relates to a method for the synthesis of an organic compound, a reactor and a system for carrying out a method according to the invention, and the use of such a reactor or a dust firing system.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kohlenmonoxid, ein Verfahren zur Herstellung einer organischen Verbindung, einen Reaktor zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Kohlenmonoxid, eine Anlage zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens sowie die Verwendung eines Reaktors oder eines Staubfeuerungssystems in einem erfindungsgemäßen Verfahren.The invention relates to a process for producing carbon monoxide, a process for producing an organic compound, a reactor for carrying out a process according to the invention for producing carbon monoxide, a system for carrying out a process according to the invention and the use of a reactor or a dust firing system in a process according to the invention.

Stand der TechnikState of the art

Die Vermeidung prozessbedingter CO₂-Emissionen durch die CO₂-Abscheidung und CO₂-Nutzbarmachung geht mit der chemischen Reaktion des Kohlendioxids (CO₂) einher; Kohlendioxid kann beispielsweise in organische Verbindungen wie Alkoholen und Kohlenwasserstoffen umgewandelt werden.Avoiding process-related CO ₂ emissions through CO ₂ separation and making CO ₂ usable goes hand in hand with the chemical reaction of carbon dioxide (CO ₂ ); For example, carbon dioxide can be converted into organic compounds such as alcohols and hydrocarbons.

Als erster Schritt der chemischen Verwertung von Kohlendioxid wird im Stand der Technik die reverse Wassergas-Konvertierungsreaktion (auch als reverse Wassergas-Shift-Reaktion bezeichnet: CO₂ + H₂ → CO + H₂O) eingesetzt. Bei der Herstellung von organischen Verbindungen aus Kohlendioxid unter Einsatz dieser Reaktion wird entsprechend Wasserstoff mit Kohlendioxid unter Generierung von Kohlenmonoxid umgesetzt. Bei einer weiteren Umsetzung in beispielsweise Methanol werden pro Mol Kohlendioxid drei Mol Wasserstoff (H₂) benötigt, wobei - wie beschrieben - ein Mol Wasserstoff in Wasser umgesetzt wird, so dass das für die Reaktion benötigte Kohlenmonoxid gebildet werden kann.In the prior art, the first step in the chemical utilization of carbon dioxide is the reverse water gas shift reaction (also referred to as reverse water gas shift reaction: CO ₂ + H ₂ → CO + H ₂ O). In the production of organic compounds from carbon dioxide using this reaction, hydrogen is correspondingly reacted with carbon dioxide to generate carbon monoxide. In a further reaction in, for example, methanol, three moles of hydrogen (H ₂ ) are required per mole of carbon dioxide, with - as described - one mole of hydrogen being converted into water so that the carbon monoxide required for the reaction can be formed.

Der für die reverse Wassergas-Konvertierungsreaktion verwendete Wasserstoff stammt heute zumeist aus der Dampfreformierung von Erdgas oder unter Vermeidung kohlenstoffhaltiger Ressourcen aus der Wasserelektrolyse. Bei der Dampfreformierung stellt sich allerdings das Problem, dass größere Mengen an CO₂ gebildet werden, was dem Zweck der chemischen Bindung von Kohlendioxid entgegensteht. Bei der Wasserelektrolyse stellt sich demgegenüber die Schwierigkeit, dass die ökologische und finanzielle Effizienz stark von der Art der Produktion des verwendeten Stromes abhängig ist. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt wird der deutsche und europäische Strom zu einem bedeutenden Teil durch die Verbrennung fossiler Energieträger erzeugt, die mit problematischen CO₂-Emissionen verbunden ist.The hydrogen used for the reverse water-gas conversion reaction today mostly comes from the steam reforming of natural gas or, while avoiding carbon-containing resources, from water electrolysis. In steam reforming, however, the problem arises that larger amounts of CO _{2 are} formed, which is contrary to the purpose of chemically binding carbon dioxide. In the case of water electrolysis, on the other hand, there is the difficulty that the ecological and financial efficiency is heavily dependent on the type of production of the electricity used. At the present time, German and European electricity is generated to a significant extent by burning fossil fuels, which is associated with problematic CO ₂ emissions.

Neuere, alternative Konzepte zur chemischen Bindung von Kohlendioxid zielen auf die direkte elektrochemische Dissoziation des CO₂-Moleküles ab. Diese Konzepte befinden sich jedoch allesamt in einem frühen Entwicklungsstadium und sind großtechnisch noch nicht realisierbar.Newer, alternative concepts for the chemical binding of carbon dioxide aim at the direct electrochemical dissociation of the CO ₂ molecule. However, all of these concepts are at an early stage of development and cannot yet be implemented on an industrial scale.

Wie vorstehend geschildert wird bei der Überführung von CO₂ in organische Verbindungen ein Drittel des wertvollen, eigens produzierten Wasserstoffes innerhalb der Wassergas-Konvertierungsreaktion für die Reduktion des Kohlendioxids verbraucht, was die Effizienz der CO₂-Abscheidung und CO₂-Nutzbarmachung erheblich beeinträchtigt. Dadurch sinkt auch die Gesamteffizienz eines Prozesses, in dessen Rahmen die CO₂-Abscheidung und CO₂-Nutzbarmachung durchgeführt wird.As described above, when converting CO ₂ into organic compounds, one third of the valuable, specially produced hydrogen is consumed within the water-gas shift reaction for the reduction of carbon dioxide, which considerably impairs _{the efficiency of CO 2} separation and CO _{2 utilization.} This also reduces the overall efficiency of a process in which CO ₂ separation and CO ₂ utilization are carried out.

Vor diesem Hintergrund besteht ein Bedarf für Verfahren und Vorrichtungen, mit denen der Wasserstoffbedarf der CO₂-Reaktionen minimiert und der Wirkungsgrad der CO₂-Umsetzung verbessert werden kann, um die Gesamteffizienz assoziierter Prozesse zu verbessern.Against this background, there is a need for methods and devices with which the hydrogen requirement of the CO ₂ reactions can be minimized and the efficiency of the CO ₂ conversion can be improved in order to improve the overall efficiency of associated processes.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen alternativen Weg, insbesondere ein alternatives Verfahren sowie technische Mittel, zur Erzeugung von Kohlenmonoxid anzugeben, die die vorstehend beschriebenen Nachteile des Standes der Technik weitestgehend vermeiden. Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, das CO₂ chemisch umzuwandeln, wobei das Verfahren gegebenenfalls anfallende Zwischenprodukte nutzen soll. Die Verwendung bekannter Vorrichtungen kann in einem erfindungsgemäßen Verfahren in Betracht gezogen werden.The invention is therefore based on the object of specifying an alternative way, in particular an alternative method and technical means, for producing carbon monoxide, which largely avoid the disadvantages of the prior art described above. Another object of the invention is to _{chemically convert the CO 2} , the process using any intermediate products that may arise. The use of known devices can be considered in a method according to the invention.

Erfindungsgemäß wird mindestens eine dieser Aufgaben durch ein Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 12 gelöst. Mit Blick auf Vorrichtungen wird die Aufgabe durch einen Reaktor gemäß Anspruch 13 und eine Anlage gemäß Anspruch 14 gelöst. Durch die Verwendung eines Reaktors oder die spezielle Verwendung eines an sich bekannten Staubfeuerungssystems wird zumindest eine weitere dieser Aufgaben gemäß Anspruch 15 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.According to the invention, at least one of these objects is achieved by a method according to claim 1 or claim 12. With regard to devices, the object is achieved by a reactor according to claim 13 and a system according to claim 14. The use of a reactor or the special use of a per se known dust firing system achieves at least one further of these objects according to claim 15. Preferred embodiments of the invention are specified in the subclaims.

Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, ein Verfahren zur Herstellung von Kohlenmonoxid anzugeben, bei dem Kohlenmonoxid nicht durch reverse Wassergas-Konvertierungsreaktion, sondern durch Umsetzung von Kohlendioxid mit elementarem Kohlenstoff gebildet wird. Die hierfür erforderliche Energie wird durch die Verbrennung eines Brennstoffs mit Sauerstoff bereitgestellt, wobei gleichzeitig Kohlendioxid entsteht, das in der Umsetzung zu Kohlenmonoxid umgewandelt werden kann. Demzufolge beinhaltet das erfindungsgemäße Verfahren i) die exotherme Umsetzung von Kohlenstoff mit Sauerstoff aus einem Sauerstoffstrom, wobei Kohlendioxid gebildet wird, und ii) die endotherme Umsetzung von Kohlenstoff mit Kohlendioxid aus der exothermen Umsetzung und mit Kohlendioxid aus einem Kohlendioxidstrom, wobei ein Kohlenmonoxidstrom gebildet wird, wobei die exotherme Umsetzung eine Temperatur für die endotherme Umsetzung von mindestens 750 °C bereitstellt.The invention is based on the basic idea of specifying a method for the production of carbon monoxide in which carbon monoxide is not formed by a reverse water-gas shift reaction, but rather by the reaction of carbon dioxide with elemental carbon. The energy required for this is provided by the combustion of a fuel with oxygen, with carbon dioxide being produced at the same time, which can be converted into carbon monoxide in the reaction. Accordingly, the inventive method includes i) the exothermic reaction of carbon with oxygen from an oxygen stream, with carbon dioxide being formed, and ii) the endothermic reaction of carbon with carbon dioxide from the exothermic reaction and with carbon dioxide from a carbon dioxide stream, a carbon monoxide stream being formed, the exothermic reaction providing a temperature for the endothermic reaction of at least 750 ° C.

Im Rahmen der hier vorliegenden Beschreibung bezeichnet der Ausdruck „CO₂“ „Kohlendioxid“ und der Ausdruck „CO“ „Kohlenmonoxid“.In the context of the present description, the expression “CO ₂ ” refers to “carbon dioxide” and the expression “CO” refers to “carbon monoxide”.

Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung bezeichnet der Begriff „Umsetzung“ eine chemische Reaktion. Die Verben „umfassen“ und „enthalten“ und ihre Konjugationen umfassen auch den Begriff „bestehen aus“ und seine Konjugationen.In the context of the present description, the term “conversion” denotes a chemical reaction. The verbs “comprise” and “contain” and their conjugations also include the term “consist of” and its conjugations.

Die Umsetzung unter i) stellt im Wesentlichen eine Oxidation von Kohlenstoff mit Sauerstoff dar, wobei Wärme freigesetzt wird (C + O₂ → CO₂ ; ΔH = -393kJ/mol). In der Umsetzung unter ii) stellt sich ein Produktgleichgewicht gemäß Boudouard ein. Das Boudouard-Gleichgewicht ist das chemische Gleichgewicht für die Reaktion CO₂ zu CO, das sich bei der Umsetzung mit glühendem Kohlenstoff einstellt: C + CO₂ → 2 CO ; ΔH = 172,5 kJ/mol The reaction under i) essentially represents an oxidation of carbon with oxygen, with heat being released (C + O ₂ → CO ₂ ; ΔH = -393 kJ / mol). In the implementation under ii), a product equilibrium according to Boudouard is established. The Boudouard equilibrium is the chemical equilibrium for the reaction of CO ₂ to CO, which is established during the reaction with glowing carbon: C + CO ₂ → 2 CO; ΔH = 172.5 kJ / mol

Die Gleichgewichtskonstante hängt beim Boudouard-Gleichgewicht von den Gleichgewichtspartialdrücken von CO₂ und CO ab und nicht von der Menge an Kohlenstoff. Da es sich bei der Bildung von Kohlenmonoxid um eine endotherme und mit Volumenvermehrung verbundene Reaktion handelt, verschiebt sich das Gleichgewicht mit steigender Temperatur und fallendem Druck in Richtung CO. Bei Normaldruck liegt das Gleichgewicht bei 400 °C praktisch ganz auf der Seite des Kohlendioxids und bei 1000 °C praktisch ganz auf der Seite des Kohlenmonoxides.In the Boudouard equilibrium, the equilibrium constant depends on the equilibrium partial pressures of CO ₂ and CO and not on the amount of carbon. Since the formation of carbon monoxide is an endothermic reaction associated with an increase in volume, the equilibrium shifts in the direction of CO with increasing temperature and decreasing pressure. At normal pressure the equilibrium at 400 ° C is practically entirely on the side of carbon dioxide and at 1000 ° C practically entirely on the side of carbon monoxide.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Produktstrom ein Verhältnis von Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid eingestellt, das möglichst weit auf der Seite des Kohlenmonoxids liegt. Dies gelingt insbesondere über eine geeignete Steuerung der exothermen Umsetzung und somit der bereitgestellten Reaktionstemperatur. Da bei der Verbrennung von elementarem Kohlenstoff zudem mehr Energie erzeugt wird als für die Umwandlung von Kohlendioxid zu Kohlenmonoxid benötigt wird, kann zusätzliches CO₂ im Rahmen des Verfahrens in Kohlenmonoxid umgewandelt werden, dass im Weiteren optional zu organischen Verbindungen verarbeitet werden kann.In the context of the process according to the invention, a ratio of carbon monoxide to carbon dioxide is set in the product stream which is as far as possible on the side of the carbon monoxide. This is achieved in particular by suitable control of the exothermic reaction and thus the reaction temperature provided. Since the combustion of elemental carbon also generates more energy than is required to convert carbon dioxide to carbon monoxide, additional CO ₂ can be converted into carbon monoxide as part of the process, which can then optionally be processed into organic compounds.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird Kohlendioxid zu Kohlenmonoxid umgesetzt und begünstigt somit bspw. chemische Reaktionen von organischen Verbindungen. Besonders vorteilhaft an dem Verfahren ist, dass die Energie insitu durch die exotherme Umsetzung i), d.h. durch Verbrennung von kohlenstoffhaltigem Material, erzeugt wird, und eine unökonomische Verwendung von Wasserstoff, d.h. eine reverse Wassergas-Konvertierungsreaktion, zur Generierung von Kohlenmonoxid entfällt.The method according to the invention converts carbon dioxide into carbon monoxide and thus favors, for example, chemical reactions of organic compounds. What is particularly advantageous about the process is that the energy is generated in situ by the exothermic conversion i), i.e. by burning carbonaceous material, and there is no uneconomical use of hydrogen, i.e. a reverse water-gas shift reaction, to generate carbon monoxide.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren stellt die Umsetzung unter i) eine Temperatur für die Umsetzung unter ii) (d.h. für die Einstellung eines Reaktionsgleichgewichtes zwischen CO und CO₂) von mindestens 750 °C, bevorzugt von mindestens 800 °C, bevorzugter von mindestens 900 °C, und noch bevorzugter von mindestens 1000 °C bereit. Bei einer höheren Temperatur wird ein Kohlenmonoxidstrom mit besonders hohem Gehalt an Kohlenmonoxid und geringem Gehalt an Kohlendioxid erhalten. Als Obergrenze für die bereitgestellte Temperatur kann eine Temperatur von höchstens ca. 2300°C angegeben werden, die der adiabatischen Verbrennungstemperatur entspricht. Die Obergrenze kann auch niedriger gewählt werden, wie z.B. höchstens 1300 °C oder höchstens 1250 °C.In the process according to the invention, the reaction under i) is a temperature for the reaction under ii) (ie for establishing a reaction equilibrium between CO and CO ₂ ) of at least 750 ° C, preferably of at least 800 ° C, more preferably of at least 900 ° C , and more preferably at least 1000 ° C ready. At a higher temperature, a carbon monoxide stream with a particularly high carbon monoxide content and a low carbon dioxide content is obtained. A temperature of at most approx. 2300 ° C., which corresponds to the adiabatic combustion temperature, can be specified as the upper limit for the temperature provided. The upper limit can also be chosen to be lower, such as a maximum of 1300 ° C or a maximum of 1250 ° C.

Der Druck während der Reaktion liegt vorzugsweise bei atmosphärischen Bedingungen.The pressure during the reaction is preferably at atmospheric conditions.

Der Kohlenmonoxidstrom enthält Kohlenmonoxid, das in der endothermen Umsetzung ii) generiert wird. Bevorzugt enthält der Kohlenmonoxidstrom im Wesentlichen, bevorzugter zu mindestens 90 Vol.-%, weiter bevorzugt mindestens 95 Vol.-%, noch weiter bevorzugt mindestens 98 Vol.-% und noch weiter bevorzugt mindestens 99 Vol.-% Kohlenmonoxid; meist bevorzugt enthält der Kohlenmonoxidstrom bis zu 100 Vol.-% Kohlenmonoxid. Der Kohlenmonoxidstrom kann insbesondere auch Kohlendioxid und/oder Kohlenstoff enthalten.The carbon monoxide stream contains carbon monoxide which is generated in the endothermic reaction ii). The carbon monoxide stream preferably contains essentially, more preferably at least 90% by volume, further preferably at least 95% by volume, even more preferably at least 98% by volume and even more preferably at least 99% by volume, carbon monoxide; most preferably the carbon monoxide stream contains up to 100% by volume of carbon monoxide. The carbon monoxide stream can in particular also contain carbon dioxide and / or carbon.

Der Sauerstoffstrom enthält Sauerstoff, der zur Vermeidung von Verunreinigungen des generierten Produkts möglichst frei von anderen Gasen sein sollte. Hierzu kann der Sauerstoff bzw. Sauerstoffstrom zweckmäßig in einer Wasserelektrolyse hergestellt werden, was mit dem Vorteil verbunden ist, dass der dort generierte Wasserstoff ebenfalls für die spätere Umsetzung des Kohlenmonoxids zu organischen Verbindungen genutzt werden kann. In einer Ausführungsform enthält der Sauerstoffstrom im Wesentlichen oder zu mindestens 95 Vol.-% und insbesondere mindestens 99 Vol.-% Sauerstoff.The oxygen stream contains oxygen, which should be as free of other gases as possible in order to avoid contamination of the generated product. For this purpose, the oxygen or oxygen stream can expediently be produced in a water electrolysis, which has the advantage that the hydrogen generated there can also be used for the later conversion of the carbon monoxide into organic compounds. In one embodiment, the oxygen stream contains essentially or at least 95% by volume and in particular at least 99% by volume oxygen.

Der Kohlendioxidstrom ist ein Gasstrom, der zweckmäßig durch Abscheidung von Kohlendioxid aus einem anderen Prozess erzeugt wird. Bei diesem anderen Prozess kann es sich um jedweden Prozess handeln, der mit CO₂-Emissionen einhergeht. Der Kohlendioxidstrom enthält Kohlendioxid, bevorzugt zu einem Anteil von mindestens 95 Vol.-%, und besonders bevorzugt von mindestens 99 Vol.-%.The carbon dioxide flow is a gas flow which is expediently generated by separating carbon dioxide from another process. This other process can be any process _{associated with CO 2} emissions. The carbon dioxide stream contains carbon dioxide, preferably in a proportion of at least 95% by volume, and particularly preferably at least 99% by volume.

Als Kohlenstoffquelle kommen kohlenstoffhaltige Verbindungen in Betracht, z.B. Graphit, Kohle, Koks, oder organische Abfälle. Besonders bevorzugt ist Graphit. Der Kohlenstoff kann zudem durch Pyrolyse unter sauerstoffarmen Bedingungen aus organischen Abfälle generiert werden.Carbon-containing compounds, for example graphite, coal, coke, or organic waste, can be used as the carbon source. Graphite is particularly preferred. The carbon can also be generated from organic waste by pyrolysis under low-oxygen conditions.

Der Kohlenstoff wird im Verfahren vorzugsweise im stöchiometrischen Überschuss eingesetzt, d.h. es wird so viel Kohlenstoff in die Reaktion eingebracht, dass jedes vorhandene Kohlendioxidmolekül gemäß Umsetzung unter ii) zu Kohlenmonoxid umgesetzt werden kann.The carbon is preferably used in the process in a stoichiometric excess, i.e. so much carbon is introduced into the reaction that every carbon dioxide molecule present can be converted into carbon monoxide according to the conversion under ii).

In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die endotherme Umsetzung und die exotherme Umsetzung innerhalb des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Reaktorraum. Mit anderen Worten erfolgt die Umsetzung i) und ii) in ein und demselben Reaktorraum. Mit anderen Worten erfolgt die Umsetzung i) und ii) räumlich nicht getrennt.In a preferred embodiment, the endothermic reaction and the exothermic reaction within the process according to the invention take place in a reactor space. In other words, the reaction i) and ii) takes place in one and the same reactor space. In other words, implementation i) and ii) is not spatially separated.

Zusätzlich oder alternative hierzu erfolgt die endotherme Umsetzung und die exotherme Umsetzung gleichzeitig oder im Wesentlichen gleichzeitig. Insbesondere im Rahmen eines Anlaufens des Verfahrens kann aber auch zunächst nur die exotherme Umsetzung gemäß i) erfolgen. Nach dieser Anlaufphase kann, wenn die exotherme Umsetzung gemäß i) genügend thermische Energie bereitgestellt hat, die endotherme Umsetzung gemäß ii) simultan erfolgen.In addition or as an alternative to this, the endothermic conversion and the exothermic conversion take place simultaneously or essentially simultaneously. In particular, when the process is started, only the exothermic reaction according to i) can initially also take place. After this start-up phase, if the exothermic reaction according to i) has provided sufficient thermal energy, the endothermic reaction according to ii) can take place simultaneously.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Kohlenstoff, der Sauerstoffstrom und der Kohlendioxidstrom über mindestens ein Staubfeuerungssystem, bevorzugt ein oder zwei Staubfeuerungssysteme, in einen/den Reaktorraum geführt. Übliche Staubfeuerungssysteme bzw. Kohlenstaubbrenner, die hierzu verwendet werden können, sind dem Fachmann bekannt und z.B. von der Firma Hitachi erhältlich.In a preferred embodiment, the carbon, the oxygen stream and the carbon dioxide stream are fed into a / the reactor room via at least one dust firing system, preferably one or two dust firing systems. Conventional dust firing systems or pulverized coal burners that can be used for this purpose are known to the person skilled in the art and are available, for example, from Hitachi.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zusätzlich zu dem Sauerstoffstrom, dem Kohlendioxidstrom und dem Kohlenstoff ein Kohlendioxid-Sauerstoff-Strom über das mindestens eine Staubfeuerungssystem in den Reaktorraum geführt. Durch den Kohlendioxid-Sauerstoff-Strom kann der Umsatz des Kohlenstoffes optimiert werden. Vorzugsweise wird der Kohlendioxid-Sauerstoff-Strom über das mindestens eine Staubfeuerungssystem in einer zweiten Richtung (vergl. nächster Absatz) in den Reaktorraum in den Reaktorraum geführt.In a preferred embodiment, in the context of the process according to the invention, in addition to the oxygen flow, the carbon dioxide flow and the carbon, a carbon dioxide-oxygen flow is fed into the reactor space via the at least one dust firing system. The conversion of carbon can be optimized through the flow of carbon dioxide and oxygen. The carbon dioxide-oxygen stream is preferably fed into the reactor space in a second direction (see next paragraph) via the at least one dust firing system.

Der Kohlendioxid-Sauerstoff-Strom enthält Kohlendioxid und Sauerstoff. In einer Ausführungsform enthält der Kohlendioxid-Sauerstoff-Strom im Wesentlichen Kohlendioxid und Sauerstoff oder einen Anteil von 5 bis 95 Vol.-% Kohlendioxid und von 95 bis 5 Vol.-% Sauerstoff, und bevorzugt von 55 bis 80 Vol.-% Kohlendioxid und von 45 bis 20 Vol.-% Sauerstoff.The carbon dioxide-oxygen stream contains carbon dioxide and oxygen. In one embodiment, the carbon dioxide-oxygen stream essentially contains carbon dioxide and oxygen or a proportion of 5 to 95% by volume of carbon dioxide and from 95 to 5% by volume of oxygen, and preferably from 55 to 80% by volume of carbon dioxide and from 45 to 20 volume percent oxygen.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens strömt der Kohlenmonoxidstrom (im Wesentlichen) in einer ersten Richtung aus dem Reaktorraum und der Kohlenstoff, der Sauerstoffstrom und der Kohlendioxidstrom (und ggf. der Kohlendioxid-Sauerstoff-Strom) werden über das mindestens eine Staubfeuerungssystem in einer zweiten Richtung in den Reaktorraum geführt, wobei die zweite Richtung (im Wesentlichen) senkrecht zur ersten Richtung angeordnet ist. Durch diese Strömungsführung wird die Verweilzeit im Reaktorraum verlängert, so dass alle Umsetzungen ablaufen und sich das gewünschte Verhältnis Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid einstellen kann.In a preferred embodiment of the method according to the invention, the carbon monoxide stream flows (essentially) in a first direction out of the reactor space and the carbon, the oxygen stream and the carbon dioxide stream (and optionally the carbon dioxide-oxygen stream) are in a second direction via the at least one dust firing system Direction out into the reactor space, the second direction being arranged (essentially) perpendicular to the first direction. This flow guidance extends the residence time in the reactor space, so that all conversions take place and the desired ratio of carbon monoxide to carbon dioxide can be established.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das mindestens eine Staubfeuerungssystem im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens so ausgestaltet, dass dem Kohlenstoff und/oder dem Sauerstoffstrom und/oder dem Kohlendioxidstrom (und ggf. dem Kohlendioxid-Sauerstoff-Strom) ein Drall vermittelt wird, z.B. durch Dralleinrichtungen innerhalb des mindestens einen Staubfeuerungssystems vermittelt werden. Alternativ oder zusätzlich kann den Gasströmen innerhalb eines zylindrischen Reaktorraums, in den die Gasströme geführt werden, ein Drall vermittelt werden, z.B. durch Führung gegen runde Flächen eines zylindrischen Reaktorraumes oder durch Einbringen von zwei oder mehr Gasströmen, deren Strömungsrichtung entgegengesetzt und versetzt zueinander angeordnet ist (auch als Tangentialfeuerung bezeichnet).. Durch eine solche Strömungsführung kann die Verweilzeit im Reaktorraum verlängert werden, so dass alle Umsetzungen optimal ablaufen und sich das gewünschte Verhältnis Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid einstellen kann.In a preferred embodiment, the at least one dust firing system within the scope of the method according to the invention is designed so that a swirl is imparted to the carbon and / or the oxygen flow and / or the carbon dioxide flow (and possibly the carbon dioxide-oxygen flow), for example by swirl devices within of the at least one dust firing system. As an alternative or in addition, the gas flows within a cylindrical reactor space into which the gas flows are guided can be given a twist, e.g. by guiding them against round surfaces of a cylindrical reactor space or by introducing two or more gas flows whose direction of flow is opposite and offset to one another ( also referred to as tangential firing) .. With such a flow management, the residence time in the reactor space can be extended, so that all conversions take place optimally and the desired ratio of carbon monoxide to carbon dioxide can be established.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform fällt unverbrauchter Kohlenstoff (im Wesentlichen) in einer dritten Richtung aus dem Reaktorraum und vorzugsweise sind die erste und dritte Richtung entgegengesetzt zueinander angeordnet. Mit anderen Worten bilden die erste und die dritte Richtung eine Achse, auf welcher die zweite Richtung im Wesentlichen im Lot steht. Unverbrauchter Kohlenstoff ist Kohlenstoff, der nicht durch das erfindungsgemäße Verfahren zu Kohlendioxid oder Kohlenmonoxid umgesetzt wurde.In a further preferred embodiment, unconsumed carbon falls (essentially) out of the reactor space in a third direction, and the first and third directions are preferably arranged opposite one another. In other words, the first and third directions form an axis on which the second direction is essentially perpendicular. Unused carbon is carbon that has not been converted into carbon dioxide or carbon monoxide by the process according to the invention.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Richtung horizontal, die dritte Richtung in Richtung Erdmittelpunkt und die erste Richtung vom Erdmittelpunkt weg angeordnet. Bei einer solchen Ausrichtung ist es vorteilhaft, dass der warme Kohlenmonoxidstrom nach oben steigt und unverbrauchter Kohlenstoff, insbesondere größere Partikel, durch die Schwerkraft nach unten abgetrennt werden können.In a preferred embodiment, the second direction is horizontal, the third direction in the direction of the center of the earth and the first direction away from the center of the earth. With such an alignment, it is advantageous that the warm carbon monoxide flow rises to the top and unconsumed carbon, in particular larger particles, passes through gravity can be separated downwards.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform führt das mindestens eine Staubfeuerungssystem im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens den Kohlenstoff, den Sauerstoffstrom und den Kohlendioxidstrom über zwei Düsen in den Reaktorraum, wobei eine periphere Düse um den Umfang einer zentralen Düse angeordnet ist und wobei die zentrale Düse den Kohlenstoff und den Sauerstoffstrom in den Reaktorraum führt, während die periphere Düse den Kohlendioxidstrom in den Reaktorraum führt.In a further preferred embodiment, the at least one dust firing system as part of the method according to the invention leads the carbon, the oxygen stream and the carbon dioxide stream into the reactor space via two nozzles, a peripheral nozzle being arranged around the circumference of a central nozzle and the central nozzle containing the carbon and guides the oxygen flow into the reactor space, while the peripheral nozzle guides the carbon dioxide flow into the reactor space.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform führt das mindestens eine Staubfeuerungssystem zusätzlich zu dem Sauerstoffstrom, dem Kohlendioxidstrom und dem Kohlenstoff über eine dritte Düse einen Kohlendioxid-Sauerstoff-Strom in den Reaktorraum, wobei die dritte Düse um den Umfang der peripheren Düse angeordnet ist. Durch den Kohlendioxid-Sauerstoff-Strom und die spezielle Anordnung kann der Umsatz des Kohlenstoffes gegebenenfalls optimiert werden.In a further preferred embodiment, the at least one dust firing system leads, in addition to the oxygen flow, the carbon dioxide flow and the carbon, a carbon dioxide-oxygen flow into the reactor space via a third nozzle, the third nozzle being arranged around the circumference of the peripheral nozzle. The carbon dioxide-oxygen flow and the special arrangement can, if necessary, optimize the conversion of carbon.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt die endotherme Umsetzung und die exotherme Umsetzung im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem autothermen Reaktor, z.B. in dem erfindungsgemäßen Reaktor.In a further preferred embodiment, the endothermic conversion and the exothermic conversion in the context of the process according to the invention take place in an autothermal reactor, e.g. in the reactor according to the invention.

Wie vorstehend geschildert besteht ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens darin, dass für die Erzeugung von Kohlenmonoxid kein Wasserstoff erforderlich ist. Demzufolge ist es für das hier beschriebene Verfahren bevorzugt, dass es keine Umsetzung von Kohlendioxid mit Wasserstoff beinhaltet. Mit anderen Worten wird keine reverse Wassergas-Shift-Reaktion (rWGS) durchgeführt, um das Kohlendioxid zu reduzieren. Somit entfällt die unökonomische und/oder unökologische Verwendung von Wasserstoff zur Reduktion des Kohlendioxides.As described above, an essential advantage of the method according to the invention is that no hydrogen is required for the production of carbon monoxide. Accordingly, it is preferred for the process described here that it does not involve any reaction of carbon dioxide with hydrogen. In other words, a reverse water gas shift reaction (rWGS) is not carried out to reduce the carbon dioxide. This eliminates the uneconomical and / or unecological use of hydrogen to reduce carbon dioxide.

Wie vorstehend bereits erwähnt, ist es vorteilhaft, den für die Verbrennung von Kohlenstoff erforderlichen Sauerstoff über eine Wasserelektrolyse zu generieren. Demzufolge umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zweckmäßig eine Wasserelektrolyse, in der der für das Verfahren erforderliche Sauerstoffstrom generiert wird. In der Wasserelektrolyse wird aus Wasser ein Wasserstoffstrom und ein Sauerstoffstrom generiert.As already mentioned above, it is advantageous to generate the oxygen required for the combustion of carbon by means of water electrolysis. Accordingly, the method according to the invention expediently comprises a water electrolysis in which the oxygen flow required for the method is generated. In water electrolysis, a hydrogen stream and an oxygen stream are generated from water.

Der Sauerstoffstrom kann zweckmäßig zur i) exothermen Umsetzung des Kohlenstoffs verwendet. Vorteilhaft bei einer Generierung von Sauerstoff aus Wasser ist insbesondere der niedrige Gehalt des Sauerstoffs an Fremdgasen wie Stickstoff, die eine weitere Umsetzung des im Verfahren generierten Kohlenmonoxids zu organischen Verbindungen beeinträchtigen könnten. Der Wasserstoff bzw. Wasserstoffstrom kann seinerseits beispielsweise zur chemischen Umsetzung des Kohlenmonoxides, z.B. für die Herstellung von organischen Verbindungen, genutzt werden.The stream of oxygen can expediently be used for i) exothermic conversion of the carbon. The low oxygen content of foreign gases such as nitrogen, which could impair further conversion of the carbon monoxide generated in the process into organic compounds, is particularly advantageous when generating oxygen from water. The hydrogen or hydrogen stream can in turn be used, for example, for the chemical conversion of carbon monoxide, e.g. for the production of organic compounds.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren demzufolge die Herstellung einer organischen Verbindung, wobei die Herstellung der organischen Verbindung bevorzugt unter Umsetzung zumindest eines Teiles eines/des Wasserstoffstromes aus einer/der Wasserelektrolyse, mit (zumindest) einem Teil des gebildeten Kohlenmonoxidstromes erfolgt. Besonders bevorzugt umfasst die Herstellung der organischen Verbindung die Umsetzung des gesamten Wasserstoffstromes aus der Wasserelektrolyse mit einem Teil des gebildeten Kohlenmonoxidstromes. Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die Produkte der Wasserelektrolyse vollständig für die chemische Bindung von Kohlendioxid in Form einer organischen Verbindung dienen, da ein solches Verfahren besonders effizient und zielgerichtet ist.In a preferred embodiment, the process according to the invention accordingly comprises the production of an organic compound, the production of the organic compound preferably being carried out by reacting at least part of a hydrogen stream from water electrolysis with (at least) part of the carbon monoxide stream formed. The production of the organic compound particularly preferably comprises the reaction of the entire hydrogen stream from the water electrolysis with part of the carbon monoxide stream formed. It is particularly advantageous if the products of the water electrolysis are used entirely for the chemical binding of carbon dioxide in the form of an organic compound, since such a process is particularly efficient and targeted.

Der Begriff „organischen Verbindung“ im Rahmen dieser Offenbarung bezeichnet vorzugsweise Alkohole, z.B. Methanol, Glykol und höhere Alkohole, sowie Kohlenwasserstoffe, z.B. Methan, Propan, Butan, Propen, Buten, Benzin, Dieselöl, Paraffin, Polymethylen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die „organischen Verbindung“ Methanol.The term “organic compound” in the context of this disclosure preferably denotes alcohols, e.g. methanol, glycol and higher alcohols, as well as hydrocarbons, e.g. methane, propane, butane, propene, butene, gasoline, diesel oil, paraffin, polymethylene. In a preferred embodiment, the “organic compound” is methanol.

Die Herstellung von Alkoholen und Kohlenwasserstoffen unter Verwendung von Wasserstoff und Kohlenmonoxid ist dem Fachmann ohne weiteres geläufig, wobei hierzu beispielhaft z.B. auf Holleman Wiberg, Lehrbuch der anorganischen Chemie, 102. Auflage, 2007, S. 899-900 verwiesen werden kann.The production of alcohols and hydrocarbons using hydrogen and carbon monoxide is readily known to the person skilled in the art, reference being made, for example, to Holleman Wiberg, Textbook of Inorganic Chemistry, 102nd Edition, 2007, pp. 899-900.

Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer organischen Verbindung, das ein Verfahren zur Herstellung von Kohlenmonoxid, wie es vorstehend geschildert ist, umfasst.According to a further aspect, the present invention relates to a method for producing an organic compound which comprises a method for producing carbon monoxide, as described above.

Vorteilhaft an einem solchen Verfahren zur Herstellung einer organischen Verbindung ist insbesondere, dass kein Wasserstoff zur Reduktion des Kohlendioxides erforderlich ist, so dass für die Erzeugung von einem Mol organischer Verbindung ein Mol Wasserstoff weniger erforderlich ist als im Stand der Technik. Vorteilhaft ist weiterhin, dass bei der Erzeugung von Sauerstoff aus Wasser durch Elektrolyse zusätzlicher Wasserstoff generiert wird, der zur Herstellung der organischen Verbindung verwendet werden kann. Hierdurch kann die ökologische und ökonomische Effizienz des Verfahrens verbessert werden.A particular advantage of such a method for producing an organic compound is that no hydrogen is required to reduce the carbon dioxide, so that one mole less hydrogen is required to produce one mole of organic compound than in the prior art. It is also advantageous that when oxygen is generated from water by electrolysis, additional hydrogen is generated which can be used to produce the organic compound. This can improve the ecological and economic efficiency of the process.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft Kohlenmonoxid und/oder eine organische Verbindung, das/die nach einem wie im Vorstehenden geschilderten Verfahren hergestellt wird.Another aspect of the present invention relates to carbon monoxide and / or an organic compound which is produced by a method as described above.

Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zu Grunde, Mittel und Vorrichtungen zur Herstellung von Kohlendioxid anzugeben. Insbesondere soll ein Reaktor zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Kohlenmonoxid angegeben werden.The invention is also based on the object of specifying means and devices for producing carbon dioxide. In particular, a reactor for carrying out a method according to the invention for producing carbon monoxide is to be specified.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen Reaktor, umfassend

a) einen Reaktorraum,
b) eine Austrittsöffnung für den Kohlenmonoxidstrom aus dem Reaktorraum,
c) optional eine Austrittsöffnung für unverbrauchten Kohlenstoff aus dem Reaktorraum,
d) mindestens ein Staubfeuerungssystem zur Zufuhr von Kohlenstoff, des Sauerstoffstromes und des Kohlendioxidstromes in den Reaktorraum, wobei das Staubfeuerungssystem umfasst:
- - mindestens eine zentrale Düse zur Führung von Kohlenstoff und des Sauerstoffstromes in den Reaktorraum,
- - mindestens eine periphere Düse zur Führung des Kohlendioxidstromes in den Reaktorraum,
wobei die periphere Düse um den Umfang der zentralen Düse angeordnet ist,
- - eine Leitung zur Zufuhr von Kohlenstoff zur zentralen Düse,
- - eine Leitung zur Zufuhr des Sauerstoffstromes zur zentralen Düse, wobei die Leitung vorzugsweise innerhalb der Leitung zur Zufuhr von Kohlenstoff angeordnet ist,
- - ein Zündelement an der zentralen Düse,
- - eine Leitung zur Zufuhr des Kohlendioxidstromes zur peripheren Düse.

According to the invention, this object is achieved by a reactor comprising

a) a reactor room,
b) an outlet opening for the carbon monoxide stream from the reactor space,
c) optionally an outlet opening for unconsumed carbon from the reactor space,
d) at least one dust firing system for supplying carbon, the oxygen stream and the carbon dioxide stream into the reactor space, the dust firing system comprising:
- - at least one central nozzle for guiding the carbon and the oxygen flow into the reactor space,
- - at least one peripheral nozzle for guiding the carbon dioxide stream into the reactor space,
wherein the peripheral nozzle is arranged around the circumference of the central nozzle,
- - a line for supplying carbon to the central nozzle,
- - A line for supplying the oxygen stream to the central nozzle, the line preferably being arranged within the line for supplying carbon,
- - an ignition element on the central nozzle,
- - a line for supplying the carbon dioxide stream to the peripheral nozzle.

Ein geeignetes Staubfeuerungssystem wird auch Kohlenstaubbrenner genannt und ist im Handel z.B. bei der Firma Hitachi erhältlich. Weitere geeignete Staubfeuerungssysteme bzw. Kohlenstaubbrenner sind dem Fachmann bekannt.A suitable dust firing system is also called a pulverized coal burner and is commercially available, e.g. from Hitachi. Further suitable dust firing systems or pulverized coal burners are known to the person skilled in the art.

In einer bevorzugten Ausführungsform des angegebenen Reaktors ist die Austrittsöffnung für den Kohlenmonoxidstrom und eine Austrittsöffnung für unverbrauchten Kohlenstoff an gegenüberliegenden Enden des Reaktorraumes angeordnet.In a preferred embodiment of the specified reactor, the outlet opening for the carbon monoxide stream and an outlet opening for unconsumed carbon are arranged at opposite ends of the reactor space.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Austrittsöffnung für unverbrauchten Kohlenstoff in Richtung des Erdmittelpunkts angeordnet und die Austrittsöffnung für den Kohlenmonoxidstrom ist in vom Erdmittelpunkt wegführender Richtung angeordnet.In a further preferred embodiment, the outlet opening for unconsumed carbon is arranged in the direction of the center of the earth and the outlet opening for the carbon monoxide stream is arranged in the direction away from the earth's center.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Düsen bzw. das mindestens eine Staubfeuerungssystem (im Wesentlichen) senkrecht zur Austrittsöffnung für unverbrauchten Kohlenstoff und (im Wesentlichen) senkrecht zur Austrittsöffnung für den Kohlenmonoxidstrom angeordnet.In a further preferred embodiment, the nozzles or the at least one dust firing system are arranged (essentially) perpendicular to the outlet opening for unconsumed carbon and (essentially) perpendicular to the outlet opening for the carbon monoxide stream.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Düsen bzw. das mindestens eine Staubfeuerungssystem (im Wesentlichen) in horizontaler Richtung angeordnet.In a further preferred embodiment, the nozzles or the at least one dust firing system are arranged (essentially) in the horizontal direction.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das mindestens eine Staubfeuerungssystem eine dritte Düse zur Führung eines Kohlendioxid-Sauerstoff-Stromes in den Reaktorraum, wobei die dritte Düse um den Umfang der peripheren Düse angeordnet ist, und eine Leitung zur Zufuhr des Kohlendioxid-Sauerstoff-Stromes zur dritten Düse.In a further preferred embodiment, the at least one dust firing system comprises a third nozzle for guiding a carbon dioxide-oxygen stream into the reactor space, the third nozzle being arranged around the circumference of the peripheral nozzle, and a line for supplying the carbon dioxide-oxygen stream to third nozzle.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der erfindungsgemäße Reaktor zwei Staubfeuerungssysteme.In a further preferred embodiment, the reactor according to the invention comprises two dust firing systems.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Reaktor ein Zylinder, der in eine Richtung die Austrittsöffnung für unverbrauchten Kohlenstoff und in die entgegengesetzte Richtung die Austrittsöffnung für den Kohlenmonoxidstrom aufweist. Vorzugsweise sind in dieser Ausführungsform die Düsen bzw. das mindestens eine Staubfeuerungssystem (im Wesentlichen) senkrecht zur Austrittsöffnung für unverbrauchten Kohlenstoff und (im Wesentlichen) senkrecht zur Austrittsöffnung für den Kohlenmonoxidstrom angeordnet. Aus den Düsen strömende Ströme treffen vorzugsweise auf die runde Wand des Zylinders und werden entlang des inneren Zylinderumfanges geleitet. Bei Zuführung der Ströme entsteht so vorzugsweise ein Drall, wodurch die Verweilzeit im Reaktor positiv beeinflusst wird. In einer bevorzugten Ausführungsform verjüngt sich der Reaktor in Richtung der Austrittsöffnung für unverbrauchten Kohlenstoff und in Richtung der Austrittsöffnung für den Kohlenmonoxidstrom.In a further preferred embodiment, the reactor is a cylinder which has the outlet opening for unconsumed carbon in one direction and the outlet opening for the carbon monoxide stream in the opposite direction. In this embodiment, the nozzles or the at least one dust firing system are preferably arranged (essentially) perpendicular to the outlet opening for unconsumed carbon and (essentially) perpendicular to the outlet opening for the carbon monoxide stream. Currents flowing out of the nozzles preferably hit the round wall of the cylinder and are directed along the inner circumference of the cylinder. When the streams are fed in, a swirl is thus preferably created, which has a positive effect on the residence time in the reactor. In a preferred embodiment, the reactor tapers in the direction of the outlet opening for unconsumed carbon and in the direction of the outlet opening for the carbon monoxide stream.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Reaktor ein autothermer Reaktor.In a further preferred embodiment, the reactor is an autothermal reactor.

Die Erläuterungen, Definitionen und Vorteile, die zu den erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben wurden, gelten auch für den erfindungsgemäßen Reaktor und andersherum. Zudem sind für besondere Ausführungsformen beschriebene Merkmale auch in Kombination mit jedweden Merkmalen, die für andere Ausführungsformen offenbart sind, hierin offenbart.The explanations, definitions and advantages which have been described for the processes according to the invention also apply to the reactor according to the invention and vice versa. In addition, features are also described for particular embodiments in combination with any features disclosed for other embodiments are disclosed herein.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Anlage zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, umfassend

a) einen Reaktor, wie vorstehend beschrieben, sowie
b) optional eine Wasserelektrolyseeinheit zur Generierung eines Wasserstoffstromes und des Sauerstoffstromes, und
c) optional eine Syntheseeinheit zur Herstellung einer Organischen Verbindung.

Another aspect of the present invention relates to a system for carrying out a method according to the invention, comprising

a) a reactor as described above, as well as
b) optionally a water electrolysis unit for generating a hydrogen flow and the oxygen flow, and
c) optionally a synthesis unit for the production of an organic compound.

Der Aufbau einer solchen Anlage und z.B. die Verwendung erforderlicher Leitungen ist dem Fachmann geläufig.A person skilled in the art is familiar with the structure of such a system and, for example, the use of the required lines.

Die Erläuterungen, Definitionen und Vorteile, die zu den erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen Reaktor beschrieben wurden, gelten auch für die erfindungsgemäße Anlage.The explanations, definitions and advantages which have been described for the process according to the invention and the reactor according to the invention also apply to the plant according to the invention.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung eines erfindungsgemäßen Reaktors oder des in dieser Offenbarung beschriebenen Staubfeuerungssystems in einem erfindungsgemäßen Verfahren.Another aspect of the present invention relates to the use of a reactor according to the invention or the dust firing system described in this disclosure in a method according to the invention.

Die Erläuterungen, Definitionen und Vorteile, die zu den erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen Reaktor beschrieben wurden, gelten auch für die erfindungsgemäße Verwendung. Vorteilhaft ist auch die Verwendung bekannter Staubfeuerungssysteme gemäß der Erfindung.The explanations, definitions and advantages which have been described for the process according to the invention and the reactor according to the invention also apply to the use according to the invention. The use of known dust firing systems according to the invention is also advantageous.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen beispielhaft illustriert.The invention is illustrated by way of example with reference to the accompanying schematic drawings.

In diesen zeigen:

1 ein Schema zu einem Verfahren zur Herstellung von Methanol aus Kohlendioxid, umfassend ein Verfahren zur Herstellung von Kohlenmonoxid aus Kohlendioxid;
2 ein Staubfeuerungssystem zur erfindungsgemäßen Verwendung oder in einem erfindungsgemäßen Reaktor;
3 einen erfindungsgemäßen Reaktor.

In these show:

1 a scheme for a process for the production of methanol from carbon dioxide, comprising a process for the production of carbon monoxide from carbon dioxide;
2 a dust firing system for use in accordance with the invention or in a reactor in accordance with the invention;
3 a reactor according to the invention.

1 zeigt ein Schema zu einem Verfahren und einer Vorrichtungsanordnung zur Herstellung von Methanol aus Kohlendioxid, bei dem Kohlenmonoxid aus Kohlendioxid hergestellt wird. Die Herstellung von Kohlenmonoxid aus Kohlendioxid erfolgt hierbei in einem autothermen Reaktor („Boudouard-Reaktor“, B) und umfasst eine exotherme und eine endotherme Reaktion:

Über die exotherme Umsetzung eines Äquivalents (Stoffmengenäquivalent, z.B. 1 Mol) Kohlenstoff mit einem Äquivalent (Stoffmengenäquivalent, z.B. 1 Mol) Sauerstoff aus einem Sauerstoffstrom wird eine Temperatur von 1000 °C und ein Äquivalent (Stoffmengenäquivalent, z.B. 1 Mol) Kohlendioxid erzeugt. Zwei weitere Äquivalente (Stoffmengenäquivalente, z.B. 2 Mol) Kohlenstoff werden mit dem bei der exothermen Umsetzung entstehenden Äquivalent (Stoffmengenäquivalent, z.B. 1 Mol) Kohlendioxid sowie einem weiteren Äquivalent (Stoffmengenäquivalent, z.B. 1 Mol) Kohlendioxid aus einem Kohlendioxidstrom in einer endothermen Umsetzung innerhalb des Reaktors (B) zu vier Äquivalenten (Stoffmengenäquivalenten, z.B. 4 Mol) Kohlenmonoxid umgesetzt.

1 shows a scheme for a method and a device arrangement for the production of methanol from carbon dioxide, in which carbon monoxide is produced from carbon dioxide. The production of carbon monoxide from carbon dioxide takes place in an autothermal reactor ("Boudouard reactor", B) and comprises an exothermic and an endothermic reaction:

The exothermic reaction of an equivalent (molar equivalent, e.g. 1 mol) of carbon with an equivalent (molar equivalent, e.g. 1 mol) of oxygen from an oxygen stream generates a temperature of 1000 ° C and one equivalent (molar equivalent, e.g. 1 mol) of carbon dioxide. Two further equivalents (molar equivalents, e.g. 2 mol) of carbon are combined with the equivalent (molar equivalent, e.g. 1 mol) of carbon dioxide and a further equivalent (molar equivalent, e.g. 1 mol) of carbon dioxide from a carbon dioxide stream in an endothermic reaction within the reactor ( B. ) converted to four equivalents (molar equivalents, for example 4 mol) of carbon monoxide.

Demnach verschiebt sich durch die in der exothermen Umsetzung freigesetzte Wärme das Boudouard-Gleichgewicht bei 1000 °C beinahe vollständig zum Kohlenmonoxid. Die beiden Umsetzungen laufen zeitgleich und räumlich innerhalb des autothermen Reaktors nicht voneinander getrennt (d.h. im gleichen Reaktorraum) ab. Der Kohlendioxidstrom wird aus einem anderen Prozess bezogen, bei dem CO₂ freigesetzt wird. Das Kohlendioxid aus diesem Strom wird dabei gebunden.Accordingly, the heat released in the exothermic reaction shifts the Boudouard equilibrium at 1000 ° C almost completely to carbon monoxide. The two conversions take place at the same time and not spatially separated from one another within the autothermal reactor (ie in the same reactor space). The carbon dioxide stream is drawn from another process that releases CO ₂ . The carbon dioxide from this stream is bound in the process.

Der Sauerstoffstrom wird in einer Wasserelektrolyse (A) in einer Wasserelektrolyseeinheit unter Verwendung von Wasser und Strom (e-) erzeugt.The oxygen flow is in a water electrolysis ( A. ) generated in a water electrolysis unit using water and electricity (e-).

Die vier Äquivalente (Stoffmengenäquivalente, z.B. 4 Mol) Kohlenmonoxid strömen in einem Kohlenmonoxidstrom aus dem Reaktor (B). Der Kohlenmonoxidstrom kann gekühlt werden, z.B. im Gegenstromverfahren mit Edukten des Verfahrens (Sauerstoffstrom, Kohlendioxidstrom). In Folge des Abkühlens wird die Reaktionsgeschwindigkeit der Boudouard-Reaktion so weit abgesenkt, dass das Kohlenmonoxid als metastabiler Stoff ausreichend beständig ist.The four equivalents (molar equivalents, e.g. 4 mol) of carbon monoxide flow out of the reactor in a carbon monoxide stream ( B. ). The carbon monoxide stream can be cooled, for example in a countercurrent process with starting materials from the process (oxygen stream, carbon dioxide stream). As a result of the cooling, the reaction rate of the Boudouard reaction is reduced to such an extent that the carbon monoxide is sufficiently stable as a metastable substance.

Der Kohlenmonoxidstrom wird nach Passieren des Reaktors (B) aufgeteilt. Dabei wird Kohlenmonoxid abgeführt und beispielsweise einer externen Herstellung von Methanol und anderen Alkoholen, Kohlenwasserstoffen (Fischer-Tropsch-Verfahren), Carbonsäuren und Estern (Oxosynthese, Hydroformylierung) und/oder aromatischen Aldehyden zugeführt. Alternativ kann das Kohlenmonoxid für die Reinigung von Metallen über die Bildung/Zersetzung von Metallcarbonylen, die Verwendung als Brenngas oder in der Reduktion von Erzen genutzt werden. Ein Teil Kohlenmonoxid wird einer Syntheseeinheit (C) zur Herstellung einer organischen Verbindung, hier Methanol, zugeführt. Hierbei wird bei der Wasserelektrolyse (A) generierter Wasserstoff eingesetzt, um ein Äquivalent Methanol zu erzeugen.The carbon monoxide stream is after passing the reactor ( B. ) divided up. Carbon monoxide is removed and fed, for example, to an external production of methanol and other alcohols, hydrocarbons (Fischer-Tropsch process), carboxylic acids and esters (oxo synthesis, hydroformylation) and / or aromatic aldehydes. Alternatively, the carbon monoxide can be used for the purification of metals via the formation / decomposition of metal carbonyls, the use as fuel gas or in the reduction of ores. Part of carbon monoxide is used in a synthesis unit ( C. ) for the production of an organic compound, here methanol, supplied. In the case of water electrolysis ( A. ) generated hydrogen is used to produce one equivalent of methanol.

2 zeigt einen beispielhaften Kohlenstaubbrenner (Staubfeuerungssystem 1). Das Staubfeuerungssystem umfasst drei Düsen (2A, 2B, 2C): Eine zentrale Düse 2A zur Führung von Kohlenstoff und des Sauerstoffstromes in den Reaktorraum, eine periphere Düse 2B zur Führung des Kohlendioxidstromes in den Reaktorraum und eine dritte Düse 2C zur Führung eines Kohlendioxid-Sauerstoff-Stromes in den Reaktorraum. Die periphere Düse ist um den Umfang der zentralen Düse angeordnet und die dritte Düse ist um den Umfang der peripheren Düse angeordnet. Durch den Kohlendioxid-Sauerstoff-Strom und die spezielle Anordnung der Düsen kann der Umsatz des Kohlenstoffes optimiert werden. Das Staubfeuerungssystem umfasst weiterhin eine Leitung zur Zufuhr von Kohlenstoff 3 zur zentralen Düse, eine Leitung zur Zufuhr des Sauerstoffstromes 4 zur zentralen Düse, wobei die Leitung innerhalb der Leitung zur Zufuhr von Kohlenstoff angeordnet ist, eine Leitung zur Zufuhr des Kohlendioxidstromes 5 zur peripheren Düse, eine Leitung zur Zufuhr des Kohlendioxid-Sauerstoff-Stromes 6 zur dritten Düse und ein Zündelement 7 an der zentralen Düse. Die Leitung zur Zufuhr von Kohlenstoff 3, die Leitung zur Zufuhr des Kohlendioxidstromes 4 und die Leitung zur Zufuhr des Kohlendioxid-Sauerstoff-Stromes 5 weisen einstellbare Dralleinrichtungen 8 auf. 2 shows an exemplary pulverized coal burner (dust firing system 1 ). The dust firing system includes three nozzles ( 2A , 2 B , 2C ): A central nozzle 2A for guiding carbon and the oxygen flow into the reactor space, a peripheral nozzle 2 B for guiding the carbon dioxide stream into the reactor space and a third nozzle 2C for guiding a carbon dioxide-oxygen stream into the reactor space. The peripheral nozzle is arranged around the periphery of the central nozzle and the third nozzle is arranged around the periphery of the peripheral nozzle. The carbon dioxide-oxygen flow and the special arrangement of the nozzles can optimize the conversion of carbon. The dust firing system further comprises a line for supplying carbon 3 to the central nozzle, a line for supplying the oxygen stream 4th to the central nozzle, wherein the line is arranged within the line for supplying carbon, a line for supplying the carbon dioxide stream 5 to the peripheral nozzle, a line for supplying the carbon dioxide-oxygen stream 6th to the third nozzle and an ignition element 7th at the central nozzle. The pipe for supplying carbon 3 , the line for supplying the carbon dioxide stream 4th and the line for supplying the carbon dioxide-oxygen stream 5 have adjustable twist devices 8th on.

3 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Reaktor 9 zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Kohlenmonoxid aus Kohlendioxid. Der Reaktor umfasst a) einen Reaktorraum 10, b) eine Austrittsöffnung für den Kohlenmonoxidstrom 11 aus dem Reaktorraum, c) eine Austrittsöffnung für unverbrauchten Kohlenstoff aus dem Reaktorraum 12, d) zwei oben beschriebene Staubfeuerungssysteme 1. In dem Reaktorraum findet sowohl die exotherme als auch die endotherme Umsetzung statt. 3 shows schematically a reactor according to the invention 9 for carrying out a method according to the invention for the production of carbon monoxide from carbon dioxide. The reactor comprises a) a reactor space 10 , b) an outlet opening for the carbon monoxide stream 11 from the reactor space, c) an outlet opening for unconsumed carbon from the reactor space 12th , d) two dust firing systems described above 1 . Both the exothermic and the endothermic reaction take place in the reactor space.

Der heiße Kohlenmonoxidstrom strömt im Wesentlichen in einer ersten Richtung entgegen der Schwerkraft, d.h. nach oben, durch die Austrittsöffnung für den Kohlenmonoxidstrom 11 aus dem Reaktorraum 10. Der Kohlenstoff, der Sauerstoffstrom, der Kohlendioxidstrom und der Kohlendioxid-Sauerstoff-Strom werden über zwei Staubfeuerungssysteme 1 in einer zweiten, horizontalen Richtung in den Reaktorraum geführt. Hierdurch bildet sich ein Drall. Die zweite Richtung ist im Wesentlichen senkrecht zur ersten Richtung angeordnet. Unverbrauchter Kohlenstoff strömt im Wesentlichen in einer dritten Richtung durch die Schwerkraft durch die Austrittsöffnung für unverbrauchten Kohlenstoff aus dem Reaktorraum. Somit sind die erste und dritte Richtung entgegengesetzt zueinander angeordnet.The hot carbon monoxide stream flows essentially in a first direction counter to gravity, ie upwards, through the outlet opening for the carbon monoxide stream 11 from the reactor room 10 . The carbon, the oxygen flow, the carbon dioxide flow and the carbon dioxide-oxygen flow are controlled by two dust-firing systems 1 guided in a second, horizontal direction into the reactor space. This creates a twist. The second direction is arranged essentially perpendicular to the first direction. Unused carbon flows essentially in a third direction under the force of gravity through the outlet opening for unused carbon from the reactor space. Thus, the first and third directions are arranged opposite to each other.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

AA.: WasserelektrolyseWater electrolysis
BB.: Autothermer Boudouard ReaktorAutothermal Boudouard reactor
CC.: Syntheseeinheit für Methanol Synthesis unit for methanol
11: StaubfeuerungssystemDust firing system
2A2A: zentrale Düsecentral nozzle
2B2 B: periphere Düseperipheral nozzle
2C2C: dritte Düsethird nozzle
33: Leistung zur Zufuhr von KohlenstoffCarbon input power
44th: Leistung zur Zufuhr von SauerstoffPower for supplying oxygen
55: Leistung zur Zufuhr von KohlendioxidPower to supply carbon dioxide
66th: Leistung zur Zufuhr von Kohlendioxid/SauerstoffPower to supply carbon dioxide / oxygen
77th: ZündelementIgnition element
88th: DralleinrichtungenTwist devices
99: Reaktorreactor
1010: ReaktorraumReactor room
1111: Austrittsöffnung für KohlenmonoxidOutlet opening for carbon monoxide
1212th: Austrittsöffnung für KohlenstoffOutlet opening for carbon

Claims

Verfahren zur Herstellung von Kohlenmonoxid, umfassend i) die exotherme Umsetzung von Kohlenstoff mit Sauerstoff aus einem Sauerstoffstrom, wobei Kohlendioxid gebildet wird, ii) die endotherme Umsetzung von Kohlenstoff mit Kohlendioxid aus der exothermen Umsetzung und mit Kohlendioxid aus einem Kohlendioxidstrom, wobei ein Kohlenmonoxidstrom gebildet wird, wobei die exotherme Umsetzung eine Temperatur für die endotherme Umsetzung von mindestens 750 °C bereitstellt.A method for producing carbon monoxide, comprising i) the exothermic reaction of carbon with oxygen from an oxygen stream, with carbon dioxide being formed, ii) the endothermic reaction of carbon with carbon dioxide from the exothermic reaction and with carbon dioxide from a carbon dioxide stream, a carbon monoxide stream being formed, the exothermic reaction providing a temperature for the endothermic reaction of at least 750 ° C.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die endotherme Umsetzung und die exotherme Umsetzung in einem Reaktorraum erfolgt.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the endothermic reaction and the exothermic reaction take place in a reactor chamber.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die endotherme Umsetzung und die exotherme Umsetzung im Wesentlichen gleichzeitig erfolgt.Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that the endothermic reaction and the exothermic reaction take place essentially simultaneously.

Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoff, der Sauerstoffstrom und der Kohlendioxidstrom über mindestens ein Staubfeuerungssystem in einen/den Reaktorraum geführt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the carbon, the oxygen flow and the carbon dioxide flow are fed into a / the reactor room via at least one dust firing system.

Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass - der Kohlenmonoxidstrom im Wesentlichen in einer ersten Richtung aus dem Reaktorraum strömt und - der Kohlenstoff, der Sauerstoffstrom und der Kohlendioxidstrom über das mindestens eine Staubfeuerungssystem in einer zweiten Richtung in den Reaktorraum geführt werden, - die zweite Richtung im Wesentlichen senkrecht zur ersten Richtung angeordnet ist.Procedure according to Claim 4 , characterized in that - the carbon monoxide stream flows out of the reactor space essentially in a first direction and - the carbon, the oxygen stream and the carbon dioxide stream are guided into the reactor space in a second direction via the at least one dust firing system, - the second direction essentially perpendicularly is arranged to the first direction.

Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass unverbrauchter Kohlenstoff im Wesentlichen in einer dritten Richtung aus dem Reaktorraum strömt und vorzugsweise die erste und dritte Richtung entgegengesetzt zueinander angeordnet sind.Procedure according to Claim 5 , characterized in that unconsumed carbon flows out of the reactor space essentially in a third direction and the first and third directions are preferably arranged opposite one another.

Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Staubfeuerungssystem den Kohlenstoff, den Sauerstoffstrom und den Kohlendioxidstrom über mindestens zwei Düsen in den Reaktorraum führt, wobei eine periphere Düse um den Umfang einer zentralen Düse angeordnet ist und wobei die zentrale Düse den Kohlenstoff und den Sauerstoffstrom in den Reaktorraum führt und die periphere Düse den Kohlendioxidstrom in den Reaktorraum führt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one dust firing system guides the carbon, the oxygen flow and the carbon dioxide flow into the reactor space via at least two nozzles, a peripheral nozzle being arranged around the circumference of a central nozzle and the central nozzle being the Carbon and the oxygen stream leads into the reactor space and the peripheral nozzle leads the carbon dioxide stream into the reactor space.

Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die endotherme Umsetzung und die exotherme Umsetzung in einem autothermen Reaktor und/oder einem Reaktor nach Anspruch 13 durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the endothermic reaction and the exothermic reaction in an autothermal reactor and / or a reactor after Claim 13 is carried out.

Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Kohlendioxid nicht mit Wasserstoff umgesetzt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that carbon dioxide is not reacted with hydrogen.

Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren eine Wasserelektrolyse umfasst, in der ein Wasserstoffstrom und ein Sauerstoffstrom generiert wird, wobei der Sauerstoffstrom der exothermen Umsetzung in i) zugeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the method comprises a water electrolysis in which a hydrogen stream and an oxygen stream are generated, the oxygen stream being fed to the exothermic reaction in i).

Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Herstellung einer organischen Verbindung unter Umsetzung zumindest eines Teiles des Wasserstoffstromes mit zumindest einem Teil des gebildeten Kohlenmonoxidstromes umfasst.Procedure according to Claim 10 , characterized in that the method comprises the production of an organic compound by reacting at least part of the hydrogen stream with at least part of the carbon monoxide stream formed.

Verfahren zur Herstellung einer organischen Verbindung, umfassend ein Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche.A method for producing an organic compound comprising a method according to any preceding claim.

Reaktor (9) zur Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung von Kohlenmonoxid, bevorzugt gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, umfassend a) einen Reaktorraum (10), b) eine Austrittsöffnung (11) für den Kohlenmonoxidstrom aus dem Reaktorraum, c) optional eine Austrittsöffnung (12) für unverbrauchten Kohlenstoff aus dem Reaktorraum, d) mindestens ein Staubfeuerungssystem (1) zur Zufuhr von Kohlenstoff, des Sauerstoffstromes und des Kohlendioxidstromes in den Reaktorraum, wobei das Staubfeuerungssystem umfasst: - mindestens eine zentrale Düse (2A) zur Führung von Kohlenstoff und des Sauerstoffstromes in den Reaktorraum, - mindestens eine periphere Düse (2B) zur Führung des Kohlendioxidstromes in den Reaktorraum, wobei die periphere Düse (2B) um den Umfang der zentralen Düse (2A) angeordnet ist, - eine Leitung (3) zur Zufuhr von Kohlenstoff zur zentralen Düse (2A), - eine Leitung (4) zur Zufuhr des Sauerstoffstromes zur zentralen Düse (2A), wobei die Leitung (4) vorzugsweise innerhalb der Leitung (3) zur Zufuhr von Kohlenstoff angeordnet ist, - ein Zündelement (7) an der zentralen Düse, - eine Leitung (5) zur Zufuhr des Kohlendioxidstromes zur peripheren Düse (2B).Reactor (9) for carrying out a process for the production of carbon monoxide, preferably according to one of the Claims 1 until 10 , comprising a) a reactor space (10), b) an outlet opening (11) for the carbon monoxide stream from the reactor space, c) optionally an outlet opening (12) for unconsumed carbon from the reactor space, d) at least one dust firing system (1) for the supply of Carbon, the stream of oxygen and the stream of carbon dioxide into the reactor space, the dust firing system comprising: - at least one central nozzle (2A) for guiding the carbon and the stream of oxygen into the reactor space, - at least one peripheral nozzle (2B) for guiding the stream of carbon dioxide into the reactor space , wherein the peripheral nozzle (2B) is arranged around the circumference of the central nozzle (2A), - a line (3) for supplying carbon to the central nozzle (2A), - a line (4) for supplying the oxygen flow to the central nozzle (2A), the line (4) preferably being arranged within the line (3) for the supply of carbon, - an ignition element (7) on the central nozzle, - a line (5) for the supply drove the carbon dioxide stream to the peripheral nozzle (2B).

Anlage zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12, umfassend a) einen Reaktor nach Anspruch 13, b) optional eine Wasserelektrolyseeinheit zur Generierung eines Wasserstoffstromes und des Sauerstoffstromes und c) optional eine Syntheseeinheit zur Herstellung einer organischen Verbindung.System for carrying out a method according to one of the Claims 1 until 12th , comprising a) a reactor according to Claim 13 , b) optionally a water electrolysis unit for generating a hydrogen stream and the oxygen stream and c) optionally a synthesis unit for producing an organic compound.

Verwendung eines Reaktors nach Anspruch 13 oder eines Staubfeuerungssystems in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Staubfeuerungssystem umfasst: - mindestens eine zentrale Düse (2A) zur Führung von Kohlenstoff und des Sauerstoffstromes in den Reaktorraum (10), - mindestens eine periphere Düse (2B) zur Führung des Kohlendioxidstromes in den Reaktorraum (10), wobei die periphere Düse (2B) um den Umfang der zentralen Düse (2A) angeordnet ist, - eine Leitung (3) zur Zufuhr von Kohlenstoff zur zentralen Düse (2A), - eine Leitung (4) zur Zufuhr des Sauerstoffstromes zur zentralen Düse (2A), wobei die Leitung (4) vorzugsweise innerhalb der Leitung (3) zur Zufuhr von Kohlenstoff angeordnet ist, - ein Zündelement an der zentralen Düse (7), - eine Leitung (5) zur Zufuhr des Kohlendioxidstromes zur peripheren Düse (2B).Using a reactor after Claim 13 or a dust firing system in a method according to one of the Claims 1 until 12th , the dust firing system comprising: - at least one central nozzle (2A) for guiding carbon and the oxygen flow into the reactor space (10), - at least one peripheral nozzle (2B) for guiding the carbon dioxide stream into the reactor space (10), the peripheral nozzle Nozzle (2B) is arranged around the circumference of the central nozzle (2A), - a line (3) for supplying carbon to the central nozzle (2A), - a line (4) for supplying the oxygen stream to the central nozzle (2A), wherein the line (4) is preferably arranged within the line (3) for supplying carbon, - an ignition element at the central nozzle (7), - a line (5) for supplying the carbon dioxide stream to the peripheral nozzle (2B).