DE202023002098U1 - Carbon-based device for carrying out methane pyrolysis - Google Patents

Abstract

Vorrichtung (1) zur Durchführung einer katalytischen Methanpyrolyse, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Reaktor (7) bürstenartige Einbauten (6), die als Katalysatoren fungieren, vorgesehen sind.

Device (1) for carrying out a catalytic methane pyrolysis, characterized in that brush-like internals (6) which function as catalysts are provided in a reactor (7).

Description

Die Erfindung geht aus von rohrbürstenartigen Katalysatoren innerhalb eines Reaktors zur Methanpyrolyse, wie sie in dem deutschen Gebrauchsmuster DE 20 2022 002 211 U1 beschrieben ist. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die bürstenartigen Katalysatoren zu verbessern und wirtschaftlich herstellen zu können. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die metallischen Bürsten mit einer katalytischen Kohlenstoffbeschichtung versehen sind. Zur Beschichtung ist dabei ein C-haltiges Flüssigkeitstauchbad vorgesehen. In einer Weiterbildung der Erfindung Ist eine Pulverbeschichtung vorgesehen.The invention is based on tube brush-like catalysts within a reactor for methane pyrolysis, as described in the German utility model DE 20 2022 002 211 U1 The object of the invention is to improve the brush-like catalysts and to be able to produce them economically. This object is achieved according to the invention in that the metallic brushes are provided with a catalytic carbon coating. A C-containing liquid immersion bath is provided for the coating. In a further development of the invention, a powder coating is provided.

Im Vergleich zur konventionellen „steam methane reforming“ = SMR - Technologie ist die Methanpyrolyse ein Prozess ohne CO₂ - Emissionen. Der erhaltene Wasserstoff kann als klimaneutraler Energieträger in der Industrie z.B. Stahlsektor, im Verkehr oder als Wärmelieferant genutzt werden. Der bei der Methanpyrolyse entstehende Kohlenstoff (ca. 3-3,3 kg / kg H₂) besitzt als Feststoff vielfältige Nutzungsmöglichkeiten. So ist ein Einsatz bei der Produktion von Graphit-Anoden für Lithium-Ionen-Batterien im automobilen Sektor denkbar. Weitere Möglichkeiten sind im Bereich der Gas- und Abwasserreinigung (Aktivkohle) oder zur Bodenverbesserung in der Landwirtschaft naheliegend. Aber auch die Bildung von Kohlenstoffnanoröhren (CNT) kann von hohem wirtschaftlichem Interesse sein; es sind eine ganze Reihe von weiteren Anwendungen bekannt, wie Katalysatoren, Katalysator-Unterstützung, H₂-Speicher, elektronische Komponenten und Polymeradditive. Unbedingte Voraussetzung für die Klimaneutralität ist aber, dass der erzeugte Kohlenstoff nicht in Prozessen eingesetzt wird, bei denen es wieder zur Freisetzung von CO₂ in die Atmosphäre kommt.Compared to conventional steam methane reforming (SMR) technology, methane pyrolysis is a process without _CO2 emissions. The hydrogen obtained can be used as a climate-neutral energy source in industry, e.g. the steel sector, in transport or as a heat supplier. The carbon produced during methane pyrolysis (approx. 3-3.3 kg / kg _H2 ) has a wide range of possible uses as a solid. For example, it could be used in the production of graphite anodes for lithium-ion batteries in the automotive sector. Other possibilities are in the field of gas and wastewater treatment (activated carbon) or for soil improvement in agriculture. But the formation of carbon nanotubes (CNT) can also be of great economic interest; a whole range of other applications are known, such as catalysts, catalyst support, _H2 storage, electronic components and polymer additives. However, an absolute prerequisite for climate neutrality is that the carbon produced is not used in processes that result in the release of _CO2 into the atmosphere.

Bei der Methanpyrolyse wird CH₄ direkt in seine Bestandteile gespaltet, also Wasserstoff und Kohlenstoff. Im Gegensatz zu anderen Technologien, die fossile Ressourcen nutzen, wie Kohlevergasung oder Dampfmethanreformierung, ist der größte Vorteil der Methanpyrolyse die Produktion von CO₂-freier Wasserstoff. Fester Kohlenstoff ist das einzige Nebenprodukt, das sich aus der thermischen Zersetzung von Methan ergibt, also weder ein CO₂ Trennungsschritt oder dessen anschließende Speicherung ist erforderlich.In methane pyrolysis, CH ₄ is split directly into its components, hydrogen and carbon. Unlike other technologies that use fossil resources, such as coal gasification or steam methane reforming, the biggest advantage of methane pyrolysis is the production of CO ₂ -free hydrogen. Solid carbon is the only byproduct resulting from the thermal decomposition of methane, so neither a CO ₂ separation step nor its subsequent storage is required.

Weitere Vorzüge der Methanpyrolyse, im Vergleich zu anderen bekannten Technologien zur Wasserstoffproduktion, ist der geringe Energiebedarf zur Wasserstofferzeugung durch Pyrolyse (37,8 kJ/mol H₂) und liegt erheblich unter dem Energiebedarf zur Erzeugung von Wasserstoff aus Erdgas mittels SMR (63,3 kJ/mol H₂) sowie der Bereitstellung von erneuerbarem Wasserstoff mittels Elektrolyse (285,9 kJ/mol H₂).Further advantages of methane pyrolysis, compared to other known hydrogen production technologies, are the low energy requirement for hydrogen production by pyrolysis (37.8 kJ/mol H ₂ ) and are considerably lower than the energy requirement for the production of hydrogen from natural gas using SMR (63.3 kJ/mol H ₂ ) and the provision of renewable hydrogen using electrolysis (285.9 kJ/mol H ₂ ).

Die endotherme katalytische Methanzersetzungsreaktion (Methanpyrolyse) könnte also einen vielversprechenden Ersatz für die konventionellen Prozesse wie Dampfreformierung, partielle Oxidation u.a. Verfahren darstellen. Wie ersichtlich, liegt der Vorteil der Methanpyrolyse gegenüber der Wasserelektrolyse in dem deutlich niedrigeren Energiebedarf zur Spaltung des Ausgangsmoleküls, da der aufzubringende Energiebedarf (Reaktionsenthalpie) für die Zerlegung des Wassermoleküls deutlich höher ist als diejenige für das Methanmolekül.The endothermic catalytic methane decomposition reaction (methane pyrolysis) could therefore represent a promising replacement for conventional processes such as steam reforming, partial oxidation and other processes. As can be seen, the advantage of methane pyrolysis over water electrolysis lies in the significantly lower energy requirement for splitting the starting molecule, since the energy required (reaction enthalpy) for splitting the water molecule is significantly higher than that for the methane molecule.

Technologien zur CO₂-freien Wasserstoffherstellung über die Methanpyrolyse werden derzeit im Labormaßstab oder in kleineren Pilotanlagen weltweit entwickelt.Technologies for _CO2 -free hydrogen production via methane pyrolysis are currently being developed on a laboratory scale or in smaller pilot plants worldwide.

Diese Technologien lassen sich in drei Gruppen einteilen:

1. a) thermische Spaltung,
2. b) Plasma-Spaltung und
3. c) katalytische Spaltung.

These technologies can be divided into three groups:

1. a) thermal cracking,
2. b) Plasma fission and
3. c) catalytic cleavage.

Die thermische und Plasma Spaltung erfordern für die Reaktion sehr hohe Temperaturen von > 1200 °C bis 2000 °C und sind somit sehr energieintensiv. Außerdem ist bei diesen beiden Umsetzungsverfahren bekannt, dass sehr Anforderungen an die Einsatzmaterialien (Ausmauerung und Lichtbogenelektroden) gestellt werden. Es wird auch oft festgestellt, dass es an den heißen Oberflächen zu Hotspots und zu einem kontinuierlichen Anwachsen einer Kohlenstoffschicht mit Verschlechterung des Wärmeüberganges und anschließender Verblockung des Reaktors kommen kann.Thermal and plasma fission require very high temperatures of > 1200 °C to 2000 °C for the reaction and are therefore very energy-intensive. In addition, it is known that these two conversion processes place very high demands on the feed materials (lining and arc electrodes). It is also often found that hot spots and a continuous growth of a carbon layer can occur on the hot surfaces, worsening the heat transfer and subsequently blocking the reactor.

Wie in der Gebrauchsmuster DE 20 2022 002 211 U1 bereits beschrieben, ist die Verwendung von Katalysatoren eine bekannte und bewährte Methode um die Methanzersetzung bei tieferen Temperaturen zu initiieren und zu beschleunigen. Diese thermokatalytische Zersetzung von CH₄ in H₂ und C ist ein attraktiver Prozess, weil es bei erheblich tieferen Temperaturen, ab ca. 500 °C, gestartet werden kann.As in the utility model DE 20 2022 002 211 U1 As already described, the use of catalysts is a well-known and proven method to initiate and accelerate methane decomposition at lower temperatures. This thermocatalytic decomposition of CH ₄ into H ₂ and C is an attractive process because it can be started at significantly lower temperatures, from about 500 °C.

Bei der katalytischen Methanspaltung unterscheidet man zwischen kohlenstoff- und metallbasierten Katalysatoren.In catalytic methane splitting, a distinction is made between carbon- and metal-based catalysts.

Aus der Literatur ist zu entnehmen, dass bei der Verwendung von Metallkatalysatoren ein Regenerationsprozess erforderlich ist, um die Kohlenstoffablagerungen nach der Reaktion aus der Oberfläche der Katalysator zu entfernen. Es wird vorgeschlagen, Metallkatalysatoren durch Verbrennung des Kohlenstoffs mit Luft oder Dampf zu regenerieren. Ein großer Nachteil dieser Prozedur ist, dass bei der Verbrennung des Kohlenstoffes CO₂-Emissionen entstehen, die dem eigentlichen „sauberen“ Verfahren der Methanpyrolyse entgegenstehen. Vielfach wird berichtet, dass eine Regenerierung auf Ausgangsposition nahezu unmöglich ist, weil die aktiven Zentren (Poren) der eingesetzten Metallkatalysatoren vielfach durch Kohlenstoffeinschlüsse verschlossen bleiben. Es kann auch passieren, dass das bei der Methanpyrolyse produzierte Kohlenstoff mit dem aktiven toxischen Nickel- oder Kobaltmaterial kontaminiert wird. Ein weiterer großer Nachteil der Metallkatalysatoren ist, dass diese von Schwefel vergiftet werden können.From the literature it can be seen that when using metal catalysts a regeneration process is required to remove the carbon deposits from the surface of the catalyst after the reaction. It is proposed to regenerate metal catalysts by burning the carbon material with air or steam. A major disadvantage of this procedure is that the combustion of the carbon produces CO ₂ emissions, which contradicts the actual "clean" process of methane pyrolysis. It is often reported that regeneration to the starting position is almost impossible because the active centers (pores) of the metal catalysts used often remain closed by carbon inclusions. It can also happen that the carbon produced during methane pyrolysis is contaminated with the active toxic nickel or cobalt material. Another major disadvantage of metal catalysts is that they can be poisoned by sulfur.

Untersuchungen an kohlenstoffbasierten Katalysatoren haben gezeigt, dass sie längere Standzeiten und höhere Beständigkeit bezüglich Kohlenstoffverkokung und -vergiftung haben und sie werden auch langsamer desaktiviert als Metallkatalysatoren. Ein weiterer großer Vorteil ist, dass der produzierte Kohlenstoff gemeinsam mit dem Katalysatorkohlenstoff auch katalytisch aktiv ist.Studies on carbon-based catalysts have shown that they have longer service lives and greater resistance to carbon coking and poisoning, and they are also deactivated more slowly than metal catalysts. Another major advantage is that the carbon produced is also catalytically active together with the catalyst carbon.

Allerdings, und das ist der große Nachteil vor reinen bürstenartigen Kohlenstoffkatalysatoren ist, dass diese bisher nicht besonders stabil hergestellt werden können, sondern einen haarähnlichen Aufbau haben und von der Gasströmung leicht in Strömungsrichtung umgelenkt/verbogen werden könnenHowever, and this is the major disadvantage compared to pure brush-like carbon catalysts, is that they cannot yet be made particularly stable, but have a hair-like structure and can easily be deflected/bent in the direction of flow by the gas flow.

In der Patentschrift US 8002854 B1 wird über Kohlenstoffkatalysatoren zur Durchführung von Methanpyrolyse in Wirbelschichtreaktoren berichtet. Insgesamt erscheint das vorgestellte Verfahren sehr komplex zu sein, weil mehrere Behälter für die Reaktion von CH₄ zu H₂ und C und Regeneration des C-Katalysators benötigt werden. Hierbei ist auch zu bedenken, dass durch den Transport und Verwirbelung des C-Katalysators dieser einem großen Verschleiß (Attrition) unterliegt. Außerdem soll die benötigte Reaktionswärme über eine Teilverbrennung des produzierten Kohlenstoffs erfolgen. Auch hier wieder mit CO₂-Emissionen.In the patent specification US8002854B1 reports on carbon catalysts for carrying out methane pyrolysis in fluidized bed reactors. Overall, the process presented appears to be very complex because several containers are needed for the reaction of CH ₄ to H ₂ and C and regeneration of the C catalyst. It should also be remembered that the transport and swirling of the C catalyst causes it to undergo a great deal of wear (attrition). In addition, the required reaction heat is to be provided by partial combustion of the carbon produced. Here, too, this involves CO ₂ emissions.

Hier setzt die Erfindung an, es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass gewöhnliche metallische, rohrbürstenartige Vorrichtungen, die, entsprechend dem Stand der Technik, mit Hochtemperatur-Kohlenstofflack oder Pulver (Graphit, Aktivkohle, Ruß, gemahlene End-of-Life Carbonfasern usw.) beschichtet werden, gute Umsetzungsergebnisse bei der Methanpyrolyse erreichen. Hierbei können, die für die Methanpyrolyse wirksamen, Betriebstemperaturen > 800 °C vorteilhaft über elektrische Direktbeheizung des metallischen Katalysatorträgers erreicht werden.This is where the invention comes in. It has surprisingly been shown that ordinary metallic, tube brush-like devices, which, according to the state of the art, are coated with high-temperature carbon paint or powder (graphite, activated carbon, soot, ground end-of-life carbon fibers, etc.), achieve good conversion results in methane pyrolysis. The operating temperatures > 800 °C that are effective for methane pyrolysis can be advantageously achieved by direct electrical heating of the metallic catalyst carrier.

Das Auftragen des Kohlenstoffes auf die Metalloberfläche kann durch Tauchen, Streichen, Pulverbeschichtung oder durch Kombination oder Wiederholung dieser Möglichkeiten erfolgen. Hierbei können sehr gleichmäßige Schichtdicken realisiert werden.The carbon can be applied to the metal surface by dipping, brushing, powder coating or by combining or repeating these options. Very uniform layer thicknesses can be achieved.

Der große Vorteil der gleichmäßigen Geometrie besteht darin, dass der Kohlenstoff, der während der Methanzersetzung gebildet wird und sich auf der gleichmäßigen Geometrie des Katalysators teilweise absetzt, mit relativ einfachen Methoden Online beseitigt werden kann. Ein weiterer Pluspunkt dieser neuartigen metallischen Träger mit Kohlenstoffkatalysatoren ist deren vorteilhafte axiale und radiale Wärmeleitung. Das ist gerade bei der endothermischen Reaktion der Methanpyrolyse zur gleichmäßigen Produktion von Wasserstoff und Kohlenstoff besonders relevant. Besonders vorteilhaft ist noch, dass die metallischen Träger des Kohlenstoffkatalysators besonders stabil sind und von der Gasströmung nicht umgelenkt werden können.The great advantage of the uniform geometry is that the carbon that is formed during methane decomposition and partially deposits on the uniform geometry of the catalyst can be removed online using relatively simple methods. Another advantage of these new types of metallic supports with carbon catalysts is their advantageous axial and radial heat conduction. This is particularly relevant for the endothermic reaction of methane pyrolysis for the uniform production of hydrogen and carbon. Another particularly advantageous feature is that the metallic supports of the carbon catalyst are particularly stable and cannot be deflected by the gas flow.

Der wesentliche Vorteil dieser Anordnung besteht, wie in der Gebrauchsmuster DE 20 2022 002 211 U1 beschrieben, aber darin, dass die benötigte Wärme für die endothermischen Reaktionen der Methanpyrolyse nicht nur durch Verbrennung von z.B. Erdgas, sondern elektrisch aus erneuerbaren Energien durch Direktbeheizung der Katalysatoren zur Verfügung gestellt werden kann, weil sowohl der metallische Grundkörper als auch die kohlenstoffbasierten Katalysatoren in der Regel sehr gute elektrische Leiter sind. Diese Direktbeheizung kann ebenfalls zur Regeneration/Abreinigung der Katalysatoren eingesetzt werden.The main advantage of this arrangement is, as in the utility model DE 20 2022 002 211 U1 described, but in that the heat required for the endothermic reactions of methane pyrolysis can be provided not only by combustion of natural gas, for example, but also electrically from renewable energies by directly heating the catalysts, because both the metallic base body and the carbon-based catalysts are generally very good electrical conductors. This direct heating can also be used to regenerate/clean the catalysts.

Zur Beseitigung des produzierten Kohlenstoffes bieten sich eine ganze Reihe von Maßnahmen an. Hier einige von etlichen anderen Möglichkeiten:

• • Messung des Druckverlustes der Katalysatoren und bei Überschreitung des Sollwertes erfolgt eine Online/Offline - Abreinigung mit einem geeignetem Fluid, vorzugsweise CH₄.
• • Messung der Gaskonzentration (H₂, CH₄) am Reaktoraustritt und bei Änderung des Sollwertes werden die o.g. Maßnahmen eingeleitet.

There are a number of measures that can be taken to remove the carbon produced. Here are some of the many other options:

• • Measurement of the pressure loss of the catalysts and if the target value is exceeded, an online/offline cleaning is carried out with a suitable fluid, preferably CH ₄ .
• • Measurement of the gas concentration (H ₂ , CH ₄ ) at the reactor outlet and if the setpoint changes, the above measures are initiated.

Aufgabe der Erfindung ist es, also für die Methanpyrolyse, die als die geeignete Alternative Technologie zur Wasserstoffproduktion gilt, Kohlenstoff - Katalysatoren zur Verfügung zu stellen, die eine nachhaltige und kostengünstige thermische Zersetzung von Methan zu Wasserstoff und festem Kohlenstoff ermöglichen. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Reaktoren zur Durchführung von Methanpyrolyse mit rohrbürstenartigen metallischen Einbauten, die mit katalytisch aktivem Kohlenstoff beschichtet, ausgerüstet werden.The object of the invention is to provide carbon catalysts for methane pyrolysis, which is considered to be the suitable alternative technology for hydrogen production, which enable a sustainable and cost-effective thermal decomposition of methane to hydrogen and solid carbon. This object is achieved by equipping the reactors for carrying out methane pyrolysis with tube brush-like metallic components coated with catalytically active carbon.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnungen, diese zeigen in

• 1 ein vereinfachtes Verfahrensfließbild der konzipierten Vorrichtung zur Durchführung der Methanpyrolyse.
• 2 veranschaulicht eine vereinfachte Schnittzeichnung durch einen erfindungsgemäßen Reaktor, der mit rohrbürstenartigen Metallträger für Kohlenstoff-Katalysatoren ausgestattet ist, mit Möglichkeiten der elektrischen Wärmeproduktion durch Direktbeheizung des metallischen, rohrbürstenartigen Katalysatorträgers und/oder des Reaktors.
• 3 zeigt eine vereinfachte Schnittzeichnung durch ein Katalysatorrohr mit Möglichkeiten der Messung von Druckverlust und/oder Gaskonzentration (CH₄/H₂). Bei der Methanpyrolyse wird bei der Umsetzung von Methan neben Wasserstoff feste Kohlenstoffpartikel gebildet. Diese werden zum Teil von der Gasströmung aus dem Katalysator ausgetragen, ein Teil kann sich aber auch innerhalb des Katalysators absetzen und zu Druckverlusterhöhung und zu Minderproduktion von Wasserstoff führen. Daher muss, bei Veränderung eines Zielwertes, eine Aktivierung der Abreinigung/Regeneration durchgeführt werden. Zur Vermeidung von Fremdgaseintrag innerhalb der Anlage zur Methanpyrolyse, erfolgt die Abreinigung vorzugsweise mit CH₄.
• 4 und 5 zeigen einige Möglichkeiten der Beschichtung der metallischen rohrbürstenartigen Katalysatorträger mit Kohlenstoff.

Further advantages, details and features of the invention will become apparent from the following description and from the drawings, which show in

• 1 a simplified process flow diagram of the designed device for carrying out methane pyrolysis.
• 2 illustrates a simplified sectional drawing through a reactor according to the invention, which is equipped with a tubular brush-like metal support for carbon catalysts, with possibilities of electrical heat production by direct heating of the metallic, tubular brush-like catalyst support and/or the reactor.
• 3 shows a simplified sectional drawing of a catalyst tube with options for measuring pressure loss and/or gas concentration (CH ₄ /H ₂ ). During methane pyrolysis, solid carbon particles are formed in addition to hydrogen when methane is converted. Some of these are carried out of the catalyst by the gas flow, but some can also settle within the catalyst and lead to an increase in pressure loss and reduced hydrogen production. Therefore, if a target value changes, the cleaning/regeneration must be activated. To avoid the introduction of foreign gases into the methane pyrolysis system, cleaning is preferably carried out with CH ₄ .
• 4 and 5 show some possibilities of coating the metallic tube brush-like catalyst supports with carbon.

In 1 ist mit (1) eine Vorrichtung zur Methanpyrolyse dargestellt. Methanhaltiges (CH₄) Erdgas (2) wird mit rückgeführtem, noch nicht umgesetztes CH₄ (3), in einem Reaktor (7) der mit rohrbürstenartigen Kohlenstoff Katalysatoren (6), befüllt ist, eingeleitet. Innerhalb des Reaktors erfolgt die katalytische Umsetzung des CH₄ in H₂ und C. Über die Rohrleitung (8) strömt das noch nicht umgesetzte CH₄, H₂ und C in einen Fliehkraftabscheider (10). Hier erfolgt die Separation zwischen festem C und gasförmiges CH₄ & H₂. Der Kohlenstoff kann über (9) zur weiteren Verwendung ausgetragen werden. Über eine Rohrleitung (11) wird das Gemisch aus CH₄ & H₂ in einen Separator (13) geführt. Nach der Trennung steht über (12) reiner Wasserstoff zur Verfügung und das noch nicht umgewandelte Methan wird über (3) erneut in den Reaktor (7) zur weiteren Methanpyrolyse geführt. Über (4 & 5) besteht die Möglichkeit ein Abreinigungs- bzw. Regenerationsmedium einzuleiten.In 1 (1) shows a device for methane pyrolysis. Natural gas (2) containing methane (CH ₄ ) is fed with recycled, not yet converted CH ₄ (3) into a reactor (7) which is filled with tube brush-like carbon catalysts (6). Inside the reactor, the catalytic conversion of the CH ₄ into H ₂ and C takes place. The not yet converted CH ₄ , H ₂ and C flows via pipe (8) into a centrifugal separator (10). Here, the separation between solid C and gaseous CH ₄ & H ₂ takes place. The carbon can be discharged via (9) for further use. The mixture of CH ₄ & H ₂ is fed into a separator (13) via a pipe (11). After separation, pure hydrogen is available via (12) and the not yet converted methane is fed via (3) back into the reactor (7) for further methane pyrolysis. Via (4 & 5) it is possible to introduce a cleaning or regeneration medium.

In 2 wird in eine Schnittdarstellung die Wege der Realisierung der benötigten Wärme für die endothermischen Reaktion der Methanpyrolyse aufgezeigt. Zum einen kann die Reaktionswärme durch die Verbrennung von Erdgas in separate Brenner und Übergabe der Wärme an die einzelnen Rohrbündel (14) erfolgen. Es besteht aber auch die Möglichkeit die benötigte Wärme mit elektrischem Strom zu erzeugen (Widerstandheizung, Induktion oder Mikrowelle/ 14). Eine sehr vorteilhafte Methode stellt die elektrische Direktbeheizung der metallischen Katalysatorträger der kohlenstoffbasierten rohrbürstenartigen Katalysatoren (15) dar.In 2 A sectional view shows the ways of realizing the heat required for the endothermic reaction of methane pyrolysis. On the one hand, the reaction heat can be generated by burning natural gas in separate burners and transferring the heat to the individual tube bundles (14). However, it is also possible to generate the required heat using electricity (resistance heating, induction or microwave/14). A very advantageous method is the direct electrical heating of the metallic catalyst supports of the carbon-based tube brush-like catalysts (15).

In 3 werden denkbare Apparaturen für die Abreinigung/Regeneration der rohrbürstenartigen Katalysatoren (6) wiedergegeben. Über eine Messeinheit kann der Druckverlust über die Katalysatorfüllung und/oder die Gaskonzentration am Reaktoraustritt (7) gemessen werden. Bei Bedarf kann über eine Zuführeinheit (16) entsprechende Abreinigungs- und/oder Regenerationsmedien (4,5) eingeführt werden.In 3 Possible devices for cleaning/regeneration of the tube brush-like catalysts (6) are shown. The pressure loss across the catalyst filling and/or the gas concentration at the reactor outlet (7) can be measured using a measuring unit. If required, appropriate cleaning and/or regeneration media (4,5) can be introduced via a feed unit (16).

4 und 5 zeigen die Möglichkeiten der Beschichtung der metallischen Rohrbürsten (18) mit Kohlenstoff. In 4 kann die Rohrbürste (18) in eine C-haltige Flüssigkeit (17) getaucht werden. In 5 wird die Möglichkeit der Pulverbeschichtung (20) mittels Beschichtungspistole (19) wiedergegeben. 4 and 5 show the possibilities of coating the metallic tube brushes (18) with carbon. In 4 the tube brush (18) can be immersed in a C-containing liquid (17). In 5 the possibility of powder coating (20) using a coating gun (19) is shown.

Selbstverständlich können die einzelnen Maßnahmen zur Abreinigung/Regeneration der Katalysatoren kombiniert werden und natürlich sind die beschriebenen Beispiele noch in vielfacher Hinsicht abzuändern und zu ergänzen, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. So betrifft die Erfindung auch das Verfahren zur Optimierung von Methanpyrolyse durch Verwendung von bürstenförmigen, metallischen Katalysatorträgern für kohlenstoffbasierten Katalysatoren.Of course, the individual measures for cleaning/regenerating the catalysts can be combined and, of course, the examples described can be modified and supplemented in many ways without departing from the basic idea of the invention. The invention also relates to the process for optimizing methane pyrolysis by using brush-shaped, metallic catalyst supports for carbon-based catalysts.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11

Vorrichtung zur Durchführung von katalytischer MethanpyrolyseDevice for carrying out catalytic methane pyrolysis

22

Erdgasnatural gas

33

CH_{4 CH4}

44

AbreinigungsmediumCleaning medium

55

RegenerationsfluidRegeneration fluid

66

Katalysatorcatalyst

77

Reaktorreactor

88th

H₂, CH₄, CH ₂ , CH ₄ , C

99

CC

1010

FliehkraftabscheiderCentrifugal separator

1111

H₂, CH_{4 H2} , _CH4

1212

H_{2 H2}

1313

Membran /PSA (Separator)Membrane /PSA (separator)

1414

Beheizung (elektrisch z.B. erneuerbare, Brennstoff z.B. Erdgas)Heating (electrical e.g. renewable, fuel e.g. natural gas)

1515

Direktbeheizung Katalysator (Widerstand, Induktion, Mikrowelle)Direct heating catalyst (resistance, induction, microwave)

1616

InjektorInjector

1717

C-haltige FlüssigkeitC-containing liquid

1818

Metallische RohrbürsteMetallic pipe brush

1919

BeschichtungspistoleCoating gun

2020

Kohlenstoffhaltiges PulverCarbonaceous powder

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

• DE 202022002211 U1 [0001, 0009, 0018]DE 202022002211 U1 [0001, 0009, 0018]
• US 8002854 B1 [0014]US 8002854 B1 [0014]

Claims (8)

Vorrichtung (1) zur Durchführung einer katalytischen Methanpyrolyse, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Reaktor (7) bürstenartige Einbauten (6), die als Katalysatoren fungieren, vorgesehen sind.Device (1) for carrying out a catalytic methane pyrolysis, characterized in that brush-like internals (6) which function as catalysts are provided in a reactor (7). Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbauten als metallische Bürsten (18) ausgebildet sind und mit einer Kohlenstoffbeschichtung versehen sind (17,20).Device according to Claim 1 , characterized in that the internals are designed as metallic brushes (18) and are provided with a carbon coating (17,20). Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beheizung eine Widerstandsheizung, Induktion oder Mikrowelle (15) vorgesehen ist.Device according to Claim 1 and 2 , characterized in that a resistance heater, induction or microwave (15) is provided for heating. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beschichtung der Bürsten (18) ein C-haltiges Flüssigkeitsbad (17) vorgesehen ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that a C-containing liquid bath (17) is provided for coating the brushes (18). Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pulverbeschichtung (20) vorgesehen ist.Device according to Claims 1 until 3 , characterized in that a powder coating (20) is provided. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Zuführeinrichtung (4) für ein Abreinigungsmedium, insbesondere CH₄.Device according to one of the preceding claims, characterized by a supply device (4) for a cleaning medium, in particular CH ₄ . Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einem dem Reaktor (7) nachgeschalteten Fliehkraftabscheider (10)für das den Reaktor verlassende Gas-/ Kohlenstoffgemisch (8).Device according to one of the preceding claims, characterized by a centrifugal separator (10) downstream of the reactor (7) for the gas/carbon mixture (8) leaving the reactor. Vorrichtung nach allen vorangehenden Ansprüchen, gekennzeichnet durch ein Injektor (16) für das Regenerationsfluid (5).Device according to all preceding claims, characterized by an injector (16) for the regeneration fluid (5).

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