WO2019238151A1 - Method and device for generating methane, lng, and nutrients from an organic substance such as sludge, biomass, or plastics using electrochemically generated hydrogen - Google Patents

Abstract

The invention relates to a system for generating methane from organic substances such as sludge, biomass, or plastics by means of hydrogenation and methanization while simultaneously generating the required hydrogen by means of electrolysis. The electrolysis is carried out by fuel cells under the same or comparable pressure and temperature conditions. The system is used to generate methane as base chemical products or energy carriers, LNG, and inorganic nutrients. The system is suitable for intermittently absorbing excess electric energy in terms of a sector coupling of power generation, energy carriers, and chemical raw material production.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Methan, LNG und  Method and device for producing methane, LNG and

Nährstoffen aus organischer Substanz wie Klärschlamm, Biomasse oder Kunststoffen mittels elektrochemisch erzeugtem Wasserstoff Nutrients from organic matter such as sewage sludge, biomass or plastics using electrochemically generated hydrogen

Die Energiewende hin zu regenerativen Energiequellen wie Sonne, Wind und Wasser ermöglicht eine sehr preiswerte Herstellung elektrischer Energie. The energy turnaround towards renewable energy sources such as sun, wind and water enables very cheap production of electrical energy.

Aufgrund des intermittierenden Charakters dieser Energiequellen entsteht jedoch ein großer Speicherbedarf, um die schwankende Erzeugung an den Verbrauch anzupassen. Für die notwendige Langzeitspeicherung erscheint die Erzeugung von Wasserstoff aus überschüssiger elektrischer Energie attraktiv. Dazu wurden bereits bidirektionale Systeme der reversiblen Elektrolyse (RSOC) entwickelt, die statt einer Kombination aus einem Elektrolyseur (Hinreaktion) und einer Brennstoffzelle (Rückreaktion) bidirektional wirkende However, due to the intermittent nature of these energy sources, there is a great need for storage to adapt the fluctuating generation to consumption. The generation of hydrogen from excess electrical energy appears attractive for the necessary long-term storage. For this purpose, bidirectional systems of reversible electrolysis (RSOC) have already been developed, which act bidirectionally instead of a combination of an electrolyzer (backward reaction) and a fuel cell (backward reaction)

Hochtemperaturzellen aus keramischen Oxiden (SOFC) verwenden (Lit. 1 ).  Use high temperature cells made of ceramic oxides (SOFC) (Ref. 1).

Da die Speicherung von Wasserstoff immer noch problematisch ist, wird die Erzeugung von Methan aus Wasserstoff als geeignetes alternatives Since the storage of hydrogen is still problematic, the generation of methane from hydrogen is considered a suitable alternative

Speichermedium angesehen. Methan kann in den bestehenden Erdgasnetzen oder verflüssigt als LNG in sehr großer Menge problemlos gespeichert werden. Methan kann an beliebigen Stellen oder auch mobil energetisch oder stofflich genutzt werden oder in elektrische Energie zurückverwandelt werden. Weiterhin kann so ein regenerativ erzeugter Grundstoff der chemischen Industrie bereitgestellt werden. Problematisch ist in diesem Szenario die C-Quelle für die Erzeugung des Methans. Prinzipiell eignen sich alle C-Quellen, die höher oxidiert sind als Methan, beispielsweise CO2 oder Biomasse. CQ2 ist geeignet, wenn es lokal in hoher Menge zur Verfügung steht. Ist dies nicht der Fall, kann es aus der Atmosphäre gebunden werden, was angesichts der geringen Konzentration jedoch sehr aufwendig und teuer ist. Storage medium viewed. Methane can easily be stored in existing natural gas networks or liquefied as LNG in very large quantities. Methane can be used at any point or for mobile energy or material or converted back into electrical energy. Furthermore, a regeneratively produced basic material can be made available to the chemical industry. The C source for the production of methane is problematic in this scenario. In principle, all C sources that are more oxidized than methane, such as CO2 or biomass, are suitable. CQ2 is suitable if it is available locally in large quantities. If this is not the case, it can be bound from the atmosphere, but this is very complex and expensive given the low concentration.

Vorteilhaft wäre ein Verfahren, das jegliche C-Quelle mittels elektrochemisch erzeugtem Wasserstoff zu Methan umwandeln kann. In diesem Fall könnte eine breite Palette preiswerter hochvolumiger Stoffströme eingesetzt werden, wie Klärschlamm, organische Rest- und Abfallstoffe, Biomasse, Kunststoffe. A method would be advantageous that can convert any carbon source to methane using electrochemically generated hydrogen. In this case, a wide range of inexpensive, high-volume material flows could be used, such as sewage sludge, organic residues and waste materials, biomass, plastics.

Bislang wurden entsprechende Biomassequalitäten meist durch das Verfahren der Pyrolyse in gasförmige Bestandteile umgesetzt. Bei der Pyrolyse entsteht ein Stoffgemisch, das zu Synthesegas (CO + H2) aufbereitet werden kann (Lit.Up to now, appropriate biomass qualities have mostly been converted into gaseous components by the pyrolysis process. Pyrolysis creates a mixture of substances that can be processed into synthesis gas (CO + H2) (Lit.

1 ). Dies kann dann mit elektrochemisch erzeugten Wasserstoff zu Methan umgesetzt werden. Die Pyrolyse besitzt jedoch Problemstellungen, die trotz hohem Forschungsaufwand bisher nicht verlässlich und kosteneffizient gelöst werden konnten, insbesondere die problematische Entstehung von technisch kaum zu handhabende Zwischenprodukten wie Teere und Teeröle. 1 ). This can then be converted to methane using electrochemically generated hydrogen. However, pyrolysis has problems that, despite a high level of research, have so far not been able to be solved reliably and cost-effectively, in particular the problematic development of intermediates such as tars and tar oils that are difficult to handle technically.

Weiterhin sind Verfahren der Hydrierung organischer Substanzen wie Kohle durch Zugabe von Wasserstoff bei Temperaturen von 800° C und Drücken von über 100 bar mit Methan als Endprodukt bekannt (Lit. 2). Dieses Vorgehen besitzt den Nachteil, dass sowohl die Hydrierung als auch die zur Erzeugung notwendige Elektrolyse aufwendige Verfahren sind. Furthermore, methods of hydrogenating organic substances such as coal by adding hydrogen at temperatures of 800 ° C. and pressures of over 100 bar with methane as the end product are known (ref. 2). This procedure has the disadvantage that both the hydrogenation and the electrolysis necessary for production are complex processes.

Das hier beschriebene erfindungsgemäße Verfahren beseitigt diese The inventive method described here eliminates this

Problemstellungen und erhöht die Effizienz der Methanherstellung im Vergleich zum beschriebenen Stand der Technik stark und ermöglicht eine vereinfachte Verfahrensführung. Das erfindungsgemäße Verfahren besteht aus einem integrierten Prozess aus Hydrovergasung/Methanisierung und Elektrolytischer ^-Herstellung unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur. Problems and greatly increases the efficiency of methane production compared to the described prior art and enables a simplified procedure. The process according to the invention consists of an integrated process of hydrogasification / methanization and electrolytic production under increased pressure and elevated temperature.

Es nutzt den erstaunlichen Befund, dass die notwendige elektrochemische Zersetzung von Wasser zu Wasserstoff und Sauerstoff unter vergleichbaren Bedingungen bezüglich Druck und Temperatur ablaufen kann wie die It uses the astonishing finding that the necessary electrochemical decomposition of water into hydrogen and oxygen can take place under conditions comparable to those in terms of pressure and temperature

Hydrierung und Methanisierung von Biomasse und anderen C-Quellen. Hydrogenation and methanation of biomass and other carbon sources.

Das Erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die The inventive method is characterized in that the

Erzeugung des Wasserstoffs im gleichen Druckraum und in räumlicher Nähe zum Hydrierreaktor stattfindet, vorzugsweise in einem kombinierten Elektrolyse- Hydrierreaktor. Generation of the hydrogen takes place in the same pressure chamber and in close proximity to the hydrogenation reactor, preferably in a combined electrolysis-hydrogenation reactor.

Kurze Beschreibung der Erfindung Brief description of the invention

Das Verfahren kombiniert erfindungsgemäß eine SOFC-Einheit zur According to the invention, the method combines a SOFC unit for

elektrochemischen Zerlegung von Wasser zu Wasserstoff und Sauerstoff mit einer Hydriereinheit zur Hydrierung von Biomasse zu Methan unter electrochemical decomposition of water into hydrogen and oxygen using a hydrogenation unit for hydrogenating biomass to methane under

gemeinsamen Betriebsbedingungen mit einem vorzugsweisen Betriebsdruck von 100 bar und einem vorzugsweisen Temperaturbereich von 800 - 900° C - in einem gemeinsamen Bereich, der Hochtemperatur-Druckeinheit. common operating conditions with a preferred operating pressure of 100 bar and a preferred temperature range of 800 - 900 ° C - in a common area, the high-temperature pressure unit.

Im Reaktor oder Reaktorverbund finden folgende Teilreaktionen statt: The following partial reactions take place in the reactor or reactor network:

SOFC-Einheit: In der SOFC-Einheit wird Wasser mittels elektrischer Energie zu Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Der Wasserstoff wird der Hydrierung bereitgestellt. 2 H2O -> 2 H2 + O2 SOFC unit: In the SOFC unit, water is broken down into hydrogen and oxygen using electrical energy. The hydrogen is made available for hydrogenation. 2 H2O -> 2 H2 + O2

Hydrier- und Methanisiereinheit: Hydrogenation and methanation unit:

In der Hydrier- und Methanisiereinheit wird Biomasse unter Aufnahme von Wasserstoff zu Methan umgesetzt, wobei Wasser frei wird. Zur formelhaften Darstellung der einzusetzenden Biomasse wird angenähert (HCOH)_n verwendet. In the hydrogenation and methanation unit, biomass is converted to methane by taking up hydrogen, releasing water. Approximately (HCOH) _{n is} used for the formulaic representation of the biomass to be used.

(HCOH)n + (2 H₂)n -» (CH₄)n + (H2O) (HCOH) n + (2 H ₂ ) n - »(CH ₄ ) n + (H2O)

Bilanziell ergibt sich folgende Gesamtreaktion: (HCÖH)n + (H₂0)n (CH₄)n + (0₂)n The following overall reaction results: (HCÖH) n + (H ₂ 0) n (CH ₄ ) n + (0 ₂ ) n

Die zu verarbeitende Biomasse wird über eine Einführeinheit/Druckpumpe [Fig. 12, 50] in den Reaktionsraum gefördert. Die Einführeinheit hat die Aufgabe, die vorbehandelte (Mischung, Zerkleinerung) Biomasse quasikontinuierlich in den Hydrier/Methaniser-Reaktor in der Hochtemperatur-Druckeinheit zu fördern. Dazu können beispielsweise Drehschieberpumpen eingesetzt werden. Im Reaktor wird die Biomasse unter Anwesenheit von Wasserstoff zersetzt und reduziert. Dabei werden Gase freigesetzt, die in einer Methanisiereinheit weiter mit Wasserstoff zu Methan umgesetzt werden. Aschebestandteile werde im unter Bereich des Reaktors aufgefangen, ausgeschleust und der weiteren Behandlung zugeführt (Fig. 6 - Fig. 12). The biomass to be processed is fed via an insertion unit / pressure pump [Fig. 12, 50] promoted in the reaction space. The introduction unit has the task of conveying the pretreated (mixture, comminution) biomass quasi-continuously into the hydrogenation / methanizer reactor in the high-temperature pressure unit. Rotary vane pumps, for example, can be used for this purpose. The biomass is decomposed and reduced in the reactor in the presence of hydrogen. This releases gases that are further converted with hydrogen to methane in a methanation unit. Ash components are collected in the area under the reactor, discharged and fed to further treatment (FIGS. 6-12).

Die erfindungsgemäße integrierte Wasserstofferzeugung und Hydrierung in einer gemeinsamen Hochtemperatur-Druckeinheit auf gleichem oder ähnlichem Temperaturniveau hat große Vorteile, da alle in der Druckeinheit befindlichen Komponenten einheitlich auf den anzuwendenden Temperatur- und Druckbereich (800-900° C / 100 bar) und das zugehörige Hochfahrregime ausgelegt werden können und eine Vielzahl von ansonsten notwendigen Druckschleusen und Wärmetauschern vermieden werden können. Bevorzugte Varianten der Erfindung The integrated hydrogen generation and hydrogenation according to the invention in a common high-temperature printing unit at the same or similar temperature level has great advantages, since all the components in the printing unit are uniform to the temperature and Pressure range (800-900 ° C / 100 bar) and the associated start-up regime can be designed and a variety of otherwise necessary pressure locks and heat exchangers can be avoided. Preferred variants of the invention

Folgende grundsätzlichen Varianten sind bevorzugt: The following basic variants are preferred:

1. Hydrierung und Methanisierung in getrennten Reaktionsräumen in einer Hochtemperatur-Druckeinheit  1. Hydrogenation and methanation in separate reaction rooms in a high temperature pressure unit

2. Integriertes Verfahren mit Hydrierung und Methanisierung in einem  2. Integrated process with hydrogenation and methanation in one

Reaktionsraum.  Reaction chamber.

Bezüglich der Auslegung der SOFC-Einheit sind folgende Varianten bevorzugt: The following variants are preferred with regard to the design of the SOFC unit:

1. SOFC Einheit liefert Wasserstoff auf gleichem Druckniveau an die  1. SOFC unit delivers hydrogen at the same pressure level to the

Hydrierung und Methanisierung  Hydrogenation and methanation

2. SOFC Einheit ist in Hydrierung und / oder Methanisiereinheit integriert, der nickelhaltige Anodenträger kann vorteilhafterweise als  2. SOFC unit is integrated in the hydrogenation and / or methanation unit, the nickel-containing anode carrier can advantageously be used as

Hydrierkatalysator genutzt werden (Fig. 5). Das erfindungsgemäße Verfahren kann weiterhin im kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Betrieb betrieben werden:  Hydrogenation catalyst can be used (Fig. 5). The process according to the invention can also be operated in continuous or discontinuous operation:

1. Im kontinuierlichen Betrieb wird die zu bearbeitende organische  1. In continuous operation, the organic to be processed

Substanz kontinuierlich durch eine Druckförderung (Drehschieberpumpe) in den Reaktor gefördert.  Substance is continuously conveyed into the reactor by pressure delivery (rotary vane pump).

2. Im diskontinuierlichen Betrieb ist die Hochtemperatur-Druckeinheit öffen- und verschließbar ausgelegt (Fig. 11 ). Die zu verarbeitende organische Substanz wird in das Topfteil der Druckeinheit eingebracht. Die  2. In discontinuous operation, the high-temperature printing unit is designed to be openable and closable (FIG. 11). The organic substance to be processed is introduced into the pot part of the printing unit. The

Reaktions-Einheiten wie SOFC und Hydrierkatalysator befinden sich im Deckelteil. Beide Einheiten werden zur Reaktion geschlossen und mit Druck und Temperatur beaufschlagt.  Reaction units such as SOFC and hydrogenation catalyst are located in the cover part. Both units are closed for reaction and pressure and temperature are applied.

3. Das System kann der Sektorkopplung von Energiewirtschaft und Bio-Okonomie auf neuartige Weise dienen. Dazu ist es auf ein intermittierendes Stromangebot ausgelegt mit den Betriebszuständen V0II-/T eillastbetrieb, Schwachlastbetrieb und Rückwärtsbetrieb: Third The system can serve the sector coupling of energy industry and bio-economy in a new way. For this purpose, it is designed for an intermittent power supply with the operating states V0II / part load operation, low load operation and reverse operation:

1. Voll-/Teillastbetrieb: Im Volllastbetrieb wird die maximal mögliche  1. Full / partial load operation: In full load operation the maximum possible

Strommenge aufgenommen, um die organische Substanz mittels erzeugtem Wasserstoff zu Methan umzusetzen. Die Durchsatzmenge und somit die Strommenge kann dabei in weiten Grenzen variiert werden, um eine schnelle und kontinuierliche Anpassung an das  Amount of electricity absorbed to convert the organic substance into methane using generated hydrogen. The throughput and thus the amount of electricity can be varied within wide limits in order to adapt quickly and continuously to the

Stromangebot zu ermöglichen (Teillastbetrieb).  To enable electricity supply (partial load operation).

2. Schwachlastbetrieb: Für den Fall von Bedarfsspitzen im Stromnetzt kann innerhalb weniger Sekunden in den Schwachlastbetrieb umgeschaltet werden (Lastabwurf). In diesem Betriebszustand werden keine organischen Feststoffe in den Reaktor gefördert, sondern nur die  2. Low-load operation: In the event of demand peaks in the power grid, you can switch to low-load operation within a few seconds (load shedding). In this operating state, no organic solids are conveyed into the reactor, only those

Gärgase des/der Klärschlammsammeltanks oder einer angeschlossenen Biogasanlage methanisiert. Somit kann die Leistung der SOFC-Einheit auf einen Bruchteil der Stromaufnahme heruntergefahren werden, ohne dass die Gesamtanlage bezüglich Druck und Temperatur  Fermentation gases from the sewage sludge collection tank or a connected biogas plant methanized. This means that the performance of the SOFC unit can be reduced to a fraction of the current consumption without the entire system in terms of pressure and temperature

heruntergefahren oder abgeschaltet werden muss. Auch die  shutdown or shutdown. Also the

Folgeaggregate wie die Reinigungskomponenten und die  Follower units such as the cleaning components and the

Methanverflüssigung gehen in den Schwachlastbetrieb. Dieser  Methane liquefaction go into low-load operation. This

Betriebszustand kann über längere Zeit (Tage/Wochen) beibehalten werden, um wetterbedingte Fluktuationen in der Stromerzeugung auszugleichen. Die Pufferkomponenten Inputlagerung und Methantank werden dazu bedarfsgerecht ausgelegt.  Operating status can be maintained over a longer period of time (days / weeks) to compensate for weather-related fluctuations in power generation. The buffer components input storage and methane tank are designed for this purpose.

3. Rückwärtsbetrieb: Prinzipiell kann das System auch im Rückwärtsbetrieb betrieben werden, um im Bedarfsfall aus erzeugtem und  3. Reverse operation: In principle, the system can also be operated in reverse operation in order to generate and generate from

zwischengepuffertem Methan elektrische Energie zu erzeugen. Insgesamt kann die Anlage somit zur Sektorkopplung mit dem Strommarkt verwendet werden und sowohl im kurzfristigen als auch im langfristigen Zeitfenster für die Pufferung elektrischer Energie eingesetzt werden. Das erzeugte Methan kann sowohl zur Energieversorgung als auch als Grundchemikalie der organischen Chemie zum Einsatz kommen. buffered methane to generate electrical energy. Overall, the system can thus be used to couple the sector with the electricity market and be used for buffering electrical energy in both the short and long term. The methane generated can be used both for energy supply and as a basic chemical in organic chemistry.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung und Zeichnung Die Erfindung ist in zwölf Zeichnungen dargestellt und wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION AND DRAWING The invention is illustrated in twelve drawings and is explained in more detail using exemplary embodiments. Show it:

Fig. 1 Reaktionen im Druckreaktor: links Hydrierung/Methanisierung, rechts Wasserstofferzeugung mittels Elektrolyse Fig. 1 reactions in the pressure reactor: left hydrogenation / methanation, right hydrogen generation by means of electrolysis

Fig. 2 Wabenförmiger Hydrier-/Methanisier-Reaktor als bevorzugte Fig. 2 honeycomb hydrogenation / methanation reactor as preferred

Bauform der Hydrierung/Methanisierung  Design of the hydrogenation / methanization

Fig. 3 Reaktionen am Hydrier-/Methanisier-Reaktor Fig. 3 reactions on the hydrogenation / methanation reactor

Fig. 4 Reaktionen an der Brennstoffzelle, dargestellt als faserförmige Fig. 4 reactions on the fuel cell, shown as fibrous

SOFC-Zelle mit außenliegender Anode  SOFC cell with external anode

Fig. 5 Erfindungsgemäßer Kombinationsreaktor aus plattenförmigen Fig. 5 Combination reactor according to the invention from plate-shaped

anodengestützten SOFC-Komponenten mit katalytisch hydrierenden nickelhaltigen Oberflächen  anode-supported SOFC components with catalytically hydrating nickel-containing surfaces

Fig. 6 Bauform der Druckeinheit mit Hydrierreaktor, Methanisator und Fig. 6 design of the pressure unit with hydrogenation reactor, methanizer and

Elektrolyse-Einheit Fig. 7 Druckeinheit bestehend aus drei miteinander verbundenen Electrolysis unit Fig. 7 printing unit consisting of three interconnected

Kompartimenten, die den Hydrierreaktor, Methanisator und die Elektrolyse-Einheit beinhalten. Fig. 8 Druckeinheit mit einem kombinierten Hydrier- und Methanisier- Reaktor und ^-produzierenden SOFC-Elementen  Compartments that include the hydrogenation reactor, methanizer and the electrolysis unit. Fig. 8 printing unit with a combined hydrogenation and methanation reactor and ^ -producing SOFC elements

Fig. 9 Druckeinheit bestehend aus zwei miteinander verbundenen Fig. 9 printing unit consisting of two interconnected

Kompartimenten, die einen kombinierten Hydrier- und Methanisier- Reaktor und eine Elektrolyseeinheit enthalten  Compartments containing a combined hydrogenation and methanation reactor and an electrolysis unit

Fig. 10 Druckeinheit, die den erfindungsgemäßen Kombinationsreaktor aus plattenförmigen anodengestützten SOFC-Komponenten mit katalytisch hydrierenden nickelhaltigen Oberflächen enthält. Fig. 10 printing unit, which contains the combination reactor according to the invention from plate-shaped anode-based SOFC components with catalytically hydrogenating nickel-containing surfaces.

Fig. 11 Batch-Druckeinheit besteht aus einem Topfteil mit Vorratsbehälter, der die zu hydrierende organische Masse enthält und ein Fig. 11 batch printing unit consists of a pot part with a reservoir, which contains the organic mass to be hydrogenated and a

Deckelteil, das die Reaktionselemente enthält. Fig. 12 Schemadarstellung der Gesamtanlage zur Erzeugung von  Cover part that contains the reaction elements. Fig. 12 Schematic representation of the entire system for generating

Methan, LNG und anorganischen Nährstoffen aus organischer Masse.  Methane, LNG and inorganic nutrients from organic matter.

Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung der Reaktionen im Figure 1 shows a schematic representation of the reactions in

Druckreaktor [3]. Die zugeführte organische Masse (vereinfachend dargestellt als (HCOH)n wird in der links dargestellten Hydrierung unter Druck und Wärme mittels Wasserstoff reduzierend zersetzt und die Reaktionsprodukte (Gase) mittels weiterem Wasserstoff im Methanisator zu Methan umgesetzt [1] Rechts ist die Wasserstofferzeugung mittels Elektrolyse dargestellt [2] Dabei werden vorzugsweise SOFC-Einheiten eingesetzt, die Wasserdampf im gleichen Druck- und Temperaturbereich mittels elektrischer Energie zu Wasserstoff und Sauerstoff umsetzen. Der Wasserstoff wird dabei nach Diffusion der Protonen direkt in den Reaktor abgegeben, der Sauerstoff wird abgeführt. Als Pressure reactor [3]. The supplied organic mass (represented simply as (HCOH) n) is reduced in the hydrogenation shown on the left under pressure and heat by means of hydrogen and the reaction products (gases) are converted to methane by means of further hydrogen in the methanizer [1] The hydrogen production by means of electrolysis is shown on the right [2] SOFC units are preferably used which convert hydrogen to hydrogen and water vapor in the same pressure and temperature range Implement oxygen. After the protons have diffused, the hydrogen is released directly into the reactor, and the oxygen is removed. As

Hauptreaktionsprodukt entsteht wasserdampfhaltiges Methan, das den Reaktor über eine Schleuse verlässt. The main reaction product is water vapor-containing methane, which leaves the reactor via a lock.

Für die Reaktionen der Figur 1 werden in Figur 2, 3 und 4 entsprechende Detailauslegungen dargestellt. Figur 2 zeigt eine schematische Aufsicht auf einen wabenförmiger Hydrier-/Methanisier-Reaktor als bevorzugte Bauform der Hydrierung/Methanisierung [4]. Das Wabenmaterial enthält Corresponding detailed interpretations are shown in FIGS. 2, 3 and 4 for the reactions in FIG. Figure 2 shows a schematic plan view of a honeycomb hydrogenation / methanation reactor as the preferred design of the hydrogenation / methanation [4]. The honeycomb contains

Hydrierkatalysatoren, bevorzugt nickelhaltige Hydrierkatalysatoren. In Hydrogenation catalysts, preferably nickel-containing hydrogenation catalysts. In

Abhängigkeit vom Einsatzmaterial, Wassergehalt, Ascheanteil und den Dependence on the feed material, water content, ash content and the

Zuschlagstoffen kann jedoch auch jede andere geeignete Bauform gewählt werden. Figur 3 zeigt eine grobe schematische Darstellungen der Reaktionen am Hydrier-/Methanisier-Reaktor [5]. Die über die Druckschleuse in den Hydrier- Methanisierreaktor geförderte organische Substanz (HCOH)n wird unter Zugabe von H2 ZU Methan und Wasser zersetzt. Der Reaktor kann als Flugstrom- oder Wabenreaktor ausgebildet werden, dessen Wandungen einen vorzugsweise nickelhaltigen Hydrierkatalysator enthält [6]. However, any other suitable design can also be selected for additives. Figure 3 shows a rough schematic representation of the reactions on the hydrogenation / methanation reactor [5]. The organic substance (HCOH) n conveyed via the pressure lock into the hydrogenation-methanation reactor is decomposed with the addition of H2O methane and water. The reactor can be designed as an entrained flow or honeycomb reactor, the walls of which contain a hydrogenation catalyst which preferably contains nickel [6].

Figur 4 zeigt schematisch die Reaktionen an der Brennstoffzelle, welche in der Figur bespielhaft als faserförmige SOFC-Zelle mit außenliegender Anode dargestellt ist [7] Auch plattenförmige SOFC-Zellen sind geeignet. FIG. 4 schematically shows the reactions on the fuel cell, which is shown in the figure as a fibrous SOFC cell with an external anode [7]. Plate-shaped SOFC cells are also suitable.

Wasserdampf wird dem Reaktor auf der innenliegenden [10] Kathodenseite [9] zugeführt und mittels elektrischer Energie [8] zu Sauerstoff und Protonen zersetzt, welche durch die Elektrolytschicht [11] zur Anode [12] diffundieren und dort zu Wasserstoff umgesetzt werden, welcher in den äußeren Reaktionsraum austritt und zum Hydrier-/Methanisierreaktor geleitet wird. Figur 5 zeigt die schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Water vapor is fed to the reactor on the inside [10] cathode side [9] and decomposed by means of electrical energy [8] to oxygen and protons, which diffuse through the electrolyte layer [11] to the anode [12] and are converted there to hydrogen, which exits the outer reaction chamber and is directed to the hydrogenation / methanation reactor. Figure 5 shows the schematic representation of the invention

Kombinationsreaktors in der Aufsicht. Der Kombinationsreaktor führt die Combination reactor under supervision. The combination reactor leads the

Elektrolysereaktion und die Hydrierung/Methanisierung ein einem Electrolysis reaction and hydrogenation / methanation in one

Reaktionsraum aus. Er besteht aus einer Kombination von plattenförmigen anodengestützten SOFC-Zellen. Die nickelhaltigen Anode [15] besitzt eine Stützfunktion und ist weiterhin als Katalysator zur Unterstützung der Reaction space. It consists of a combination of plate-shaped anode-supported SOFC cells. The nickel-containing anode [15] has a supporting function and is also a catalyst for supporting the

Hydrierung/Methanisierung ausgelegt. Vorteilhaft ist beispielsweise ein Hydrogenation / methanization designed. For example, a is advantageous

Wabenförmiger Aufbau. In diesem Aufbau werden die Platten vorzugsweise durch in Dreieckform ausgeführt Haltevorrichtungen [12] fixiert. Die Platten sind jeweils mit der Kathodenseite [13] der SOFC-Zellen zweier benachbarter Waben einander zugeordnet, wodurch ein Innenraum [17] zur Zufuhr des Wasserdampfes und der Abfuhr des gebildeten Sauerstoffs entsteht. Diese Zu- und Abfuhr wird vorzugsweise über die hohlen Innenräume der Honeycomb structure. In this construction, the plates are preferably fixed by means of triangular holding devices [12]. The plates are each assigned to one another with the cathode side [13] of the SOFC cells of two adjacent honeycombs, which creates an interior space [17] for the supply of water vapor and the removal of the oxygen formed. This supply and discharge is preferably via the hollow interior of the

Haltevorrichtungen [12] dargestellt, welche auch den elektrischen Anschluss der Elektroden beinhalten. Der gebildete Wasserstoff tritt jeweils an den außenliegenden Anoden [15] in die Wabeninnenräume [16] ein und dient dort direkt der Hydrierung und Methanisierung. Eine Auslegung des Holding devices [12] shown, which also include the electrical connection of the electrodes. The hydrogen formed enters the honeycomb interiors [16] at the external anodes [15] and is used there directly for hydrogenation and methanation. An interpretation of the

Kombinationsreaktors ist in Fig. 10 dargestellt. Figur 6 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Bauform der Hochtemperatur-Druckeinheit [18] mit Hydrierreaktor [22], Methanisator [20] und Elektrolyse-Einheit [19]. Die zu verarbeitende organische Substanz wird in den Hydrierreaktor gefördert [26]. Aus der Elektrolyse-Einheit wird im Combination reactor is shown in Fig. 10. FIG. 6 shows a schematic illustration of a design of the high-temperature pressure unit [18] with hydrogenation reactor [22], methanizer [20] and electrolysis unit [19]. The organic substance to be processed is fed into the hydrogenation reactor [26]. The electrolysis unit becomes in

stöchiometrisch richtigen Verhältnis Wasserstoff zugeleitet. Im Hydrierreaktor findet die Vergasung der organischen Substanz unter Reduktion durch stoichiometrically correct ratio hydrogen supplied. In the hydrogenation reactor, the gasification of the organic substance takes place with a reduction

Wasserstoff statt. Die entstandene Asche sowie weitere Fest- oder Hydrogen instead. The resulting ash and other festive or

Zuschlagstoffe werden im unteren Bereich ausgeschleust [27]. Die Aggregates are removed in the lower area [27]. The

entstandenen Gase werden zum Methanisator geleitet [25]. Von der The resulting gases are sent to the methanizer [25]. Of the

Elektrolyse-Einheit wird zudem Wasserstoff im zur Methanisierung notwendigen stöchiometrischen Verhältnis geleitet [23]. Das gebildete Methan verlässt den Methanisator zur weiteren Behandlung [21]. In dieser Bauform sind die auf gleicher Druckstufe arbeitenden Aggregate in einer gemeinsamen Druckeinheit untergebraucht. Das Thermomanagement und die Abfuhr der Wärme kann an den einzelnen Aggregaten erfolgen oder von außen an der Druckeinheit. Electrolysis unit is also fed hydrogen in the stoichiometric ratio necessary for methanation [23]. The methane formed leaves the methanizer for further treatment [21]. In this design they are open units working at the same pressure level are used in a common pressure unit. Thermal management and heat dissipation can be carried out on the individual units or externally on the printing unit.

Die in Figur 7 schematisch dargestellt Druckeinheit [29] besteht aus drei miteinander verbundenen Kompartimenten, die jeweils den Hydrierreaktor [22], Methanisator [20] und die Elektrolyse-Einheit [19] beinhalten. Die Verbindung erfolgt in dieser Auslegung vorzugsweise durch Druckrohre auf gleicher The pressure unit [29] shown schematically in FIG. 7 consists of three interconnected compartments, each of which contains the hydrogenation reactor [22], methanizer [20] and the electrolysis unit [19]. In this design, the connection is preferably made by pressure pipes on the same

Druckstufe [30]. Auf diese Weise können die Aggregate einfacher mit unterschiedlichem Temperaturniveau betrieben werden. Die für die einzelnen Aggregate unterschiedlichen Wärmebedarfe können so besser bereitgestellt werden und unterschiedlich hohe gebildete Wärmemengen können einfacher und kontrollierter abgeführt werden. Pressure level [30]. In this way, the units can be operated more easily with different temperature levels. The different heat requirements for the individual units can thus be better provided and different amounts of heat generated can be dissipated more easily and in a controlled manner.

Figur 8 zeigt eine schematische Darstellung der Druckeinheit bestehend aus zwei miteinander verbundenen Kompartimenten [31], die einen kombinierten Hydrier- und Methanisier-Reaktor und eine Elektrolyseeinheit enthalten. Figure 8 shows a schematic representation of the pressure unit consisting of two interconnected compartments [31], which contain a combined hydrogenation and methanation reactor and an electrolysis unit.

Vorteilhaft ist hier ein kontinuierlicher Übergang der Hydrierung in die A continuous transition of the hydrogenation into the is advantageous here

Methanisierung in einem Reaktionsräum, in den kontinuierlich Wasserstoff im stöchiometrisch richtigen Verhältnis eingebracht wird. Der kombinierte Hydrier- und Methanisier-Reaktor kann ebenfalls vollständig oder in einzelnen Zonen in Art eines Wabenreaktors It. Figur 2 und 3 aufgebaut sein. Der kombinierte Hydrier- und Methanisier-Reaktor kann weiterhin zusammen mit der Methanization in a reaction room, into which hydrogen is continuously introduced in the stoichiometrically correct ratio. The combined hydrogenation and methanation reactor can also be constructed completely or in individual zones in the manner of a honeycomb reactor according to FIGS. 2 and 3. The combined hydrogenation and methanation reactor can continue together with the

Elektrolyseeinheit einem gemeinsamen Kompartiment untergebracht sein. Electrolysis unit to be housed in a common compartment.

Figur 9 zeigt ein schematische Darstellung der Druckeinheit [36] mit einem kombinierten Hydrier- und Methanisier-Reaktor [35] und ^-produzierenden SOFC-Elementen [34], Der kombinierten Hydrier- und Methanisier-Reaktor ist in dieser Bauform perforiert ausgeführt, sodass Gase turbulent heraus- und hineintreten können. Der erzeugte Wasserstoff wird in den Druckraum abgegeben und kann dort und im Hydrier- und Methanisier-Reaktor reagieren, aus dem das Endprodukt Methan abgezogen wird. Figure 9 shows a schematic representation of the pressure unit [36] with a combined hydrogenation and methanation reactor [35] and ^ -producing SOFC elements [34]. The combined hydrogenation and methanation reactor is perforated in this design, so that Gases can get out and in turbulently. The hydrogen generated is in the pressure chamber released and can react there and in the hydrogenation and methanation reactor from which the end product methane is withdrawn.

Figur 10 zeigt eine schematische Darstellung der Druckeinheit [37], die den erfindungsgemäßen Kombinationsreaktor [38] aus plattenförmigen Figure 10 shows a schematic representation of the pressure unit [37], which the inventive combination reactor [38] from plate-shaped

anodengestützten SOFC-Komponenten mit katalytisch hydrierenden anode-supported SOFC components with catalytically hydrogenating

nickelhaltigen Oberflächen laut Figur 5 enthält. Der Wasserstoff wird hier direkt im kombinierten Hydrier-/Methanisierreaktor erzeugt. Die Druckeinheit und der erfindungsgemäße Kombinationsreaktor können auch als ein Bauteil mit entsprechender Druckverstärkung ausgeführt werden. Auch andere contains nickel-containing surfaces according to Figure 5. The hydrogen is generated here directly in the combined hydrogenation / methanation reactor. The pressure unit and the combination reactor according to the invention can also be designed as a component with appropriate pressure amplification. Others too

Anordnungen der SOFC-Einheiten im Reaktionsraum sind erfindungsgemäß, auch in Ausführungen im mini-, mikro- oder nano-Maßstab mit beliebigen Fertigungsverfahren, auch additiven Verfahren aus Metallen und/oder  Arrangements of the SOFC units in the reaction space are according to the invention, also in mini, micro or nano-scale versions with any manufacturing process, including additive processes made of metals and / or

Keramiken mit der Herstellung in einem oder wenigen Schritten oder Bauteilen. Ceramics with the production in one or a few steps or components.

Figur 11 zeigt die schematische Darstellung einer Batch-Druckeinheit besteht aus einem Topfteil [39] mit Vorratsbehälter [43], der die zu hydrierende organische Masse enthält und ein Deckelteil [42], das die Reaktionselemente enthält, wie die Elektrolysiereinheiten [40] und die katalytisch aktive Hydrier- und Methanisiereinheit [44] Topf und Deckelteil werden zur Durchführung der Batch-Reaktion aufeinandergesetzt und druckdicht verbunden. Die Batch- Ausführung ist günstig für kleinere Chargengrößen und intermittierenden Betrieb. Figur 12 zeigt die Schemadarstellung der Gesamtanlage zur Erzeugung von Methan, LNG und anorganischen Nährstoffen aus organischer Masse. Die zu verarbeitenden organische Substanz wird in einem segmentierter Figure 11 shows the schematic representation of a batch printing unit consists of a pot part [39] with a storage container [43], which contains the organic mass to be hydrogenated, and a lid part [42], which contains the reaction elements, such as the electrolysis units [40] and Catalytically active hydrogenation and methanation unit [44] Pot and lid part are placed on top of one another and connected pressure-tight to carry out the batch reaction. The batch version is favorable for smaller batch sizes and intermittent operation. Figure 12 shows the schematic of the entire plant for the production of methane, LNG and inorganic nutrients from organic matter. The organic substance to be processed is segmented

Vorratsbehälter [45] zwischengepuffert. Der Vorratsbehälter kann Storage container [45] buffered. The storage container can

unterschiedliche organische Materialien aufnehmen. Es können sowohl trockene (Holz, Biomasse, Kunststoffe) als auch feuchte Substanzen absorb different organic materials. Both dry (wood, biomass, plastics) and moist substances can be used

(Klärschlamm) verarbeitet werden. Die Segmente des Vorratsbehälters sind in Abhängigkeit von den zu verarbeitenden Materialien auszulegen. Weiterhin sollte darauf geachtet werden, dass die Segmente groß genug ausgelegt sind, um einen intermittierenden Betrieb mit langen Schwachlastphasen zu gewährleisten. Die Auslegung kann dann im Sinne der Sektorkopplung nach Vorgaben aus dem Stromnetz erfolgen. (Sewage sludge) are processed. The segments of the storage container are in Depending on the materials to be processed. Furthermore, care should be taken to ensure that the segments are large enough to ensure intermittent operation with long periods of low load. The design can then be done in the sense of sector coupling according to specifications from the power grid.

Die Segmente für feuchte organische Substanz wie Klärschlamm [46] sind gekapselt, sodass die entstehenden Gärgase (CH4/CO2) abgefangen und der Anlage zugeführt werden können [47] In Schwachlastbetrieb kann die Anlage so gefahren werden, dass sie lediglich diese Gärgase zu Methan umformt. Dies ermöglicht einen kontinuierlichen Betrieb der Anlage selbst dann, wenn preislich attraktive elektrische Energie nicht zur Verfügung steht (z.B. während einer „Dunkelflaute“ in regenerativen Erzeugungsszenarien). Die zu verarbeitende organische Substanz wird einer Konditionierung unterworfen, die ein einheitliches Einsatzmaterial erzeugt [48]. In der The segments for moist organic matter such as sewage sludge [46] are encapsulated so that the digestate gases (CH4 / CO2) can be captured and fed to the plant [47] In low-load operation, the plant can be operated so that it only converts these digestate gases to methane , This enables the system to operate continuously even if there is no economically attractive electrical energy available (e.g. during a "dark doldrums" in regenerative generation scenarios). The organic substance to be processed is subjected to conditioning that produces a uniform feed material [48]. In the

Konditionierung findet je nach Material z.B. eine Zerkleinerung statt. Die aufbereiteten Materialien werden danach gemischt und ggf. mit Depending on the material, conditioning takes place e.g. shredding takes place. The processed materials are then mixed and, if necessary, with

Zuschlagstoffen/Conditioners versehen (z.B. zur Unterstützung der Hydrierung oder Verhinderung einer Ascheschmelze) [48] und der Druckpumpe [50] zugeführt [49] Die Druckpumpe (z.B. eine Drehschieberpumpe) bringt das Einsatzmaterial in den Reaktor ein. Der erfindungsgemäße Reaktor (Hydrier- /Methanisierreaktor/Elektrolysiereinheit) [51] ist in den Figuren 1-10 detailliert beschrieben. Die erzeugten wasserdampfhaltigen Heißgase verlassen den Reaktor und werden in die Heißgasreinigung [53] geführt. Nach der Provide additives / conditioners (e.g. to support the hydrogenation or prevention of an ash melt) [48] and fed to the pressure pump [50] [49] The pressure pump (e.g. a rotary vane pump) feeds the feed material into the reactor. The reactor according to the invention (hydrogenation / methanation reactor / electrolysis unit) [51] is described in detail in FIGS. 1-10. The hot gases containing water vapor leave the reactor and are fed into the hot gas cleaning system [53]. After

Heißgasreinigung erfolgt die Kondensation des Wasserdampfes in der Hot gas cleaning takes place the condensation of the water vapor in the

Kondensationseinheit [54]. Das trockene Methan wird dann ggf. nach weiterer Aufreinigung in einem Methantank [55] gelagert. Je nach Auslegung und/oder Betriebszustand wird das Endprodukt Methan [59] vermarket oder der Methanverflüssigung [57] zugeführt, um das Endprodukt LNG [58] zu erzeugen. Die im Reaktor und den nachgelagerten Stufen bis zur Kondensation freigesetzte Wärme kann durch eine Kälteabsorptionsanlage in der Methan-Verflüssigung genutzt werden. Das bei der Lagerung des Condensation unit [54]. The dry methane is then stored in a methane tank [55], if necessary after further purification. Depending on the design and / or operating condition, the end product methane [59] is marketed or added to the methane liquefaction [57] to the end product To produce LNG [58]. The heat released in the reactor and the downstream stages until condensation can be used by a cold absorption system in the methane liquefaction. That when storing the

Endproduktes LNG verdampfende Boil-Off-Methangas wird in einer The end product of LNG vaporizing boil-off methane gas is in one

Rückführung [56] wieder dem Methantank zugeführt. Recycle [56] returned to the methane tank.

Maßgebliche Abprodukte entstehen im Reaktor (Asche), der Heißgasreinigung (reduzierte Gase wie HF und NH3) und der Kondensation (Abwasser). Die Asche enthält wertvolle Nährstoffe, welche nach Aufarbeitung und Nährstoff- Abtrennung [62] zu Düngemitteln (P, K, Mg, Ca) verarbeitet werden. Aus den in der Heißgasreinigung abgereinigten Bestandteilen kann NH3 abgetrennt werden [61], welcher in der Folge zu Stickstoff-Düngemitteln verarbeitet wird. Das Kondensat der Kondensationsstufe wird zur Abwasserbehandlung / Kläranlage [60] geführt. Die erfindungsgemäße Anlage ermöglicht somit die Significant waste products are generated in the reactor (ash), hot gas cleaning (reduced gases such as HF and NH3) and condensation (waste water). The ash contains valuable nutrients, which after processing and nutrient separation [62] are processed into fertilizers (P, K, Mg, Ca). NH3 can be separated from the components cleaned in hot gas cleaning [61], which is subsequently processed into nitrogen fertilizers. The condensate from the condensation stage is sent to the wastewater treatment / treatment plant [60]. The system according to the invention thus enables

Wiedergewinnung und Verwertung der in der eingesetzten organischen Recovery and recycling of the organic used

Substanz enthaltenen Nähr- und Wertstoffe. Substance containing nutrients and valuable substances.

Literatur: Literature:

(1 ) Sunfire: https://www.solarify.eu/2016/02/29/282-sunfire-mit- weltgroesster-rsoc-elektrolyse/  (1) Sunfire: https://www.solarify.eu/2016/02/29/282-sunfire-mit- world-largest-rsoc-electrolysis /

(2) Carl-Jochen Winter, Joachim Nitsch (1988): Hydrogen as an Energy Carrier: Technologies, Systems, Economy, Springer, S. 72. (2) Carl-Jochen Winter, Joachim Nitsch (1988): Hydrogen as an Energy Carrier: Technologies, Systems, Economy, Springer, p. 72.

19 19

Figuren characters

Legende:  Legend:

1. Hydrierreaktor mit (poröser) Keramik/Katalysator-Wandung  1. Hydrogenation reactor with (porous) ceramic / catalyst wall

2. Hochtemperatur-Elektrolyseur (SOFC)  2.High temperature electrolyzer (SOFC)

3. Hochtemperatur-Druckeinheit  3. High temperature printing unit

4. Wabenförmige Auslegung des Hydrierreaktors (Aufsicht)  4. Honeycomb design of the hydrogenation reactor (supervision)

5. Ausschnitt einer Wabe des Wabenförmigen Hydrierreaktors  5. Section of a honeycomb of the honeycomb-shaped hydrogenation reactor

6. (poröse) Keramik/Katalysator-Wandung  6. (porous) ceramic / catalyst wall

7. SOFC-Zelle in röhrenförmiger Auslegung  7. SOFC cell in tubular design

8. Stromzuleitung zur Anode  8. Power supply to the anode

9. Stromzuleitung zur Kathode  9. Power supply to the cathode

10. Kathodenraum  10. Cathode compartment

11.a Kathode, b Elektrolyt, c Anode  11.a cathode, b electrolyte, c anode

12. Halteelement der SOFC-Zellen mit Stromzuleitungen zu den Anoden und Kathoden sowie Wasserdampfzufuhr und Sauerstoffableitung mittels Verbindungen zum Kathodenraum  12. Holding element of the SOFC cells with power supply lines to the anodes and cathodes as well as water vapor supply and oxygen discharge by means of connections to the cathode compartment

13. Kathode  13. Cathode

14. Elektrolyt  14. Electrolyte

15. Anode mit Anodenstütze  15. Anode with anode support

16. Hydrierreaktor, Methanisierreaktor oder integrierter Hydrier- /Methanisierreaktor mit anliegenden Anodenstützen  16. Hydrogenation reactor, methanation reactor or integrated hydrogenation / methanation reactor with adjoining anode supports

17. Kathodenraum  17. Cathode compartment

18. Hochtemperatur-Druckeinheit  18. High temperature printing unit

19. Elektrolysiereinheit vorzugsweise bestehend aus SOFC-Stacks  19. Electrolysis unit preferably consisting of SOFC stacks

20. Methanisator  20. Methanizer

21. Methanableitung  21. Methane drainage

22. Hydrierreaktor  22. Hydrogenation reactor

23. Wasserstoffzuleitung zum Methanisator  23. Hydrogen supply to the methanizer

24. Wasserstoffzuleitung zum Hydrierreaktor  24. Hydrogen feed to the hydrogenation reactor

25. Reaktionsgasleitung vom Hydrierreaktor zum Methanisator 20 25. Reaction gas line from the hydrogenation reactor to the methanizer 20

26. Zufuhr der organischen Substanz 26. Feeding the organic matter

27. Abfuhr von Asche, Reaktionsprodukten und Zuschlagstoffen  27. Removal of ash, reaction products and additives

28. Stromzufuhr  28. Power supply

29. Kompartimentierte Druckeinheit mit drei Kompartimenten  29. Compartmentalized printing unit with three compartments

30. Kompartimentverbindung mittels Druckrohren 30. Compartment connection using pressure pipes

31. Kompartimentierte Druckeinheit mit zwei Kompartimenten  31. Compartmentalized printing unit with two compartments

32. Kombinierter Hydrier- und Methanisier-Reaktor  32. Combined hydrogenation and methanation reactor

33. Wasserstoffzuleitung zum Kombinierten Hydrier- und Methanisier- Reaktor  33. Hydrogen feed to the combined hydrogenation and methanation reactor

34. Elektrolysiereinheiten mit Abgabe des Wasserstoffs in den Druckraum34. Electrolysis units with release of the hydrogen in the pressure chamber

35. Kombinierter Hydrier- und Methanisier-Reaktor mit Perforation zum 35. Combined hydrogenation and methanation reactor with perforation to

Druckraum, durch die Gasaustausch stattfinden kann  Pressure chamber through which gas exchange can take place

36. Druckeinheit zur Aufnahme des kombinierten Hydrier- und Methanisier- Reaktors und von Elektrolysiereinheiten  36. Pressure unit to accommodate the combined hydrogenation and methanation reactor and electrolysis units

37. Druckeinheit zur Aufnahme des kombinierten Elektrolysier-, Hydrier- und37. Pressure unit for receiving the combined electrolysis, hydrogenation and

Methanisier-Reaktors Methanisier reactor

38. Kombinierter Elektrolysier-, Hydrier- und Methanisier-Reaktor  38. Combined electrolysis, hydrogenation and methanation reactor

39. Topfteil  39. Pot part

40. Am Deckelteil befestigte Elektrolysiereinheiten  40. Electrolysis units attached to the cover part

41. Druckdichte Schließfunktion zwischen Topf- und Deckelteil 41. Pressure-tight closing function between the pot and lid parts

42. Deckelteil  42. cover part

43. Vorratsbehälter für die organische Substanz, einstellbar oder fest  43. Storage container for the organic substance, adjustable or fixed

installiert  Installed

44. Hydrier-/Methanisiereinheit  44. Hydrogenation / methanation unit

45. Segmentierter Vorratsbehälter 45. Segmented storage container

46. Gärgasfassung für Vorratssegmente mit feuchter organischer Substanz wie Klärschlamm  46. Fermentation gas holder for storage segments with moist organic substance such as sewage sludge

47. Gärgaszuleitung  47. Fermentation gas feed line

48. Konditionierung der Einsatzsubstanzen incl. Zerkleinerung, Mischung und ggf. Zugabe von Zuschlagstoffen/Conditioners  48. Conditioning of the input substances including comminution, mixing and, if necessary, addition of additives / conditioners

49. Zuleitung der Einsatzsubstanz zur Druckpumpe 21 49. Supply substance feed to the pressure pump 21

50. Druckpumpe, z.B. Drehschieberpumpe zur Einbringung der organischen Substanz in den Reaktor 50. pressure pump, e.g. Rotary vane pump for introducing the organic substance into the reactor

51. Druckraum mit Hydrier-/Methanisierreaktor und Elektrolysiereinheit It.  51. Pressure chamber with hydrogenation / methanation reactor and electrolysis unit It.

Figur 1-10.  Figure 1-10.

52. Vorratssegment für trockene organische Substanz wie Holz oder 52. Supply segment for dry organic matter such as wood or

Kunststoffe  plastics

53. Heißgasreinigung  53. Hot gas cleaning

54. Kondensationseinheit  54. condensation unit

55. Methantank  55. Methane tank

56. Boil-Off-Rückführung 56. Boil-off recirculation

57. Methanverflüssigung  57. Methane liquefaction

58. Endprodukt LNG  58. LNG end product

59. Endprodukt Methan  59. end product methane

60. Kondensat zur Abwasserbehandlung / Kläranlage  60. Condensate for wastewater treatment / sewage treatment plant

61. Aufarbeitung der abgereiriigten Bestandteile mit NH3-Abtrennung61. Processing of the removed components with NH3 separation

62. Aufarbeitung der Asche mit K/P-Abtrennung 62. Processing the ashes with K / P separation

Claims

15 Patentansprüche 15 claims

1. Anlage zur Hydrierung und Methanisierung von organischer Substanz zu Methan bei gleichzeitiger Erzeugung des zur Reaktion notwendigen Wasserstoffs durch Hochtemperatur-Elektrolyse 1. Plant for the hydrogenation and methanation of organic matter to methane while simultaneously generating the hydrogen required for the reaction by high-temperature electrolysis

dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that

die Einheit zur Erzeugung von Wasserstoff und der Reaktor zur  the unit for generating hydrogen and the reactor for

Hydrierung und Methanisierung der organischen Substanz in einem gemeinsamen Druckraum untergebracht sind.  Hydrogenation and methanization of the organic substance are housed in a common pressure room.

2. Anlage laut Anspruch 1 2. Plant according to claim 1

dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that

die Einheiten zur Erzeugung von Wasserstoff und zur Hydrierung und Methanisierung der organischen Substanz auf weitgehend gleichem Druckniveau arbeiten und durch Druckleitungen verbunden sind.  the units for the production of hydrogen and for the hydrogenation and methanation of the organic substance operate at largely the same pressure level and are connected by pressure lines.

3. Anjage zur Gewinnung von Methan aus organischen Substanzen 3. Hunting for the extraction of methane from organic substances

bestehend aus einer Konditionierungseinheit mit Gärgaserfassung, der Reaktor-Einheit nach Anspruch 1 oder 2 und Nachbereitungsaggregaten dadurch gekennzeichnet, dass  consisting of a conditioning unit with fermentation gas detection, the reactor unit according to claim 1 or 2 and post-processing units characterized in that

die Gase der Konditionierungseinheit oder aus externen Quellen der Reaktor-Einheit zuleitet werden und dadurch einen Schwachlastbetrieb ermöglicht wird, in dem die Gase ohne weiteren Zusatz organischer Substanz zu Methan umgesetzt werden.  the gases are fed to the conditioning unit or from external sources to the reactor unit, thereby enabling low-load operation in which the gases are converted to methane without any further addition of organic matter.

4. Anlage zur Gewinnung von Methan aus organischen Substanzen 4. Plant for the extraction of methane from organic substances

dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that

einer Einheit nach Anspruch 1 oder 2 eine Heißgasreinigung, eine Wasserdampfkondensation und eine Methanverflüssigung  a unit according to claim 1 or 2, a hot gas cleaning, a water vapor condensation and a methane liquefaction

nachgeschaltet ist. 16 is connected downstream. 16

5. Anlage laut Anspruch 1 5. Plant according to claim 1

dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that

die festen Hydrierrückstände ausgeschleust werden und mittels einer Nährstoffaufbereitung zu mineralischen Nährstoffen wie Phosphor, Kalium, Calcium oder Magnesium aufgearbeitet werden.  the solid hydrogenation residues are discharged and processed into mineral nutrients such as phosphorus, potassium, calcium or magnesium by means of nutrient processing.

6. Anlage laut Anspruch 1 6. Plant according to claim 1

dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that

die die Hydrierreaktion und die Methanisierung in einer Einheit ablaufen.  that the hydrogenation reaction and the methanization take place in one unit.

7. Anlage laut Anspruch 1 7. Plant according to claim 1

dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that

die die Hydrierreaktion und die Methanisierung und die  which the hydrogenation reaction and methanization and the

Wasserstofferzeugung in einer Einheit ablaufen.  Hydrogen production takes place in one unit.

8. Anlage laut Anspruch 7 8. Plant according to claim 7

dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that

der Wasserstoff durch SOFC-Brennstoffzellen erzeugt wird, die mit ihrer Kathode zueinander angeordnet sind und die Anoden mit dem  the hydrogen is generated by SOFC fuel cells, which are arranged with their cathode to each other and the anodes with the

Hydrierraum in Kontakt stehen und diese Anoden und deren  Hydrogen chamber are in contact and these anodes and their

Anodenstützen als Katalysator der Hydrierung wirken.  Anode supports act as a catalyst for hydrogenation.

9. Anlage laut Anspruch 8 9. Plant according to claim 8

dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that

der Kathodenraum mit den SOFC-Brennstoffzellenhalterungen in the cathode compartment with the SOFC fuel cell holders in

Verbindung steht und Wasserdampf und Reaktionsgase durch diese zu- und abgeführt werden. Connection is established and water vapor and reaction gases are supplied and discharged through them.

10. Anlage laut Anspruch 7 10. Plant according to claim 7

dadurch gekennzeichnet, dass 17 characterized in that 17

die zueinander orientierten SOFC-Sandwich-Einheiten in Form sechseckiger Waben angeordnet werden und so einen Wabenreaktor bilden. the mutually oriented SOFC sandwich units are arranged in the form of hexagonal honeycombs and thus form a honeycomb reactor.

11. Anlage laut Anspruch 1 11. Plant according to claim 1

dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that

der Hydrier- und Methanisierreaktor durch Perforationsöffnungen zum Druckraum in Verbindung steht und Hydrier- und Methanisierreaktionen sowohl im Reaktor als auch im umgebenden Druckraum stattfinden können.  the hydrogenation and methanation reactor is connected to the pressure space through perforation openings and hydrogenation and methanation reactions can take place both in the reactor and in the surrounding pressure space.

12. Anlage laut Anspruch 1 12. System according to claim 1

dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that

der Druckraum aus eine Topf- und einem Deckelteil besteht, welche miteinander druckdicht verschließbar sind, und dass die Elektrolyse, die Hydrierung und Methanisierung absätzig nach Schließen stattfinden.  the pressure chamber consists of a pot and a lid part, which can be closed together in a pressure-tight manner, and that the electrolysis, hydrogenation and methanation take place after closing.

13. Anlage laut Anspruch 12 13. Plant according to claim 12

dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that

die Reaktionsaggregate wie die Elektrolyseeinheit und der Hydrier- und Katalysatorhalter sich im Deckelteil befinden und so mit einem oder wenigen Deckelteilen eine große Menge von mit organischer Substanz befüllter Topfteile prozessiert werden können.  the reaction units, such as the electrolysis unit and the hydrogenation and catalyst holder, are located in the lid part, so that a large amount of pot parts filled with organic substance can be processed with one or a few lid parts.

14. Anlage laut Anspruch 13 14. Plant according to claim 13

dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that

die die Pufferung der organischen Substanz in einfachen topfförmigen Einsätzen durchgeführt wird und je ein topfförmiger Einsatz zur  which the buffering of the organic substance is carried out in simple pot-shaped inserts and one pot-shaped insert each

Durchführung der Reaktion in das druckfeste Topfteil gesetzt wird und sodann das Topfteil mit dem Deckelteil verbunden wird.  Carrying out the reaction is placed in the pressure-resistant pot part and then the pot part is connected to the lid part.