P240421-07Reaktor/Brenngasanlage 1 Reaktoranlage auf der Basis einer alkalischen Elektrolyseanlage zur Herstellung eines synthetischen Brenngases und das Verfahren zur Herstellung des Brenngases mittels des Reaktors Reaktoranlage auf der Basis einer alkalischen Elektrolyseanlage zur Herstellung eines synthetischen Brenngases mit einem hohen Sauerstoffanteil aus einem Trägergas und unter Nutzung des bei der Elektrolyse entstehenden Wasserstoffs und Sauerstoffs und das Verfahren zur Herstellung eines Brenngases mit einem hohen Sauerstoffanteil mittels des Reaktors. Als Trägergas wird beispielhaft Erdgas verwendet. Erdgas besteht hauptsächlich aus Methan und enthält Spuren von Ethan, Butan, Propan, Stickstoff, Kohlendioxid, Schwefel und Helium. Die tatsächliche Zusammensetzung ist von Lagerstätte zu Lagerstätte unterschiedlich. Im vorliegenden Fall wird von einem methanreichen Erdgas in Endverbraucherqualität ausgegangen. Mit der Herstellung eines Mischgases kann die CO2- Bilanz z. B. beim Heizen von Brennöfen der Stahl-, Glas- oder Zementproduktion, aber auch bei der Wärmeversorgung im Wohnbereich mittels Gasheizungen, verbessert werden, wobei die Herstellung des Brenngases ebenfalls gegenüber bereits bekannten Verfahren kostenreduziert erfolgt. In der Schrift DE 2 220 617 A wird ein Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff beschrieben, bei welchem aus einem Gemisch von Methanol und Wasser dampfförmig bei Temperaturen von 150 bis 350 Grad C und normalem oder erhöhtem Druck über einen Katalysator geleitet und nicht umgesetzter Wasserdampf und Kohlendioxid entfernt wird. Hierzu werden die unterschiedlichsten Katalysatoren, wie z. B. Kupfer, Zink und/oder Mangan u. a. benannt. Weiterhin wird in der Schrift DE 690 06 428 T2 eine Wasserstoffentwicklungs-Elektrode beschrieben, die eine hohe Dauerhaftigkeit und Stabilität besitzt und weiterhin Energiekosten bei der Herstellung von Wasserstoff ermöglicht.
P240421-07Reaktor/Brenngasanlage 2 Die erfindungsgemäße Elektrode besitzt einen Überzug aus einem Oxid aus mindestens einem aus Nickel und Kobalt ausgewählten Metall, der zusätzlich Titan- und Zirkonium-Komponenten beigefügt sind. Diese Elektroden wurden für eine Elektrolyse von Natriumchlorid oder Wasser entwickelt. Die Schrift DE 10 2015 003 003 B4 betrifft eine alkalische, photoelektrochemische Zelle, ein Verfahren zu deren Herstellung und ein Verfahren zur lichtgetriebenen Herstellung von Wasserstoff und Sauerstoff. Der Hauptanspruch lautet: Photoelektrochemische Zelle für die lichtgetriebene Herstellung von Wasserstoff und Sauerstoff aus einem wässrigen Medium im basischen Milieu, mit einer lichtseitig angeordneten Photoelektrode, mit einer schattenseitig angeordneten Gegenelektrode, mit einem zwischen Photoelektrode und Gegenelektrode angeordneten Separator, und mit einem sich beiderseits des Separators erstreckenden Reaktionsraum, welcher mit dem wässrigen Medium befüllbar ist und in welchem bei eingefülltem wässrigen Medium basische Bedingungen herrschen, wobei die Photoelektrode ein lichtseitig angeordnetes, transparentes Substrat umfasst, welches in Richtung des Separators beschichtet ist mit folgender Schichtreihenfolge: a) eine transparente, elektrisch leitfähige Schicht; b) mindestens eine teil-transparente, schichtweise aufgebrachte Solarzelle auf Basis von Silicium; c) eine an den Reaktionsraum grenzende Koppelschicht; dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelschicht mehrlagig ausgeführt ist, nämlich mindestens d) mit einer unmittelbar auf der genannten oder einer weiteren Solarzelle aufgebrachten, transparenten Haftvermittlungsschicht, welche aus einem der folgenden Metalle oder aus einer Legierung eines oder mehrerer dieser Metalle besteht: Nickel, Chrom, Wolfram, Hafnium; e) mit einer unmittelbar auf der Haftvermittlungsschicht aufgebrachten Spiegelschicht, welche aus einem der folgenden Metalle oder aus einer Legierung eines oder mehrerer dieser Metalle besteht: Silber, Kupfer, Aluminium; f) und mit einer unmittelbar auf der Spiegelschicht aufgebrachten, an den Reaktionsraum grenzenden Korrosions-
P240421-07Reaktor/Brenngasanlage 3 schutzschicht aus Nickel oder aus einer nickelhaltigen Legierung. Ein Verfahren und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zum elektrochemischen Verbinden von Wasserstoff und der Sauerstoff als Elektrolysegas mit zumindest einem an sich bekannten Brenngas als Trägergas zu einem verbundenen Gas wird in der DE 10 2015 102 998 A1 beschrieben. In der Schrift DE 10 2015 102 999 A1 wird eine Anordnung zum elektrochemischen Verbinden von zwei, drei oder mehr Gasen zu einem Verbundgas und in der Schrift DE 10 2015 103 000 A1 wird das Verfahren zum elektrochemischen Verbinden von zwei, drei oder mehr Gasen zu einem Verbundgas beschrieben. Die Erfindung DE 10 2022 202 398 A1 bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb eines Elektrolyseurs zur Herstellung von Wasserstoff und Sauerstoff mit einem Anodenraum und einem Kathodenraum, die mittels einer für OH undurchlässigen Membran voneinander getrennt sind, mit zumindest nachfolgenden Verfahrensschritten: a) der Kathodenraum des Elektrolyseurs wird temporär trocken betrieben, b) der Kathodenraum des Elektrolyseurs wird temporär zumindest teilweise geflutet oder zumindest teilweise befeuchtet, c) wobei die zumindest teilweise Flutung oder die zumindest teilweise Befeuchtung des Kathodenraums des Elektrolyseurs durch Dosierung eines flüssigen Mediums mittels eines Dosierventils erfolgt. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung des Verfahrens zum Betrieb eines Elektrolyseurs zur Herstellung von Wasserstoff und Sauerstoff. Weiterhin wird in der Schrift WO 2013/000580 A2 eine Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff mittels Elektrolyse, mit einer Gleichstromquelle und pulsierenden Gleichstrom als elektrische Energie für die Elektrolyse, sowie einem Elektrodenraum mit reiner Elektrolytflüssigkeit, der zumindest eine Anode und zumindest eine Kathode aufweist, die aus gleichem oder voneinander verschiedenem, elektrisch leitfähigem, widerstandsarmen Material gebildet sind. Jeweils
P240421-07Reaktor/Brenngasanlage 4 zwischen Anode und Kathode ist zumindest eine neutrale Platte aus oxidationsresistendem, elektrisch leitfähigem Material angeordnet. Die jeweils einander zugewandten Flächen von Anode, neutraler Platte und Kathode weisen eine Oberflächenstruktur mit hoher Oberfläche (in Form einer tiefgehenden kristallinen Porosität) auf. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff, das in der Vorrichtung durchgeführt wird, sowie bevorzugte Verwendungen. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Reaktoranlage auf der Basis einer alkalischen Elektrolyseanlage und ein dazugehöriges Verfahren zur Herstellung eines synthetischen Brenngases mit einem hohen Anteil von Sauerstoff aus Erdgas, Biogas oder Abgasen eines Verbrennungsmotors mit bei der Elektrolyse entstehenden Wasserstoff und Sauerstoff als Brenngas bzw. Synthesegas zu schaffen, wobei gegenüber bereits bekannten Verfahren und Anlagen der Energieeinsatz zur Herstellung des Brenngases stark reduziert und der Wassereinsatz minimiert wird. Durch einen hohen Anteil von Sauerstoff im Brenngas von über 20 Vol-% ist der Energiegehalt des erfindungsgemäßen Gases wesentlich höher als bei bereits in der Praxis eingesetzten Mischgasen mit einem Anteil von Sauerstoff kleiner 5 Vol-%. Durch eine Anordnung des Reaktors einschließlich aller Zusatzanlagen in einem Container kann eine weitgehend standardisierte Vorfertigung beim Hersteller des Reaktors mit der Elektrolyseanlage unter Beachtung der Einhaltung und Einbau entsprechender Sicherheitseinrichtungen erfolgen. Damit ist ein schneller Aufbau beim Endkunden möglich. Bei dem Verfahren zur Herstellung eines Brenngases mit einem hohen Sauerstoffanteil aus den Hauptbestandteilen Methan, Wasserstoff und Sauerstoff wird unter Nutzung einer alkalischen Niedrigvolt-Elektrolyseanlage, bei der der entstehende Wasserstoff und Sauerstoff nicht wie allgemein üblich sofort voneinander getrennt werden, sondern während der Elektrolyse koppelt das im Elektrolysewasser vorhandene gasförmige Alkan, z. B. Methan oder Propan, sich so an die
P240421-07Reaktor/Brenngasanlage 5 Elektrolysegasblasen bereits in den Einzelzellen des Reaktorgehäuses an und bilden eine atomare Verbindung zwischen dem Erdgas und dem bei der Elektrolyse entstehenden Wasserstoff und Sauerstoff und somit ein neues Synthesegas. Das neue Synthesegas besitzt einen doppelt gesättigten Kohlenwasserstoff. Bei der entstehenden Verbindung wird H1 und O1 stabilisiert und besitzt eine neue gebundene Struktur in Gasform mit hoher Energie. Das neue Synthesegas bzw. Brenngas kann auf einen Druck von ein Bar verdichtet und anschließend z. B. zu den Brennern von Öfen über entsprechende Leitungen geführt werden. Das hergestellte Brenngas besitzt einen Anteil des Sauerstoffs größer 20 Vol-% und ist brennbar aber nicht explosiv. Die erfindungsgemäße Reaktoranlage besteht z. B. aus einem 40- Fuß-Container, der einen Reaktor mit einer alkalischen Elektrolyseanlage, Zusatzanlagenteilen wie Elektrolytbehälter, Elektrolytspeicher, Gasspeicher mit entsprechenden Rohrleitungen, Pumpen, Ventilen neben Mess- und Regeltechnik, Bedienungs- und Sicherheitsanlagen enthält. Spezielle Sicherheitseinrichtungen, wie Flammenrückschlagsicherungen, schützen vor gefährlichen Flammenrückschlägen und Rückbränden. Gasrücktrittsicherungen dienen der Absicherung von Anlagenteilen, Rohrleitungssystemen und Entnahmestellen gegen einen gefährlichen Gasrücktritt. Als Geräteträger und für die Mess-, Regeltechnik und Sicherheitstechnik kann ein zusätzlicher, kleinerer Container aufgestellt werden. Die im Reaktor integrierte alkalische Elektrolyseanlage ist eine Kleinspannungsanlage, die vorteilhaft mit 20 V bis 30 V bei 50 A bis 60 A arbeitet und keine Wärme bei ihrer Arbeit erzeugt und einen Wirkungsgrad von über 90 % erreicht. Die Elektroden der Elektrolyseanlage sind in einer Vielzahl von Einzelzellen, die jeweils aus einem Kunststoffformkörper bestehen, angeordnet. Der Formkörper besteht vorteilhaft aus GFK mit einem Deckel. Der Kunststoffformkörper kann an seiner Außenseite eine Bauchbinde zur Aufnahme auftretender Kräfte besitzen. In jeder Einzelzelle befinden sich eine Kathode und eine Anode mit dazwischen liegenden Zwischenplatten.
P240421-07Reaktor/Brenngasanlage 6 Vorteilhaft werden 5 bis 10 Zwischenplatten zwischen Kathode und Anode angeordnet. Eine Erhöhung der Anzahl der Zwischenplatten erhöht die Leistung der Elektrolyseanlage jedoch mit dem Nachteil des erhöhten Materialmehraufwandes. Alle Platten bestehen vorzugsweise aus antimagnetischem Edelstahl in einer Größe von 2 m x 1 m. Denkbar sind auch geringere Plattengrößen. Die Stärke der Kathoden und Anoden betragen 1 mm und die Zwischenplatten 0,6 mm. Der Abstand von Platte zu Platte beträgt 1 mm bis 5 mm, vorteilhaft 3 mm. Bei über 5 mmm verschlechtert sich die Wirkung der Anlage. Durch den geringen Abstand der Platten und durch die Größe der Platten entsteht zwischen den Platten eine Kapillarwirkung. Die Zwischenplatten übernehmen die Funktion eines Kondensators. Die senkrecht stehenden Seitenränder der Platten sind durch Kunststoffelemente beabstandet. Alle Platten werden vorteilhaft in die Einzelzellen beabstandet eingepresst. Die Anzahl der Einzelzellen im Reaktor richtet sich nach der gewünschten zu erzeugenden Wasserstoff- und Sauerstoffmenge und damit nach der gewünschten Brenngasmenge und kann bis über 100 betragen. Die Edelstahlplatten sind vorteilhaft oberflächenstrukturiert. Das Reaktorgehäuse ist bis zu 80% bis 90 % mit einem alkalischen Elektrolyt gefüllt. Somit entsteht ein Brenngasraum unter der Decke des Reaktorgehäuses über den Einzelzellen. Die Einzelzellen sind z. B. völlig in einer Sodalauge geflutet. Jede Einzelzelle besitzt an ihrer Unterseite mindestens eine Öffnung und an ihrer Oberseite mehrere Öffnungen. Das Trägergas wird an der Unterseite des Reaktorgehäuses mittels mindestens einer Lanze als Trägergaszuleitung im Reaktorgehäuse unter den Einzelzellen durch Öffnungen in der Lanze unter jeder Einzelzelle in die Einzelzelle geblasen. Bei eingeschalteter Elektrolyseanlage entsteht Wasserstoff und Sauerstoff. Beide Gase gehen eine atomare Bindung bereits in den Einzelzellen mit dem Trägergas ein, es entsteht ein synthetisches Brenngas mit einem hohen Sauerstoffanteil. Die Einzelzellen besitzen an ihren äußeren Schmalseiten Tragelemente, womit sich jede Einzelzelle mit
P240421-07Reaktor/Brenngasanlage 7 diesen Tragelementen an einem Trägerrahmen des Reaktorgehäuses abstützen kann. Oder die Form des Kunststoffformkörpers ist so ausgeführt, dass rechts und links am Außenrand des Formkörpers herausragende Überstände als Tragelemente angeordnet sind und die Einzelzelle sich leicht in einen Trägerrahmen im Reaktorgehäuse einhängen lässt. Im Reaktorgehäuse hängt Einzelzelle neben Einzelzelle und jede Einzelzelle besitzt einen Elektroanschluss für die Kathode und Anode innerhalb der Einzelzelle. In der Wandung des Brenngasraumes des Reaktorgehäuses gibt es kurz unter der Decke oder in der Decke des Reaktorraumes zwei Brenngasausgänge. Einen ersten Brenngasausgang zur Ableitung des Brenngases als Brenngas. Ein zweiter Brenngasabgang ermöglicht eine Zuführung bzw. Rückführung des Brenngases über eine Rohrleitung mit einer Gaspumpe zur Trägergaszuleitung an der Unterseite des Reaktorgehäuses. Hier wird also ein Teil des erzeugten Brenngases dem Trägergas zugeführt und nochmals ein Durchlauf durch den Reaktor ermöglicht. Hier hat sich in der Praxis ergeben, dass eine Rückführung von 5 bis 10 % des erzeugten Brenngases vorteilhaft ist. Diese teilweise Zuführung des neuen Brenngases vermischt sich mit dem Trägergas und wirkt sich positiv bei der elektro-chemischen Reaktion des Trägergases mit den Wasserstoff- und Sauerstoffatomen in den Einzelzellen aus. Die Einzelzellen sind in Lauge, vorteilhaft in einer 3%igen Sodalauge, geflutet. Die Sodalauge besitzt den Vorteil geringer Aggressivität gegenüber anderen Laugen. Eine höhere Konzentration als 3% verringert den Wasserbestand und wirkt sich nur negativ auf das Gesamtverhalten aus. Die bei einer angelegten Spannung entstehenden Gase Sauerstoff und Wasserstoff werden noch in den Einzelzellen mit Erdgas oder einem anderen Trägergas, wie z. B. Abgase von Verbrennungsmotoren, in Verbindung gebracht, es entstehen elektro-chemische Reaktionen, bzw. Gasverbindungen. Durch das Erdgas sind noch Bestandteile aus N2 und CO2 vorhanden. Es ergibt sich somit z. B. ein Volumen-%-Verhältnis der einzelnen Gasbestandteile von Methan 30 bis 40 Vol-%, Wasserstoff 20 bis
P240421-07Reaktor/Brenngasanlage 8 70 Vol-%, Sauerstoff 5 bis 27 Vol-% und die Summe aus N2 und CO2 von 1 bis 5 Vol-%. Entsprechende Versuche und Untersuchungen dieses Brenngases ergaben das Ergebnis, das Brenngas ist brennbar aber nicht explosiv. Die technischen Daten bei laufender Anlage sind für den Eingang von CH4/C3H8 ein Volumen von 1 bis 5 L bei 20 bis 40 mbar Druck, der Arbeitsdruck in den Einzelzellen bei 10 bis 100 mbar und die Arbeitstemperatur und Elektrolyttemperatur bei 10 bis 40o C. In den Einzelzellen entsteht eine natürliche Verbindung aus H1- O1-H1 Atomen zum einen und aus einem Trägergas z. B. CH4 mittels elektro-chemischen Reaktionen ein energiereiches und sicher zu beherrschendes synthetisches Brenngas mit dem Energiegehalt und den sicheren Eigenschaften von CH4. Das entstandene, neue, synthetische Brenngas ist ein doppelt gesättigter Kohlenwasserstoff. Aus ca. 1 L pro Minute an CH4 und einem Elektrolysestrom von ca. 1 kW und ca, 300 L/h H1O1H1 strukturieren in der Anlage neue Kohlenwasserstoffmoleküle, die aus ca. 20 bis 30 % Methan bestehen, an die dann 70 bis 80 % Elektrolysegas-Moleküle andocken und somit das fertige Synthesegas bzw. Brenngas bilden. Neben dem Reaktorgehäuse ist vorteilhaft ein Elektrolytspeicher angeordnet. Der Elektrolytspeicher besitzt eine Elektrolytzuleitung als externe Zuleitung und zwischen Reaktorgehäuse und Elektrolytspeicher mindestens eine Elektrolytrohrleitung mit einem Absperrventil und Pumpe. Weiterhin kann neben dem Reaktorgehäuse noch ein Gasspeicher angeordnet sein mit entsprechenden Rohrleitungsverbindungen mit Ventil und Pumpe zwischen ersten Brenngasausgang und Gasspeicher und als Brenngasabgang zu Endverbrauchern. Entsprechende Mess-, Regeltechnik und Sicherheitstechnik einschließlich Elektroinstallation ist im Container untergebracht. Die vorstehend beschriebene Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die beigefügten Zeichnungen zeigen in Fig. 1 den Prinzipaufbau der Reaktoranlage mit
P240421-07Reaktor/Brenngasanlage 9 Elektrolyseanlage im Reaktorgehäuse, einen Elektrolytspeicher, einen Gasspeicher und die entsprechenden Rohrleitungsverbindungen mit Ventilen und Pumpen in einem Container, Fig. 2 einen Querschnitt durch ein Reaktorgehäuse mit einer Seitenansicht auf eine Einzelzelle, der Elektrolythöhe und dem darüber liegenden Brenngasraum, Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Container mit der Anordnung eines Teils der Einzelzellen mit der angedeuteten Trägergaszuführung in die Einzelzellen und dem Austritt des Brenngases und der Aufhängung der Einzelzellen im Reaktorgehäuse, Fig. 4 den Schnitt durch eine Einzelzelle mit Kunststoffformkörper, Kathode und Anode und drei Zwischenplatten und Fig. 5 die Darstellung der atomaren Anordnung des neuen synthetischen Brenngases in der Form eines doppelt gesättigten Kohlenwasserstoffs. In einem 40-Fuß-Container 1 ist in einem Reaktorgehäuse 2 eine alkalische Elektrolyseanlage 3 eingebaut, die aus einer Vielzahl von Einzelzellen 4 besteht. Diese Elektrolyseanlage 3 arbeitet vorteilhaft als Kleinspannungsanlage mit 30 V. Es sind jedoch auch Spannungswerte zwischen 5 V und 400 V denkbar. Bei der Arbeit der Elektrolyseanlage 3 entsteht keine Wärme. Der Wirkungsgrad dieser erfindungsgemäßen Anlage liegt bei über 90 %. Die Elektroden der Elektrolyseanlage 3 bestehen aus antimagnetischen, vorzugsweise oberflächenstrukturierten Edelstahlplatten 6 in einer Größe von 2 m x 1 m. Es sind auch kleinere Abmaße denkbar. Die Edelstahlplatten 6 als Kathode 6.1 und Anode 6.2 besitzen vorzugsweise eine Stärke von 1 mm und die zwischen der Kathode 6.1 und Anode 6.2 liegenden Zwischenplatten 6.3 besitzen eine gleiche Größe wie die Kathode 6.1 und Anode 6.2, jedoch mit einer Stärke von 0,6 mm. Im Reaktorgehäuse 2 sind die Einzelzellen 4 parallel nebeneinander an einem Trägerrahmen 30 aufgehangen und komplett im Elektrolyt 8 eingetaucht. Als Elektrolyt 8 wird vorzugsweise eine 3%ige Soda-Wasser-Lösung verwendet. Jede
P240421-07Reaktor/Brenngasanlage 10 Einzelzelle 4 besteht aus einem Kunststoffformkörper 5 mit einem Deckel 5.1, der mit dem Kunststoffformkörper 5 fest verschweißt ist. Der Kunststoffformkörper 5 besitzt vorteilhaft eine Art Bauchbinde am Außenumfang zwecks sicherer Aufnahme von eventuellen in den Einzelzellen entstehen Druck bei der Elektrolyse. In diesen Kunststoffformkörper 5 sind die Kathode 6.1, die Anode 6.2 und dazwischen liegende Zwischenplatten 6.3 eingepresst. Die Anzahl der Zwischenplatten 6.3 schwankt zwischen zwei Zwischenplatten 6.3 und zwanzig Zwischenplatten 6.3. Die Zwischenplatten 6.3 haben die Funktion von Kondensatorplatten. In der Praxis haben sich drei oder bis zu fünf Zwischenplatten 6.3 als vorteilhaft erwiesen. Alle Platten 6 sind untereinander durch Kunststoffelemente 7 sicher beabstandet. Die Kunststoffelemente 7 sind nur an den Schmalseiten über die Höhe der Platten 6 durchgehend angeordnet. An der Unterseite und Oberseite der Platten 6 sind nur in Abständen Kunststoffelemente 7 vorgesehen. Der Kunststoffformkörper 5 jeder Einzelzelle 4 besitzt an seiner schmalen Unterseite mindestens eine Öffnung zum Zutritt des Trägergases 11 und an seiner schmalen Oberseite mehrere Öffnungen zum Austritt des entstandenen synthetischen Brenngases 25 aus der Einzelzelle 4. An jeder Einzelzelle 4 sind elektrische Anschlüsse 28 für die Kathode 6.1 und Anode 6.2 vorgesehen. Das Reaktorgehäuse 2 ist bis zu 80 % bis 90% mit dem alkalischen Elektrolyt 8 gefüllt und flutet alle Einzelzellen 4. Somit existiert ein Brenngasraum 9 unter der Decke des Reaktorgehäuses 2. An diesem Brenngasraum 9 ist ein erster Brenngasausgang 10 zur Ableitung und weiteren Nutzung des Brenngases 25 als Brenngas 25 vorgesehen. Am Boden des Reaktorgehäuses 2 ist weiterhin eine Trägergaszuleitung 11 vorgesehen, wobei diese Trägergaszuleitung 11 innerhalb des Reaktorgehäuses 2 von der ersten Einzelzelle 4 bis zur letzten Einzelzelle 4 in Form mindestens einer Lanze 12 mit Austrittsöffnungen unter der Vielzahl von Einzelzellen 4 versehen ist. Neben dem ersten Brenngasausgang 10 ist vorteilhaft ein weiterer, ein zweiter Brenngasausgang 13 vorhanden, der über
P240421-07Reaktor/Brenngasanlage 11 eine Rohrleitung 14 für Brenngas 25 eine Verbindung zur Trägergaszuleitung 11 bildet und in dieser Rohrleitung 14 ist eine Gaspumpe 15 integriert. Durch diese Rohrleitung 14 wird ein Teil des entstandenen Brenngases 25 wieder zurück zur Trägergaszuleitung 11 geführt und nochmals durch das Reaktorgehäuse 2 geführt. Dies nochmals durch das Reaktorgehäuse 2 geführte Brenngas 25 schwankt zwischen 5 bis 10 % vom gesamterzeugten Brenngas 25 und beeinflusst positiv die neue Brenngasproduktion. Neben dem Reaktorgehäuse 2 kann ein Elektrolytspeicher 16 angeordnet sein. Zwischen Reaktorgehäuse 2 und Elektrolytspeicher 16 ist dazu mindestens eine Elektrolytrohrleitung 17 mit Absperrventil 18 und Pumpe 29 vorhanden. Der Elektrolytspeicher 16 besitzt eine Elektrolytzuleitung 19. Weiterhin kann ein Gasspeicher 27 im Container 1 angeordnet sein. Der Gasspeicher 27 besitzt eine Zuleitung 14 vom ersten Brenngasausgang 10 über eine Gaspumpe 15 und ein Ventil 18 und eine Ableitung für das Brenngas 25. Das Brenngas 25 wird über den ersten Brenngasabgang 10 z. B. zu einem Brennofen einer Glasanlage geleitet. Noch im Container 1 sind spezielle Sicherheitstechniken 26, wie Flammenrückschlagsicherungen, eingebaut und schützen vor gefährlichen Flammenrückschlägen und Rückbränden. Gasrücktrittsicherungen dienen der Absicherung von Anlagenteilen, Rohrleitungen 14 und Entnahmestellen gegen einen gefährlichen Gasrücktritt. Die Reaktoranlage mit ihrer Mess- und Regeltechnik 26 einschließlich der Sicherheitstechnik 26 und Elektroinstallation 28 für einzelne Bauteile der Reaktoranlage ist im Container 1 oder in einem zusätzlichen Container 1 eingebaut. Das Verfahren zur Herstellung eines Brenngases 25 aus einem Trägergas 11 und mit durch eine Elektrolyseanlage 3 hergestelltem Wasserstoff und Sauerstoff unter Nutzung eines Reaktors findet statt, indem über die Trägergaszuleitung 11 z. B. Erdgas 11 aus dem örtlichen Gasnetz oder ein anderes
P240421-07Reaktor/Brenngasanlage 12 Trägergas 11, z. B. C3H8, Biogas 11 oder Abgase von Verbrennungsmotoren 11 in das Reaktorgehäuse 2 geleitet wird, wobei über ein Ventil 18 als Beispiel 100 m3/h Erdgas 11 in das Reaktorgehäuse 2 unterhalb der Einzelzellen 4 zugeführt wird und die Elektrolyseanlage 3 mit 200 kW/h Elektroenergie versorgt wird. Das eintretende Erdgas 11 zwischen den Platten 6 der Elektrolyseanlage 3 in den Einzelzellen 4 geht atomare Verbindungen mit den aufgespaltenen Wasserstoff- und Sauerstoffatomen aus der Soda-Wasser-Lösung 8 ein und bildet somit ein Brenngas 25 innerhalb der Einzelzellen 4. Oberhalb des Elektrolyts 8 im Reaktorgehäuse 2 im Brenngasraum 9 sammelt sich das Brenngas 25 in einer Menge von 200 m3/h bei den angegebenen Anschlusswerten. Bei Erhöhung der zugeführten Erdgasmenge und der elektrischen Anschlusswerte erhöht sich die erzeugte Menge des Brenngases 25 linear. Das CO3 vom Soda (Na2CO3) wird zerlegt und mit für das neue synthetische Gas genutzt. Vom Brenngasraum 9 wird ein Teil des Brenngases 25 über den ersten Brenngasausgang 10 zu den Brennern eines Endnutzers geführt und ein Teil des Brenngases 25, ca. 5 bis 10 % vom gesamterzeugten Brenngas 25, wird über den zweiten Brenngasausgang 13 und die Rohrleitung 14 aus dem Brenngasraum 9 zur Trägergaszuleitung 11 geführt. In der Trägergaszuleitung 11 und der Lanze 12 mischt sich das Brenngas 25 dort mit dem Trägergas 11. Das Brenngas 25 aus dem Brenngasraum 9 und das Trägergas 11 wird gemischt durch die Platten 6.1, 6.2 und 6.3 der Einzelzellen 4 der Elektrolyseanlage 3 geleitet und baut hier gemeinsam mit dem Trägergas 11 atomare Verbindungen mit dem Wasserstoff und Sauerstoff auf. Das aus dem Brenngasraum 9 über den zweiten Brenngasausgang 13 geführte Brenngas 25 bewirkt eine Qualitätsanpassung an das Trägergas 11. In der Praxis konnte festgestellt werden, dass ohne die teilweise Rückführung des erzeugten Brenngases 25 die Qualität des Brenngases 25 sinkt und das erzeugte Brenngas 25 aggressiver wird. Das neue erfinderische Verfahren nutzt das Elektrolysegas aus H1-O1-H1 Atomen und aus einem Trägergas 11, z. B. CH4 oder C3H8, mittels elktro-chemischen Reaktionen ein energiereiches
P240421-07Reaktor/Brenngasanlage 13 und sicher zu beherrschendes synthetisches Brenngas 25 mit dem Energiegehalt und den sicheren Eigenschaften von CH4 bzw. C3H8 zu strukturieren. Aus ca. 1 L pro Minute an CH4 und einem Elektrolysestrom von ca. 1 kW entstehen ca. 300 L/h H1O1H1 und strukturieren in den Einzelzellen 4 des Reaktors neue Kohlenwasserstoffmoleküle, die aus ca. 20 bis 30 % Methan bestehen, an die dann 70 bis 80 % Elektrolysegasmoleküle andocken und somit das neue synthetische Brenngas 25 bilden. Abweichend von bisher durchgeführten alkalischen Wasserelektrolysen erfolgt im erfindungsgemäßen Verfahren keine Trennung von dem erzeugten Wasserstoff und Sauerstoff. Durch die kontrollierte Anreicherung des Elektrolysewassers mit einem gasförmigen Alkan koppelt dieses Kohlenwasserstoff so an die entstehenden Elektrolysegasblasen, dass noch in der Einzelzelle ein neues Synthesegas gebildet wird. Hierbei wird auch das CO3 des Sodas zerlegt und mit zur neuen Synthesegasherstellung genutzt. Das durch die Elektrolyseanlage 3 bei der Verwendung von Erdgas 11 als Trägergas 11 das erzeugte Brenngas 25 besitzt ein Mischungsvolumen nach Gasanteilen Methan 30 bis 40 Vol-%, Wasserstoff 1 bis 70 Vol-%, Sauerstoff 1 bis 27 Vol-% und N2, CO2 und weitere Gasanteile 0 bis 5 Vol-%. Das an den Endverbraucher abzugebende Brenngas 25 kann noch auf einen Druck von 0,5 bis 1 Bar verdichtet werden.
P240421-07 Reactor/Fuel Gas Plant 1 Reactor plant based on an alkaline electrolysis plant for the production of a synthetic fuel gas and the process for producing the fuel gas using the reactor. Reactor plant based on an alkaline electrolysis plant for the production of a synthetic fuel gas with a high oxygen content from a carrier gas and using the hydrogen and oxygen produced during electrolysis , and the process for producing a fuel gas with a high oxygen content using the reactor. Natural gas is used as an example of a carrier gas. Natural gas consists mainly of methane and contains traces of ethane, butane, propane, nitrogen, carbon dioxide, sulfur, and helium. The actual composition varies from deposit to deposit. In this case, a methane-rich natural gas of end-user quality is assumed. The CO2 balance can be improved by producing a mixed gas . For example, improvements can be made in heating furnaces in steel, glass, or cement production, as well as in residential heating systems using gas heating, with the production of the fuel gas also being more cost-effective compared to existing methods. German patent DE 2 220 617 A describes a process for producing hydrogen in which a mixture of methanol and water is passed in vapor form at temperatures of 150 to 350 degrees Celsius and normal or elevated pressure over a catalyst, and unreacted water vapor and carbon dioxide are removed. Various catalysts, such as copper, zinc, and/or manganese, are mentioned for this purpose . Furthermore, German patent DE 690 06 428 T2 describes a hydrogen development electrode that possesses high durability and stability and further reduces energy costs in hydrogen production. P240421-07 Reactor/Fuel Gas Plant 2 The electrode according to the invention has a coating of an oxide of at least one metal selected from nickel and cobalt, to which titanium and zirconium components are additionally added. These electrodes were developed for the electrolysis of sodium chloride or water. German patent DE 10 2015 003 003 B4 relates to an alkaline photoelectrochemical cell, a method for its production, and a method for the light-driven production of hydrogen and oxygen. The main claim is: A photoelectrochemical cell for the light-driven production of hydrogen and oxygen from an aqueous medium in a basic environment, comprising a photoelectrode arranged on the light side , a counter -electrode arranged on the shadow side, a separator arranged between the photoelectrode and the counter-electrode, and a reaction chamber extending on both sides of the separator, which can be filled with the aqueous medium and in which basic conditions prevail when the aqueous medium is filled, wherein the photoelectrode comprises a transparent substrate arranged on the light side, which is coated in the direction of the separator with the following layer sequence: a) a transparent, electrically conductive layer; b) at least one partially transparent, layer-by-layer silicon-based solar cell; c) a coupling layer bordering the reaction chamber; characterized in that the coupling layer is multilayered, namely at least d) with a transparent adhesion-promoting layer applied directly to the aforementioned or another solar cell, which consists of one of the following metals or of an alloy of one or more of these metals: nickel, chromium, tungsten, hafnium; e) with a mirror layer applied directly to the adhesion-promoting layer, which consists of one of the following metals or of an alloy of one or more of these metals: silver, copper, aluminum; f) and with a corrosion-resistant layer applied directly to the mirror layer and bordering the reaction chamber. P240421-07 Reactor/Fuel Gas Plant 3 protective layer made of nickel or a nickel-containing alloy. A method and an arrangement for carrying out the process for electrochemically combining hydrogen and oxygen as electrolysis gas with at least one known fuel gas as carrier gas to form a combined gas is described in DE 10 2015 102 998 A1. In document DE 10 2015 102 999 A1, an arrangement for electrochemically combining two, three or more gases to form a compound gas is described, and in document DE 10 2015 103 000 A1, the method for electrochemically combining two, three or more gases to form a compound gas is described. The invention DE 10 2022 202 398 A1 relates to a method for operating an electrolyzer for the production of hydrogen and oxygen, comprising an anode compartment and a cathode compartment separated from each other by a membrane impermeable to OH, and including at least the following process steps: a) the cathode compartment of the electrolyzer is operated temporarily dry, b) the cathode compartment of the electrolyzer is temporarily at least partially flooded or at least partially humidified, c) wherein the at least partial flooding or at least partial humidification of the cathode compartment of the electrolyzer is effected by metering a liquid medium by means of a metering valve. Furthermore, the invention relates to the use of the method for operating an electrolyzer for the production of hydrogen and oxygen. Furthermore, document WO 2013/000580 A2 describes a device for the production of hydrogen by electrolysis, comprising a direct current source and pulsating direct current as electrical energy for the electrolysis, as well as an electrode chamber with pure electrolyte liquid, which has at least one anode and at least one cathode made of the same or different electrically conductive, low-resistance material. P240421-07 Reactor/Fuel Gas System 4: Between the anode and cathode, at least one neutral plate made of oxidation-resistant, electrically conductive material is arranged. The mutually facing surfaces of the anode, neutral plate, and cathode have a surface structure with a high surface area (in the form of deep crystalline porosity). The invention relates to a process for the production of hydrogen, which is carried out in the device, as well as preferred uses. The object of the invention is to create a reactor system based on an alkaline electrolysis plant and an associated process for the production of a synthetic fuel gas with a high oxygen content from natural gas, biogas, or exhaust gases from an internal combustion engine, using hydrogen and oxygen produced during electrolysis as fuel gas or synthesis gas, wherein, compared to already known processes and systems, the energy input for the production of the fuel gas is significantly reduced and the water input is minimized . Due to a high oxygen content in the fuel gas of over 20 vol%, the energy content of the gas according to the invention is significantly higher than that of mixed gases already used in practice with an oxygen content of less than 5 vol%. By arranging the reactor, including all auxiliary equipment, in a single container, largely standardized prefabrication with the electrolysis system can be carried out at the reactor manufacturer's facility, ensuring compliance with and installation of appropriate safety devices. This enables rapid assembly at the end customer's site. The process for producing a fuel gas with a high oxygen content from the main components methane, hydrogen, and oxygen utilizes an alkaline low-voltage electrolysis system. In this system, the resulting hydrogen and oxygen are not immediately separated from each other as is generally the case, but rather, during electrolysis, the gaseous alkane present in the electrolysis water, e.g., methane or propane, couples to the... P240421-07 Reactor/Fuel Gas Plant 5 Electrolysis gas bubbles form within the individual cells of the reactor housing, creating an atomic compound between the natural gas and the hydrogen and oxygen produced during electrolysis, thus forming a new synthesis gas. This new synthesis gas contains a doubly saturated hydrocarbon. In the resulting compound, H1 and O1 are stabilized and possess a new, bound structure in gaseous form with high energy. The new synthesis gas or fuel gas can be compressed to a pressure of one bar and then, for example, conveyed to the burners of furnaces via appropriate pipelines. The produced fuel gas has an oxygen content greater than 20 vol% and is flammable but not explosive. The reactor plant according to the invention consists, for example, of a 40- foot container containing a reactor with an alkaline electrolysis system, auxiliary system components such as electrolyte tanks, electrolyte storage tanks, gas storage tanks with corresponding piping, pumps, and valves, as well as measuring and control technology, operating and safety systems. Special safety devices, such as flashback arrestors, protect against dangerous flashbacks and backfires. Backflow preventers protect system components, piping systems, and outlets against dangerous gas backflow. An additional, smaller container can be set up to house the measuring, control, and safety equipment. The alkaline electrolysis system integrated into the reactor is a low-voltage system that advantageously operates at 20 V to 30 V and 50 A to 60 A, generates no heat during operation, and achieves an efficiency of over 90%. The electrodes of the electrolysis system are arranged in a multitude of individual cells, each consisting of a molded plastic body. The molded body is advantageously made of GRP (glass fiber reinforced plastic) with a lid. The molded plastic body can have a rib on its outer surface to absorb forces. Each individual cell contains a cathode and an anode with intermediate plates between them. P240421-07 Reactor/Fuel Gas System 6 Advantageously, 5 to 10 intermediate plates are arranged between the cathode and anode. Increasing the number of intermediate plates increases the performance of the electrolysis system, but at the cost of increased material usage. All plates are preferably made of non-magnetic stainless steel and measure 2 m x 1 m. Smaller plate sizes are also conceivable . The thickness of the cathodes and anodes is 1 mm, and the intermediate plates are 0.6 mm. The spacing between plates is 1 mm to 5 mm, advantageously 3 mm. Above 5 mm, the system's efficiency deteriorates. Due to the small spacing and the size of the plates, a capillary action is created between them. The intermediate plates function as a capacitor. The vertical edges of the plates are spaced apart by plastic elements. All plates are advantageously pressed into the individual cells with spacing between them. The number of individual cells in the reactor depends on the desired amount of hydrogen and oxygen to be produced, and thus on the desired amount of fuel gas, and can exceed 100. The stainless steel plates have a surface texture. The reactor housing is filled with an alkaline electrolyte to a volume of 80% to 90% . This creates a fuel gas chamber under the ceiling of the reactor housing above the individual cells. The individual cells are, for example, completely immersed in a soda solution. Each individual cell has at least one opening on its underside and several openings on its top side. The carrier gas is blown into the individual cells through openings in the lance below each cell, via at least one lance serving as the carrier gas supply line. When the electrolysis system is switched on, hydrogen and oxygen are produced. Both gases form an atomic bond with the carrier gas within the individual cells , resulting in a synthetic fuel gas with a high oxygen content. The individual cells have support elements on their outer narrow sides, allowing each cell to be mounted with P240421-07 Reactor/Fuel Gas System 7 These support elements can be braced against a support frame of the reactor housing . Alternatively, the shape of the plastic molded body is designed such that protruding projections are arranged as support elements on the right and left outer edges of the molded body, allowing the individual cell to be easily suspended in a support frame within the reactor housing. Within the reactor housing, individual cells hang side by side, and each individual cell has an electrical connection for the cathode and anode within the cell. In the wall of the fuel gas chamber of the reactor housing, there are two fuel gas outlets just below or in the ceiling of the reactor chamber. A first fuel gas outlet discharges the fuel gas as fuel gas. A second fuel gas outlet allows the fuel gas to be supplied or returned via a pipeline with a gas pump to the carrier gas supply line at the bottom of the reactor housing. Here, a portion of the generated fuel gas is added to the carrier gas, enabling it to pass through the reactor again . In practice, it has been found that recirculating 5 to 10% of the generated fuel gas is advantageous. This partial addition of the new fuel gas mixes with the carrier gas and has a positive effect on the electrochemical reaction of the carrier gas with the hydrogen and oxygen atoms in the individual cells. The individual cells are flooded with an alkaline solution, preferably a 3% soda solution. Soda solution has the advantage of being less aggressive than other alkalis. A concentration higher than 3% reduces the water content and only has a negative impact on the overall performance. The oxygen and hydrogen gases produced when a voltage is applied are then combined with natural gas or another carrier gas, such as exhaust gases from combustion engines, within the individual cells, resulting in electrochemical reactions and the formation of gas compounds. The natural gas also contains components of N₂ and CO₂ . This results in... B. a volume percentage ratio of the individual gas components of methane 30 to 40 vol%, hydrogen 20 to P240421-07 Reactor/Fuel Gas System 8 70 vol%, oxygen 5 to 27 vol%, and the sum of N2 and CO2 of 1 to 5 vol%. Corresponding tests and investigations of this fuel gas showed that it is flammable but not explosive. The technical data for the operating system are: for the inlet of CH4 / C3H8 , a volume of 1 to 5 L at 20 to 40 mbar pressure, the operating pressure in the individual cells at 10 to 100 mbar, and the operating and electrolyte temperatures at 10 to 40 ° C. In the individual cells, a natural compound of H1-O1-H1 atoms is formed , and from a carrier gas, e.g., CH4, a high-energy and safely controllable synthetic fuel gas with the energy content and safe properties of CH4 is produced via electrochemical reactions. The resulting new synthetic fuel gas is a doubly saturated hydrocarbon. In the system, approximately 1 liter per minute of CH₄ and an electrolysis current of approximately 1 kW and approximately 300 liters/hour of H₂O₂ are used to structure new hydrocarbon molecules, consisting of approximately 20 to 30% methane. 70 to 80% of the electrolysis gas molecules then bind to these molecules, thus forming the finished synthesis gas or fuel gas. An electrolyte storage tank is advantageously arranged next to the reactor housing. The electrolyte storage tank has an external electrolyte supply line and at least one electrolyte pipeline with a shut-off valve and pump between the reactor housing and the electrolyte storage tank. Furthermore, a gas storage tank can be arranged next to the reactor housing with corresponding pipeline connections with a valve and pump between the first fuel gas outlet and the gas storage tank, and as a fuel gas outlet to end users. The corresponding measurement, control, and safety technology, including the electrical installation, is housed in the container. The invention described above will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. The accompanying drawings show in Fig. 1 the basic structure of the reactor plant with P240421-07 Reactor/Fuel Gas Plant 9 Electrolysis plant in a reactor housing, an electrolyte storage tank, a gas storage tank and the corresponding piping connections with valves and pumps in a container, Fig. 2 a cross-section through a reactor housing with a side view of a single cell, the electrolyte level and the fuel gas space above it, Fig. 3 a longitudinal section through a container showing the arrangement of some of the single cells with the indicated carrier gas supply to the single cells and the fuel gas outlet and the suspension of the single cells in the reactor housing, Fig. 4 the section through a single cell with plastic molded body, cathode and anode and three intermediate plates and Fig. 5 the representation of the atomic arrangement of the new synthetic fuel gas in the form of a doubly saturated hydrocarbon. In a 40-foot container 1, an alkaline electrolysis plant 3, consisting of a plurality of single cells 4, is installed in a reactor housing 2. This electrolysis system 3 advantageously operates as a low-voltage system at 30 V. However, voltage values between 5 V and 400 V are also conceivable. No heat is generated during the operation of the electrolysis system 3. The efficiency of this system according to the invention is over 90%. The electrodes of the electrolysis system 3 consist of non-magnetic, preferably surface-structured stainless steel plates 6 measuring 2 m x 1 m. Smaller dimensions are also conceivable. The stainless steel plates 6, serving as cathode 6.1 and anode 6.2, preferably have a thickness of 1 mm, and the intermediate plates 6.3 located between the cathode 6.1 and anode 6.2 have the same dimensions as the cathode 6.1 and anode 6.2, but with a thickness of 0.6 mm. In the reactor housing 2, the individual cells 4 are suspended parallel to one another on a support frame 30 and are completely immersed in the electrolyte 8. A 3% sodium bicarbonate solution is preferably used as electrolyte 8. Each P240421-07 Reactor/Fuel Gas System 10 Individual cell 4 consists of a molded plastic body 5 with a lid 5.1, which is firmly welded to the molded plastic body 5. The molded plastic body 5 advantageously has a kind of rim around its outer circumference to reliably absorb any pressure that may arise in the individual cells during electrolysis. The cathode 6.1, the anode 6.2, and intermediate plates 6.3 are pressed into this molded plastic body 5. The number of intermediate plates 6.3 varies between two and twenty. The intermediate plates 6.3 function as capacitor plates. In practice, three or up to five intermediate plates 6.3 have proven advantageous . All plates 6 are reliably spaced apart from one another by plastic elements 7. The plastic elements 7 extend continuously along the narrow sides of the plates 6. Plastic elements 7 are provided at intervals on the underside and top side of the plates 6. The plastic molded body 5 of each individual cell 4 has at least one opening on its narrow underside for the inflow of the carrier gas 11 and several openings on its narrow top side for the outlet of the resulting synthetic fuel gas 25 from the individual cell 4. Electrical connections 28 for the cathode 6.1 and anode 6.2 are provided on each individual cell 4. The reactor housing 2 is filled to 80% to 90% with the alkaline electrolyte 8 and floods all individual cells 4. Thus, a fuel gas chamber 9 exists under the ceiling of the reactor housing 2. A first fuel gas outlet 10 is provided on this fuel gas chamber 9 for the discharge and further use of the fuel gas 25 as fuel gas 25. A carrier gas supply line 11 is provided at the bottom of the reactor housing 2, wherein this carrier gas supply line 11 extends within the reactor housing 2 from the first individual cell 4 to the last individual cell 4 in the form of at least one lance 12 with outlet openings below the plurality of individual cells 4. In addition to the first fuel gas outlet 10, a further, a second fuel gas outlet 13 is advantageously provided, which via P240421-07 Reactor/Fuel Gas Plant 11: A pipeline 14 for fuel gas 25 forms a connection to the carrier gas supply line 11, and a gas pump 15 is integrated into this pipeline 14. A portion of the generated fuel gas 25 is returned to the carrier gas supply line 11 via this pipeline 14 and passed through the reactor housing 2 again. This fuel gas 25, which passes through the reactor housing 2 again, varies between 5 and 10% of the total fuel gas 25 produced and positively influences the subsequent fuel gas production. An electrolyte storage tank 16 can be arranged next to the reactor housing 2. At least one electrolyte pipeline 17 with a shut-off valve 18 and a pump 29 is provided between the reactor housing 2 and the electrolyte storage tank 16. The electrolyte storage tank 16 has an electrolyte supply line 19. Furthermore, a gas storage tank 27 can be arranged in the container 1. The gas storage tank 27 has a supply line 14 from the first fuel gas outlet 10 via a gas pump 15 and a valve 18, and a discharge for the fuel gas 25. The fuel gas 25 is routed via the first fuel gas outlet 10, for example, to a furnace in a glass plant. Special safety devices 26, such as flashback arrestors, are installed in the container 1 and protect against dangerous flashbacks and backfires. Backflow preventers protect plant components, pipelines 14, and extraction points against dangerous gas backflow. The reactor system, with its measurement and control technology 26, including the safety technology 26 and electrical installation 28 for individual components of the reactor system, is installed in the container 1 or in an additional container 1. The process for producing a fuel gas 25 from a carrier gas 11 and with hydrogen and oxygen produced by an electrolysis plant 3, using a reactor, takes place by supplying the fuel gas via the carrier gas supply line 11. B. Natural gas 11 from the local gas network or another P240421-07 Reactor/Fuel Gas System 12 Carrier gas 11, e.g., C3H8, biogas 11, or exhaust gases from combustion engines 11, is fed into the reactor housing 2, whereby, for example, 100 m³ /h of natural gas 11 is supplied to the reactor housing 2 below the individual cells 4 via a valve 18, and the electrolysis system 3 is supplied with 200 kW/h of electrical energy . The incoming natural gas 11 between the plates 6 of the electrolysis system 3 in the individual cells 4 forms atomic compounds with the split hydrogen and oxygen atoms from the soda-water solution 8, thus forming a fuel gas 25 within the individual cells 4. Above the electrolyte 8 in the reactor housing 2 , the fuel gas 25 collects in the fuel gas chamber 9 at a rate of 200 m³/h at the specified connection values. As the amount of natural gas supplied and the electrical connection values increase , the amount of fuel gas 25 produced increases linearly. The CO3 from the soda ( Na2CO3 ) is broken down and used for the new synthetic gas. From fuel gas chamber 9, a portion of the fuel gas 25 is routed via the first fuel gas outlet 10 to the burners of an end user, and a portion of the fuel gas 25, approximately 5 to 10% of the total fuel gas 25 produced, is routed via the second fuel gas outlet 13 and the pipeline 14 from fuel gas chamber 9 to the carrier gas supply line 11. In the carrier gas supply line 11 and the lance 12, the fuel gas 25 mixes with the carrier gas 11. The fuel gas 25 from the fuel gas chamber 9 and the carrier gas 11 are mixed and passed through the plates 6.1, 6.2, and 6.3 of the individual cells 4 of the electrolysis unit 3, where they form atomic compounds with the hydrogen and oxygen together with the carrier gas 11. The fuel gas 25, which is routed from the fuel gas chamber 9 via the second fuel gas outlet 13, adjusts its quality to match that of the carrier gas 11. In practice, it has been observed that without the partial recirculation of the generated fuel gas 25, its quality decreases and the generated fuel gas 25 becomes more aggressive. The new inventive process utilizes the electrolysis gas consisting of H1-O1-H1 atoms and a carrier gas 11, e.g., B. CH 4 or C 3 H 8 , by means of electrochemical reactions a high-energy P240421-07 Reactor/fuel gas plant 13 and safely controllable synthetic fuel gas 25 with the energy content and safe properties of CH4 or C3H8 . From approximately 1 L per minute of CH4 and an electrolysis current of approximately 1 kW, approximately 300 L/h of H1O1H1 are produced and structure new hydrocarbon molecules in the individual cells 4 of the reactor. These hydrocarbons consist of approximately 20 to 30% methane , to which 70 to 80% of electrolysis gas molecules then bind, thus forming the new synthetic fuel gas 25. In contrast to previously carried out alkaline water electrolysis processes, the process according to the invention does not separate the generated hydrogen and oxygen. Through the controlled enrichment of the electrolysis water with a gaseous alkane, this hydrocarbon couples to the resulting electrolysis gas bubbles in such a way that a new synthesis gas is formed directly in the individual cell. In this process, the CO₂ from the soda is also broken down and used for the production of new synthesis gas. The fuel gas 25 produced by electrolysis plant 3, using natural gas 11 as carrier gas 11, has a mixture volume with the following gas composition: methane 30 to 40 vol%, hydrogen 1 to 70 vol%, oxygen 1 to 27 vol%, and N₂ , CO₂, and other gases 0 to 5 vol%. The fuel gas 25, which is to be supplied to the end user, can be further compressed to a pressure of 0.5 to 1 bar.
P240421-07Reaktor/Brenngasanlage 14 Zusammenstellung der Bezugszeichen 1 – Container, Zusatzcontainer 2 – Reaktorgehäuse 3 – Elektrolyseanlage 4 – Einzelzelle 5 – Kunststoffformköper 5.1 – Deckel des Kunststoffformkörpers 6 – Edelstahlplatte, Platte 6.1 – Kathode 6.2 – Anode 6.3 – Zwischenplatte 7 – Kunststoffelement 8 – Elektrolyt, Soda-Wasser-Lösung 9 – Brenngasraum, Gasraum 10 – erster Brenngasausgang 11 – Trägergaszuleitung, Trägergas, Erdgas, Biogas, Abgase von Verbrennungsmotoren 12 – Lanze 13 – zweiter Brenngasausgang 14 – Rohrleitung, Zuleitung 15 – Gaspumpe 16 – Elektrolytspeicher 17 – Elektrolytrohrleitung 18 – Absperrventil, Ventil 19 – Elektrolytzuleitung 23 – Elektrolytbehälter 25 – Brenngas 26 – Mess- und Regeltechnik, Sicherheitstechnik 27 – Gasspeicher 28 – Elektroanschluss, Elektroinstallation 29 – Pumpe 30 – Trägerrahmen 31 – Tragelement
P240421-07 Reactor/Fuel Gas Plant 14 Compilation of reference numerals 1 – Container, auxiliary container 2 – Reactor housing 3 – Electrolysis plant 4 – Single cell 5 – Plastic molded body 5.1 – Cover of the plastic molded body 6 – Stainless steel plate, plate 6.1 – Cathode 6.2 – Anode 6.3 – Intermediate plate 7 – Plastic element 8 – Electrolyte, soda-water solution 9 – Fuel gas chamber, gas chamber 10 – First fuel gas outlet 11 – Carrier gas supply line, carrier gas, natural gas, biogas, exhaust gases from combustion engines 12 – Lance 13 – Second fuel gas outlet 14 – Pipeline, supply line 15 – Gas pump 16 – Electrolyte storage 17 – Electrolyte pipeline 18 – Shut-off valve, valve 19 – Electrolyte supply line 23 – Electrolyte tank 25 – Fuel gas 26 – Measuring and Control technology, safety technology 27 – Gas storage 28 – Electrical connection, electrical installation 29 – Pump 30 – Support frame 31 – Support element