用于裂解氣體的設(shè)備和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于裂解氣體，尤其是裂解來(lái)自含碳原料的氣化工藝的氣體的設(shè)備和方法。具體地，提供了一種用于裂解氣體的具有含碳?xì)怏w供給管線的設(shè)備，借助于該設(shè)備，第一填料的氣體能夠被輸送到熱IC存體(thermal storage mass)、第一燃燒室和反應(yīng)器，該第一燃燒室布置在該氣體流動(dòng)方向的下游，并且具有能夠調(diào)節(jié)另一含氧氣體的供給裝置，借助于該供給裝置，通過(guò)供給亞化學(xué)計(jì)量的氧氣進(jìn)行該含碳?xì)怏w的部分氧化，該反應(yīng)器布置在該第一燃燒室在該氣體流動(dòng)方向上的下游，該反應(yīng)器具有催化活性材料填料，用于催化裂解該含碳?xì)怏w的雜質(zhì)。
【背景技術(shù)】
[0002]氣體，尤其是含碳原料的氣化工藝的氣體可能被一些物質(zhì)污染，雖然根據(jù)污染的性質(zhì)不能排除氣體的能量應(yīng)用，但仍然阻止這些氣體在生產(chǎn)例如甲醇、柴油或汽油中的進(jìn)一步材料應(yīng)用。然而，即使在這些氣體的能量應(yīng)用的情況下，也有必要除去這些雜質(zhì)以防止例如損壞和/或沉積在渦輪機(jī)或活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)。因此，根據(jù)應(yīng)用的性質(zhì)，可能需要從氣體中除去這些雜質(zhì)。尤其在材料應(yīng)用的情況下，對(duì)氣體質(zhì)量的要求非常高，否則化學(xué)轉(zhuǎn)化所使用的催化劑壽命顯著降低。
[0003]尤其在通過(guò)諸如生物質(zhì)、煤或塑料廢物的含碳原料的氣化工藝產(chǎn)生的氣體的情況下，可能存在諸如例如nh3、hcn、h2s、cos、鹵素、堿、焦油及其他等雜質(zhì)以及灰塵，并且在這種情況下，尤其是除去上述焦油在除去過(guò)程中很重要。
[0004]尤其，氣化工藝應(yīng)理解為例如生物質(zhì)、煤或塑料廢物的含碳原料的熱化學(xué)氣化。
[0005]焦油在下面被理解為有機(jī)成分，尤其是環(huán)狀芳香烴和多環(huán)芳香烴的復(fù)雜多物質(zhì)混合物。
[0006]例如，具有焦油的氣化工藝中包含氣體以及含碳原料的裝料也取決于氣化條件和氣化器類型。氣流中的焦油含量可以為例如介于lg/m3和100g/m3之間。減少氣體中焦油的措施已經(jīng)是現(xiàn)有技術(shù)已知的。它們?cè)谠瓌t上可以被分為主要措施和次要措施。主要措施被理解為在氣化工藝期間已經(jīng)應(yīng)用的技術(shù)。次要措施布置在相對(duì)于氣化器的下游。次要措施可以被分成兩大類:物理方法和裂解/重整。
[0007]物理氣體清潔措施包括靜電除塵器、旋風(fēng)分離器、過(guò)濾器以及水基和油基清洗裝置。這些方法具有不容易進(jìn)行后續(xù)能量進(jìn)一步利用和材料進(jìn)一步利用的缺點(diǎn)。
[0008]在裂解/重整的情況下，熱裂解和催化裂解/重整之間是有區(qū)別的。在完全熱裂解的情況下，在不存在催化活性物質(zhì)的情況下進(jìn)行裂解，需要至少1000°c的溫度。例如，對(duì)于萘的完全轉(zhuǎn)化，甚至需要高于1400°c的溫度。與此相關(guān)的高能量需要經(jīng)常涉及熱值損失。此外，在熱裂解期間，以固體碳沉積物形式形成不希望的副產(chǎn)物會(huì)顯著增加。
[0009]在催化除去焦油的情況下，在例如800°C至900°C的溫度下使焦油在催化活性物質(zhì)上發(fā)生反應(yīng)。所使用的催化劑可以是例如諸如白云石或橄欖石的天然礦物形式或者諸如Ni蒸汽重整催化劑的合成催化劑形式。然而，由于硫的鈍化作用和/或焦油的過(guò)度填充，合成催化劑仍然不具有足夠的壽命。
[0010]因此，各種嘗試對(duì)于開發(fā)具有較長(zhǎng)壽命的特殊焦油重整催化劑的現(xiàn)有技術(shù)是已知的。在公布WO 2009/132959中已經(jīng)提出一個(gè)實(shí)例。
[0011]所有裂解/重整方法的缺點(diǎn)是為達(dá)到高反應(yīng)溫度的能量消耗。
[0012]為了能夠達(dá)到這些高溫度，在例如專利說(shuō)明書DE 10 2004 026 646中已經(jīng)提出燃燒(即通過(guò)氧過(guò)量)例如二噁英或呋喃的熱排氣清潔的方法。因而，所引入原料的一部分被用作燃料，并且不可再用于進(jìn)一步的能量應(yīng)用或材料應(yīng)用。
[0013]專利說(shuō)明書DE 195 21 673描述了一種廢氣的再生清潔的方法，其中，使用兩個(gè)大的貯存體和一個(gè)小的貯存體以在燃燒污染物之前加熱廢氣，并且在燃燒之后再次冷卻廢氣以利用廢熱進(jìn)行下一步驟的加熱目的。結(jié)果，同樣應(yīng)該達(dá)到較高水平的能量效率。
[0014]此外，能夠?qū)в薪褂偷漠a(chǎn)物氣體輸送經(jīng)過(guò)冷的徑向填料，使得焦油冷凝出來(lái)。在第二步驟中將空氣或氧氣輸送經(jīng)過(guò)該填料，由此氧化焦油。已發(fā)現(xiàn)的缺點(diǎn)是僅可以清潔帶有低焦油的氣體和僅使用焦油的能量的這一事實(shí)。
[0015]在說(shuō)明書WO 02/051965中描述了一種在固定床反應(yīng)器中以逆流進(jìn)行裂解的方法。在這種情況下，將待裂解的氣體輸送經(jīng)過(guò)填料進(jìn)入燃燒室，其中，通過(guò)添加氧氣維持溫度。然后，將氣體輸送離開燃燒室經(jīng)過(guò)第二填料。由于固定床中貯存的熱和周期性逆流，所以可進(jìn)行高水平的熱回收。為了實(shí)際上實(shí)現(xiàn)連續(xù)操作，額外地將第三填料用于沖洗目的。
[0016]已發(fā)現(xiàn)，說(shuō)明書WO 02/051965中提出的方法的缺點(diǎn)為在低溫下相對(duì)于所需的裂解產(chǎn)物的選擇性不充分，這表現(xiàn)為明顯更傾向于形成固體碳沉積物。這在氣體加熱期間尤其顯著。在這種情況下，焦化率取決于多個(gè)參數(shù)，諸如填充材料、焦油組成和濃度、氣體組成、溫度和停留時(shí)間。從長(zhǎng)期來(lái)看，在這種情況下，焦炭的形成會(huì)導(dǎo)致經(jīng)過(guò)填料的壓力損失上升。此外，氣體中包含的灰塵會(huì)沉積在填料上，使得在這種情況下會(huì)發(fā)生額外的壓力損失。此外，使用催化材料作為貯存材料是有限的，因?yàn)樗鼈儽仨毥?jīng)常用于確定的溫度窗口。因此，由于填料中的溫度梯度，僅小體積和短停留時(shí)間是可能的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]本發(fā)明的目的是提供利用烴的設(shè)備和方法，使得效率水平和有效性水平都很高。此外，一個(gè)目的是進(jìn)一步最小化裂解或重整方法的能量消耗和熱量損失，以及提高下面工藝的氣體質(zhì)量。進(jìn)一步的目的是最小化不希望的焦油副產(chǎn)品的形成，以及提供能夠在裂解氣體設(shè)備內(nèi)部的最佳反應(yīng)溫度下放置充足體積的催化有效物質(zhì)。
[0018]此外，應(yīng)該提供一種通過(guò)廣泛更新的再生方法為工藝供給所需熱量的方法，以及一種能夠執(zhí)行此類型方法的設(shè)備。
[0019]這些目的是通過(guò)一種用于裂解氣體的具有含碳?xì)怏w供給管線的設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)，借助于該設(shè)備，該氣體能夠被供給到:第一熱交換器，該第一熱交換器具有熱貯存體填料；第一燃燒室，該第一燃燒室布置在該氣體的流動(dòng)方向上的下游，該第一燃燒室具有另一含氧氣體的供給裝置，尤其是能夠控制且優(yōu)選能夠調(diào)節(jié)的供給裝置，借助于該供給裝置，通過(guò)提供亞化學(xué)計(jì)量的氧氣進(jìn)行含碳?xì)怏w的部分氧化；以及反應(yīng)器，該反應(yīng)器布置在第一燃燒室在氣體的流動(dòng)方向上的下游，并且該反應(yīng)器具有用于催化裂解含碳?xì)怏w的雜質(zhì)的催化活性材料的填料，其特征在于，第二燃燒室，該第二燃燒室具有含氧氣體的供給裝置，尤其是能夠控制并且尤其優(yōu)選能夠調(diào)節(jié)的供給裝置，借助于該供給裝置，通過(guò)提供亞化學(xué)計(jì)量的氧氣對(duì)催化制備的含碳?xì)怏w進(jìn)行部分氧化，該第二燃燒室布置在反應(yīng)器在含碳?xì)怏w的流動(dòng)方向上的下游；以及第二熱交換器，該第二熱交換器具有熱貯存體填料，布置在第二燃燒室在該氣體的流動(dòng)方向上的下游，其中，含碳?xì)怏w的流動(dòng)方向至少在圍住該第一和第二熱交換器、該第一和第二燃燒室以及該反應(yīng)器的區(qū)域中能夠逆向。有利的是，該設(shè)備具有至少一個(gè)閥，并且在特別有利的方式中具有多個(gè)閥，以便使上述設(shè)備流動(dòng)逆向。
[0020]由于此裝置，帶有焦油的氣體能夠被供給經(jīng)過(guò)填料至燃燒室，在填料中，已經(jīng)可以發(fā)生第一裂解反應(yīng)，在燃燒室中，優(yōu)選通過(guò)恒定注入亞化學(xué)計(jì)量的含氧氣體進(jìn)行溫度設(shè)定。在該氣體進(jìn)入對(duì)氣體中存在的雜質(zhì)提供催化裂解的反應(yīng)器之前，該氣體中包含的焦油已經(jīng)能夠在該燃燒室中發(fā)生至少部分的熱裂