用于裂解气体的设备和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于裂解气体，尤其是裂解来自含碳原料的气化工艺的气体的设备和方法。具体地，提供了一种用于裂解气体的具有含碳气体供给管线的设备，借助于该设备，第一填料的气体能够被输送到热IC存体(thermal storage mass)、第一燃烧室和反应器，该第一燃烧室布置在该气体流动方向的下游，并且具有能够调节另一含氧气体的供给装置，借助于该供给装置，通过供给亚化学计量的氧气进行该含碳气体的部分氧化，该反应器布置在该第一燃烧室在该气体流动方向上的下游，该反应器具有催化活性材料填料，用于催化裂解该含碳气体的杂质。
【背景技术】
[0002]气体，尤其是含碳原料的气化工艺的气体可能被一些物质污染，虽然根据污染的性质不能排除气体的能量应用，但仍然阻止这些气体在生产例如甲醇、柴油或汽油中的进一步材料应用。然而，即使在这些气体的能量应用的情况下，也有必要除去这些杂质以防止例如损坏和/或沉积在涡轮机或活塞式发动机。因此，根据应用的性质，可能需要从气体中除去这些杂质。尤其在材料应用的情况下，对气体质量的要求非常高，否则化学转化所使用的催化剂寿命显著降低。
[0003]尤其在通过诸如生物质、煤或塑料废物的含碳原料的气化工艺产生的气体的情况下，可能存在诸如例如nh3、hcn、h2s、cos、卤素、碱、焦油及其他等杂质以及灰尘，并且在这种情况下，尤其是除去上述焦油在除去过程中很重要。
[0004]尤其，气化工艺应理解为例如生物质、煤或塑料废物的含碳原料的热化学气化。
[0005]焦油在下面被理解为有机成分，尤其是环状芳香烃和多环芳香烃的复杂多物质混合物。
[0006]例如，具有焦油的气化工艺中包含气体以及含碳原料的装料也取决于气化条件和气化器类型。气流中的焦油含量可以为例如介于lg/m3和100g/m3之间。减少气体中焦油的措施已经是现有技术已知的。它们在原则上可以被分为主要措施和次要措施。主要措施被理解为在气化工艺期间已经应用的技术。次要措施布置在相对于气化器的下游。次要措施可以被分成两大类:物理方法和裂解/重整。
[0007]物理气体清洁措施包括静电除尘器、旋风分离器、过滤器以及水基和油基清洗装置。这些方法具有不容易进行后续能量进一步利用和材料进一步利用的缺点。
[0008]在裂解/重整的情况下，热裂解和催化裂解/重整之间是有区别的。在完全热裂解的情况下，在不存在催化活性物质的情况下进行裂解，需要至少1000°c的温度。例如，对于萘的完全转化，甚至需要高于1400°c的温度。与此相关的高能量需要经常涉及热值损失。此外，在热裂解期间，以固体碳沉积物形式形成不希望的副产物会显著增加。
[0009]在催化除去焦油的情况下，在例如800°C至900°C的温度下使焦油在催化活性物质上发生反应。所使用的催化剂可以是例如诸如白云石或橄榄石的天然矿物形式或者诸如Ni蒸汽重整催化剂的合成催化剂形式。然而，由于硫的钝化作用和/或焦油的过度填充，合成催化剂仍然不具有足够的寿命。
[0010]因此，各种尝试对于开发具有较长寿命的特殊焦油重整催化剂的现有技术是已知的。在公布WO 2009/132959中已经提出一个实例。
[0011]所有裂解/重整方法的缺点是为达到高反应温度的能量消耗。
[0012]为了能够达到这些高温度，在例如专利说明书DE 10 2004 026 646中已经提出燃烧(即通过氧过量)例如二噁英或呋喃的热排气清洁的方法。因而，所引入原料的一部分被用作燃料，并且不可再用于进一步的能量应用或材料应用。
[0013]专利说明书DE 195 21 673描述了一种废气的再生清洁的方法，其中，使用两个大的贮存体和一个小的贮存体以在燃烧污染物之前加热废气，并且在燃烧之后再次冷却废气以利用废热进行下一步骤的加热目的。结果，同样应该达到较高水平的能量效率。
[0014]此外，能够将带有焦油的产物气体输送经过冷的径向填料，使得焦油冷凝出来。在第二步骤中将空气或氧气输送经过该填料，由此氧化焦油。已发现的缺点是仅可以清洁带有低焦油的气体和仅使用焦油的能量的这一事实。
[0015]在说明书WO 02/051965中描述了一种在固定床反应器中以逆流进行裂解的方法。在这种情况下，将待裂解的气体输送经过填料进入燃烧室，其中，通过添加氧气维持温度。然后，将气体输送离开燃烧室经过第二填料。由于固定床中贮存的热和周期性逆流，所以可进行高水平的热回收。为了实际上实现连续操作，额外地将第三填料用于冲洗目的。
[0016]已发现，说明书WO 02/051965中提出的方法的缺点为在低温下相对于所需的裂解产物的选择性不充分，这表现为明显更倾向于形成固体碳沉积物。这在气体加热期间尤其显著。在这种情况下，焦化率取决于多个参数，诸如填充材料、焦油组成和浓度、气体组成、温度和停留时间。从长期来看，在这种情况下，焦炭的形成会导致经过填料的压力损失上升。此外，气体中包含的灰尘会沉积在填料上，使得在这种情况下会发生额外的压力损失。此外，使用催化材料作为贮存材料是有限的，因为它们必须经常用于确定的温度窗口。因此，由于填料中的温度梯度，仅小体积和短停留时间是可能的。
【发明内容】
[0017]本发明的目的是提供利用烃的设备和方法，使得效率水平和有效性水平都很高。此外，一个目的是进一步最小化裂解或重整方法的能量消耗和热量损失，以及提高下面工艺的气体质量。进一步的目的是最小化不希望的焦油副产品的形成，以及提供能够在裂解气体设备内部的最佳反应温度下放置充足体积的催化有效物质。
[0018]此外，应该提供一种通过广泛更新的再生方法为工艺供给所需热量的方法，以及一种能够执行此类型方法的设备。
[0019]这些目的是通过一种用于裂解气体的具有含碳气体供给管线的设备来实现，借助于该设备，该气体能够被供给到:第一热交换器，该第一热交换器具有热贮存体填料；第一燃烧室，该第一燃烧室布置在该气体的流动方向上的下游，该第一燃烧室具有另一含氧气体的供给装置，尤其是能够控制且优选能够调节的供给装置，借助于该供给装置，通过提供亚化学计量的氧气进行含碳气体的部分氧化；以及反应器，该反应器布置在第一燃烧室在气体的流动方向上的下游，并且该反应器具有用于催化裂解含碳气体的杂质的催化活性材料的填料，其特征在于，第二燃烧室，该第二燃烧室具有含氧气体的供给装置，尤其是能够控制并且尤其优选能够调节的供给装置，借助于该供给装置，通过提供亚化学计量的氧气对催化制备的含碳气体进行部分氧化，该第二燃烧室布置在反应器在含碳气体的流动方向上的下游；以及第二热交换器，该第二热交换器具有热贮存体填料，布置在第二燃烧室在该气体的流动方向上的下游，其中，含碳气体的流动方向至少在围住该第一和第二热交换器、该第一和第二燃烧室以及该反应器的区域中能够逆向。有利的是，该设备具有至少一个阀，并且在特别有利的方式中具有多个阀，以便使上述设备流动逆向。
[0020]由于此装置，带有焦油的气体能够被供给经过填料至燃烧室，在填料中，已经可以发生第一裂解反应，在燃烧室中，优选通过恒定注入亚化学计量的含氧气体进行温度设定。在该气体进入对气体中存在的杂质提供催化裂解的反应器之前，该气体中包含的焦油已经能够在该燃烧室中发生至少部分的热裂