DE102014112436A1

DE102014112436A1 - Verfahren zur Herstellung aromatischer Kohlenwasserstoffe

Info

Publication number: DE102014112436A1
Application number: DE102014112436.7A
Authority: DE
Inventors: Jens Assmann; Leslaw Mleczko; Rainer Bellinghausen
Original assignee: Bayer Technology Services GmbH
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 2014-08-29
Filing date: 2014-08-29
Publication date: 2016-03-03

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung aromatischer Kohlenwasserstoffe umfasst die Schritte: Einleiten eines Eduktgases, welches C1- bis C4-Kohlenwasserstoffe umfasst, in einen Reaktor; Kontaktieren des Eduktgases mit einem Katalysator, wobei ein Produktgas erhalten wird, welches aromatische Kohlenwasserstoffe, Wasserstoff und nicht umgesetzte C1- bis C4-Kohlenwasserstoffe umfasst; Abtrennen der aromatischen Kohlenwasserstoffe von dem Produktgas, wobei ein Abgas erhalten wird, welches Wasserstoff und nicht umgesetzte C1- bis C4-Kohlenwasserstoffe umfasst. Das Kontaktieren des Eduktgases mit einem Katalysator geschieht in einem Reaktor, welcher zumindest teilweise elektrisch beheizt wird und zumindest ein Teil des Abgases wird vorzugsweise in einer Verbrennungsmaschine eines Generators unter Erzeugung elektrischer Energie verbrannt. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Reaktor zur Herstellung aromatischer Kohlenwasserstoffe und ein System zur gekoppelten Herstellung von aromatischen Kohlenwasserstoffen und insbesondere elektrischer Energie.

Description

Die Arbeiten, die zu dieser Erfindung geführt haben, wurden gemäß der Finanzhilfevereinbarung Nr. 229183 im Zuge des Siebten Rahmenprogramms der Europäischen Union (FP7/2007-2013)-NEXT-GTL (Innovative Catalytic Technologies & Materials for Next Gas to Liquid Processes) gefördert.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung aromatischer Kohlenwasserstoffe, umfassend die Schritte: Einleiten eines Eduktgases, welches C₁- bis C₄-Kohlenwasserstoffe umfasst, in einen Reaktor; Kontaktieren des Eduktgases mit einem Katalysator, wobei ein Produktgas erhalten wird, welches aromatische Kohlenwasserstoffe, Wasserstoff und nicht umgesetzte C₁- bis C₄-Kohlenwasserstoffe umfasst und Abtrennen der aromatischen Kohlenwasserstoffe von dem Produktgas, wobei ein Abgas erhalten wird, welches Wasserstoff und nicht umgesetzte C₁- bis C₄-Kohlenwasserstoffe umfasst. Sie betrifft weiterhin einen im Wesentlichen elektrisch beheizten Reaktor zur Herstellung aromatischer Kohlenwasserstoffe und ein System zur gekoppelten Herstellung von aromatischen Kohlenwasserstoffen und insbesondere elektrischer Energie.
Aromatische Kohlenwasserstoffe wie Benzol, Toluol, Ethylbenzol, Styrol, Xylol und Naphthalin stellen bedeutende Zwischenprodukte in der chemischen Industrie dar, deren Bedarf nach wie vor steigt. In der Regel werden sie durch katalytische Reformierung aus Naphtha gewonnen, das seinerseits aus Erdöl erhalten wird. Neuere Untersuchungen zeigen, dass die weltweiten Erdölvorräte im Vergleich zu den Erdgasvorraten stärker begrenzt sind. Daher ist die Herstellung von aromatischen Kohlenwasserstoffen aus Edukten, die aus Erdgas gewonnen werden können, eine inzwischen auch wirtschaftlich interessante Alternative. Die Hauptkomponente von Erdgas stellt üblicherweise Methan dar.
Eine mögliche Reaktionsroute zur Gewinnung von Aromaten aus Aliphaten stellt die nicht-oxidative Dehydroaromatisierung (DHAM) dar. Die Umsetzung erfolgt hierbei unter nicht-oxidativen Bedingungen, insbesondere unter Ausschluss von Sauerstoff. Bei der DHAM findet eine Dehydrierung und Cyclisierung der Aliphaten zu den entsprechenden Aromaten unter Freisetzung von Wasserstoff statt.
Ein Überblick über den Stand der Forschung wird in dem Review-Artikel „Recent progress in methane dehydroaromatization: From laboratory curiosities to promising technology" von Xinhe Bao et al., Journal of Energy Chemistry 22(2013)1–20, gegeben.
Die Methan-Direktaromatisierung oder Methan-Dehydroaromatisierung (MDA), bei der Methan zu Benzol cyclisiert, zeichnet sich gegenwärtig durch geringe Umsatzraten von ca. 10% Methan-Umsatz aus. Somit werden große Mengen an Gas benötigt und nur kleine Raumzeitausbeuten erreicht. Zudem ist die Reaktion endotherm, so dass bei einer hohen Reaktionstemperatur von 700 bis 800 °C Wärme zugeführt werden muss. Schließlich müssen niedrige VHSV-Werte eingestellt werden (volume hourly space velocity; hier im Bereich von 1500 Nm³/h/t Katalysator) und nach kürzeren Perioden (1 bis 8 Stunden) der Katalysator ausgetauscht werden.
Bisher wurden im technischen Maßstab ausschließlich Wirbelschichtreaktoren vorgeschlagen. WO 2009/076005 A1 beispielsweise schlägt vor, dass Methan in einem zirkulierenden Wirbelschichtreaktor, der einen Dehydroaromatisierungskatalysator enthält, unter Bedingungen in Kontakt gebracht wird, die ausreichen, um Methan zu dehydroaromatisieren und mindestens eine flüssige aromatische Verbindung und Wasserstoff zu erzeugen. Wie der zirkulierende Wirbelschichtreaktor betrieben werden soll, wird nicht in dieser Patentanmeldung offenbart. Modellversuche zu bestimmten Katalysatoren werden in einem Festbettreaktor durchgeführt. Das aus WO 2009/076005 A1 erteilte europäische Patent EP 2 229 349 B1 wurde dahingehend eingeschränkt, dass der Katalysator Montmorillonit, eine nicht-zeolithische Molybdänverbindung und mindestens einen Zeolith umfasst, der mindestens ein Element aus der aus Chrom, Molybdän, Eisen, Kobalt, Nickel, Zink, Rhenium, Ruthenium. Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium, Platin, Wolfram und Vanadium bestehenden Gruppe umfasst.
Generell kann die Wärmezufuhr in einen chemischen Reaktor durch Verbrennungswärme oder durch elektrisches Beheizen erfolgen. Elektrisch beheizte Reaktoren sind zum Beispiel solche Reaktoren, die in WO 2013/135660 A1 und in WO 2013/135668 A1 offenbart sind.
WO 2013/135660 A1 betrifft einen Strömungsreaktor zur Reaktion eines Reaktanden umfassenden Fluids, umfassend in Strömungsrichtung des Fluids gesehen eine Mehrzahl von Heizebenen, welche mittels Heizelementen elektrisch beheizt werden und wobei die Heizebenen von dem Fluid durchströmbar sind, wobei an mindestens einem Heizelement ein Katalysator angeordnet ist und dort beheizbar ist. Mindestens einmal ist eine Zwischenebene zwischen zwei Heizebenen angeordnet, wobei die Zwischenebene ebenfalls von dem Fluid durchströmbar ist.
WO 2013/135668 A1 beschreibt ein chemisches Reaktorsystem, umfassend einen ersten Strömungsreaktor zur Reaktion eines Reaktanden umfassenden Fluids und einen stromab vom ersten Strömungsreaktor und/oder parallel mit diesem verbundenen zweiten Strömungsreaktor zur Reaktion eines Reaktanden umfassenden Fluids. Der zweite Strömungsreaktor umfasst, gesehen in Strömungsrichtung des Fluids, eine Mehrzahl von Heizebenen, welche mittels Heizelementen elektrisch beheizt werden und wobei die Heizebenen von dem Fluid durchströmbar sind. An mindestens einem Heizelement ist ein Katalysator angeordnet und ist dort beheizbar. Mindestens einmal ist eine Zwischenebene zwischen zwei Heizebenen angeordnet und die Zwischenebene ist ebenfalls von dem Fluid durchströmbar. In der Zwischenebene kann ebenfalls Katalysator angeordnet sein, um die im Fluid gespeicherte Energie für einen weiteren Reaktionsumsatz zu nutzen und damit das Temperaturprofil zu regeln.
Bei einem elektrischen Beheizen des Reaktors muss immer die Frage beantwortet werden, aus welcher Quelle der erforderliche elektrische Strom erhalten wird. Dieses hat Auswirkungen auf die Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen für ein geplantes Verfahren.
Im Stand der Technik besteht weiterhin ein Bedarf an wirtschaftlicheren Verfahren zur Methan-Dehydroaromatisierung. Die vorliegende Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein solches Verfahren bereitzustellen.
Erfindungsgemäß gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung aromatischer Kohlenwasserstoffe, umfassend die Schritte:

– Einleiten eines Eduktgases, welches C₁- bis C₄-Kohlenwasserstoffe umfasst, in einen Reaktor;
– Kontaktieren des Eduktgases mit einem Katalysator, wobei ein Produktgas erhalten wird, welches aromatische Kohlenwasserstoffe, Wasserstoff und nicht umgesetzte C₁- bis C₄-Kohlenwasserstoffe umfasst;
– Abtrennen der aromatischen Kohlenwasserstoffe von dem Produktgas, wobei ein Abgas erhalten wird, welches Wasserstoff und nicht umgesetzte C₁- bis C₄-Kohlenwasserstoffe umfasst;

Vorzugsweise erfolgt das thermische Nutzen zumindest eines Teils des Abgases dadurch, dass das Abgas in einer Verbrennungsmaschine eines Generators unter Erzeugung elektrischer Energie verbrannt wird.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird das nicht umgesetzte Eduktgas keiner aufwendigen Abtrennung vom durch die Reaktion erhaltenen Wasserstoffgas unterzogen. Stattdessen wird das Abgas nutzbringend verwertet. Die elektrische Energie kann in ein Stromnetz eingespeist und somit verkauft werden und/oder zur Beheizung des Reaktors verwendet werden. Auf diese Weise verbessert sich die ökonomische Bilanz des MDA-Verfahrens.
Es ist vorgesehen, dass der Reaktor zumindest teilweise elektrisch beheizt wird. Dieses kann durch interne und/oder durch externe elektrische Heizeinrichtungen erfolgen.
Eine bevorzugte aromatische Zielverbindung ist Benzol. Dementsprechend ist Methan ein bevorzugtes Gas, welches in der Reaktion umgesetzt wird.
Als Beispiel sei die folgende MDA-Reaktion betrachtet: Erdgas (168 t/h) und CO₂ (5 t/h) werden in einem MDA-Reaktor mit einer Ausbeute von 11% umgesetzt. Die Selektivität der Reaktion beträgt 83% für Benzol und 13% für Naphthalin. Hieraus ergeben sich 12,5 t/h Benzol und 2 t/h Naphthalin. Das Abgas aus der Reaktion (159 t/h) hat die Zusammensetzung 83% Methan und 16% Wasserstoff. Eine Verbrennung des Abgases liefert ca. 2,2 GW an Wärmeenergie, die sich in einer modernen Anlage (Wirkungsgrad 60–65%) zu ca. 1,3 bis 1,5 GW elektrischer Energie konvertieren lässt.
Erfindungsgemäß enthält das Eduktgas C₁- bis C₄-Kohlenwasserstoffe. Zu diesen gehören beispielsweise Methan, Ethan, Propan, n-Butan, i-Butan, Ethen, Propen, 1- und 2-Buten sowie Isobuten. In einer Ausführungsform der Erfindung enthält das Eduktgas mindestens 50 mol-%, bevorzugt mindestens 60 mol-%, besonders bevorzugt mindestens 70 mol-%, außerordentlich bevorzugt mindestens 80 mol-%, insbesondere 100 mol-% C₁- bis C₄-Kohlenwasserstoffe. Unter den Aliphaten werden besonders bevorzugt die gesättigten Alkane verwendet. Das Eduktgas enthält dann bevorzugt mindestens 50 mol-%, bevorzugt mindestens 60 mol-%, besonders bevorzugt mindestens 70 mol-%, außerordentlich bevorzugt mindestens 80 mol-%, insbesondere 100 mol-% Alkane mit 1 bis 4 C-Atomen.
Unter den Alkanen sind Methan und Ethan bevorzugt, insbesondere Methan. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält das Eduktgas bevorzugt mindestens 50 mol-%, bevorzugt mindestens 60 mol-%, besonders bevorzugt mindestens 70 mol-% außerordentlich bevorzugt mindestens 80 mol-%, insbesondere 100 mol-% Methan.
Bevorzugt wird als Quelle der C₁- bis C₄-Kohlenwasserstoffe Erdgas eingesetzt. Die typische Zusammensetzung von Erdgas sieht folgendermaßen aus: 75 bis 99 mol-% Methan, 0,01 bis 15 mol-% Ethan, 0,01 bis 10 mol-% Propan, bis zu 6 mol-% Butan, bis zu 30 mol-% Kohlendioxid, bis zu 30 mol-% Schwefelwasserstoff, bis zu 15 mol-% Stickstoff und bis zu 5 mol-% Helium. Das Erdgas kann vor dem Einsatz in dem erfindungsgemäßen Verfahren nach dem Fachmann bekannten Methoden gereinigt und angereichert werden. Zur Reinigung gehört beispielsweise die Entfernung von gegebenenfalls im Erdgas vorhandenen Schwefelwasserstoff oder Kohlendioxid und weiterer, im anschließenden Verfahren unerwünschten Verbindungen.
Die in dem Eduktgas enthaltenen C₁- bis C₄-Kohlenwasserstoffe können auch aus anderen Quellen stammen, beispielsweise bei der Erdölraffination angefallen sein. Die C₁- bis C₄-Kohlenwasserstoffe können auch regenerativ (z.B. Biogas) oder synthetisch (z.B. Fischer-Tropsch-Synthese) hergestellt worden sein.
Falls als C₁- bis C₄-Kohlenwasserstoff-Quelle Biogas verwendet wird, kann das Eduktgas zusätzlich noch Ammoniak, Spuren von niederen Alkoholen und weitere, für Biogas typische Beimischungen enthalten.
In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann als Eduktgas LPG (Liquid Petroleum Gas) eingesetzt werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann als Eduktgas LNG (Liquified Natural Gas) eingesetzt werden.
Dem Eduktgas kann zusätzlich Wasserstoff, Wasserdampf, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Stickstoff sowie ein oder mehrere Edelgase beigemischt werden. Vorzugsweise enthält das Eduktgas Wasserstoff, bevorzugt 0,1 bis 10 Vol.-% Wasserstoff, besonders bevorzugt 0,1 bis 5 Vol.-% Wasserstoff.
Dem Fachmann sind geeignete Katalysatoren wie auch Verfahren zu deren Herstellung bekannt. Üblicherweise enthalten die DHAM-Katalysatoren einen porösen Träger und mindestens ein darauf aufgebrachtes Metall. Als Träger wird üblicherweise eine kristalline oder amorphe anorganische Verbindung verwendet.
Der Katalysator kann mindestens ein Metallosilikat als Träger enthalten. Bevorzugt werden als Träger Aluminiumsilikate eingesetzt. Ganz besonders bevorzugt werden als Träger Zeolithe verwendet. Bevorzugt weist der in den Katalysatoren enthaltene Zeolith eine Struktur auf, die aus den Strukturtypen Pentasil und MWW ausgewählt ist und besonders bevorzugt aus den Strukturtypen MFI, MEL, Mischstrukturen aus MFI und MEL und MWW ausgewählt ist. Ganz besonders bevorzugt wird ein Zeolith des Typs ZSM-5 oder MCM-22 eingesetzt.
Die Bezeichnungen der Strukturtypen der Zeolithe entsprechen den Angaben in W. M. Meier, D. H. Olson und Ch. Baerlocher, "Atlas of Zeolithe Structure Types", Elsevier, 3. Auflage, Amsterdam 2001. Die Synthese der Zeolithe ist dem Fachmann bekannt und kann beispielsweise ausgehend von Alkalialuminat, Alkalisilikat und amorphem SiO₂ unter hydrothermalen Bedingungen durchgeführt werden. Hierbei kann über organische Templat-Moleküle, über die Temperatur und weitere experimentelle Parameter die Art der gebildeten Kanalsysteme im Zeolithen gesteuert werden.
Die Zeolithe können neben Al weitere Elemente wie Ga, B, Fe oder In enthalten. Üblicherweise enthält der DHAM-Katalysator mindestens ein Metall. Üblicherweise wird das Metall ausgewählt aus den Gruppen 3 bis 12 des Periodensystems der Elemente (IUPAC).
Erfindungsgemäß bevorzugt enthält der DHAM-Katalysator mindestens ein Element ausgewählt aus den Übergangsmetallen der Hauptgruppen 6 bis 11. Besonders bevorzugt enthält der DHAM-Katalysator Mo, W, Mn, Tc, Re, Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au. Insbesondere enthält der DHAM-Katalysator mindestens ein Element ausgewählt aus der Gruppe Mo, W, Re, Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu. Ganz besonders bevorzugt enthält der DHAM-Katalysator mindestens ein Element ausgewählt aus der Gruppe Mo, W und Re. Erfindungsgemäß ebenfalls bevorzugt enthält der DHAM-Katalysator mindestens ein Metall als Aktivkomponente und mindestens ein weiteres Metall als Dotierung. Die Aktivkomponente wird beispielsweise ausgewählt aus Mo, W, Re, Ru, Os, Rh, Ir, Pd, Pt. Die Dotierung wird beispielsweise ausgewählt aus der Gruppe Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, V, Zn, Zr und Ga, bevorzugt aus der Gruppe Fe, Co, Ni, Cu. Weiterhin kann der DHAM-Katalysator mehr als ein Metall als Aktivkomponente und mehr als ein Metall als Dotierung enthalten. Diese werden jeweils aus den für die Aktivkomponente und die Dotierung angegebenen Metallen ausgewählt.
Das mindestens eine Metall wird nach den dem Fachmann bekannten Methoden nasschemisch oder trockenchemisch auf den Träger aufgebracht.
Insbesondere enthält der Katalysator 0,1 bis 20 Gew.-%, bevorzugt 0,2 bis 15 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,5 bis 10 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysators des mindestens einen Metalls.
Weiterhin kann der Katalysator mindestens ein Metall aus der Gruppe der Aktivkomponente in Verbindung mit mindestens einem Metall ausgewählt aus der Gruppe der Dotierung enthalten. In diesem Fall liegt die Konzentration der Aktivkomponente bei 0,1 bis 20 Gew.-%, bevorzugt 0,2 bis 15 Gew.-%, besonders bevorzugt bei 0,5 bis 10 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysators.
Die Dotierung liegt in diesem Fall im Katalysator in einer Konzentration von mindestens 0,1 Gew.-%, bevorzugt mindestens 0,2 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt mindestens 0,5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysators vor.
Ebenfalls kann der Katalysator mit einem Bindemittel vermischt. Als Bindemittel eignen sich die üblichen, dem Fachmann bekannten Bindemittel wie Aluminiumoxid und/oder Si-haltige Bindemittel. Besonders bevorzugt sind dabei Si-haltige Bindemittel; insbesondere eignen sich Tetraalkoxysilane, Polysiloxane und kolloidale Si02-Sole. Wenn der Katalysator ein Bindemittel enthält, liegt dies in einer Konzentration von 5 bis 80 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysators vor, bevorzugt von 10 bis 50 Gew.-%, besonders bevorzugt von 10 bis 30 Gew.-%.
Ferner erfolgt nach Zugabe des Bindemittels ein Formgebungsschritt, in dem die Katalysatormasse gemäß den dem Fachmann bekannten Verfahren zu Formkörpern verarbeitet werden. Als formgebende Verfahren sind dabei beispielsweise Versprühen einer den Träger bzw. die Katalysatormasse enthaltenden Suspension, Sprühtrocknung, Tablettieren, Verpressen im feuchten oder trockenen Zustand und Extrudieren zu nennen. Zwei oder mehrere dieser Verfahren können auch kombiniert werden. Für das Verformen können Hilfsmittel wie Porenbildner und Anteigungsmittel oder auch andere, dem Fachmann bekannte Zusatzstoffe eingesetzt werden.
Porenbildner und/oder Anteigungsmittel werden nach der Verformung bevorzugt durch mindestens einen geeigneten Trocknungs- und/oder Kalzinierungsschritt aus dem erhaltenen Formkörper entfernt. Die dazu erforderlichen Bedingungen können analog zu den vorstehend für Kalzinierung beschriebenen Parametern gewählt werden und sind dem Fachmann bekannt.
Die Geometrie der Katalysatoren kann beispielsweise kugelförmig (hohl oder voll), zylindrisch (hohl oder voll), ring-, sattel-, stern-, bienenwaben- oder tablettenförmig sein. Weiterhin kommen Extrudate beispielsweise in Strang-, Trilob-, Quatrolob, Stern- oder Hohlzylinderform in Frage. Weiterhin kann die zu formende Katalysatormasse extrudiert, kalziniert und die so erhaltenen Extrudate gebrochen und zu Split oder Pulver verarbeitet werden. Der Split kann in verschiedene Siebfraktionen getrennt werden. Der Katalysator kann als sprühgetrocknete Teilchen, vorzugsweise Sprühpulver, eingesetzt. Dabei handelt es sich vorzugsweise um runde Teilchen.
Vorzugsweise werden Katalysatorgeometrien eingesetzt, wie sie aus dem FCC-Verfahren (fuel catalytic cracking) bekannt sind.
Die C₁- bis C₄-Kohlenwasserstoffe werden unter Freisetzung von H₂ zu Aromaten umgesetzt. Das Produktgas enthält daher mindestens einen aromatischen Kohlenwasserstoff ausgewählt aus der Gruppe Benzol, Toluol, Ethylbenzol, Styrol, Xylol und Naphthalin. Besonders bevorzugt enthält es Benzol und Toluol. Weiterhin enthält das Produktgas nicht umgesetzte C₁- bis C₄-Kohlenwasserstoffe, entstandenen Wasserstoff und die im Eduktgas gegebenenfalls enthaltenen Inertgase wie N₂, He, Ne, Ar, dem Eduktgas zugesetzte Stoffe wie H₂ sowie bereits vorhandene Verunreinigungen.
Das Abtrennen der aromatischen Kohlenwasserstoffe von dem Produktgas kann in üblicher Weise, beispielsweise durch Absorption in Xylol mit anschließender Destillation, erfolgen.
Weitere Ausführungsformen und vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nachfolgend beschrieben. Alle Ausführungsformen können beliebig miteinander kombiniert werden, sofern sich aus dem Kontext nicht eindeutig das Gegenteil ergibt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens geschieht das Verbrennen zumindest eines Teils des Abgases zur Erzeugung elektrischer Energie in einem kombinierten Gas- und Dampf-Kraftwerk. Solch ein Gas-und-Dampf-Kombikraftwerk oder Gas- und-Dampfturbinen-Kraftwerk (kurz GuD-Kraftwerk) ist ein Kraftwerk, in dem die Prinzipien eines Gasturbinenkraftwerkes und eines Dampfkraftwerkes kombiniert werden. Eine Gasturbine dient dabei als Wärmequelle für einen nachgeschalteten Abhitzekessel, der wiederum als Dampferzeuger für die Dampfturbine wirkt. Mit dieser kombinierten Fahrweise wird im thermodynamischen Kreisprozess ein höherer Wirkungsgrad erreicht als mit Gasturbinen im offenen Betrieb oder in konventionell befeuerten Dampfkraftwerken.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zumindest ein Teil der elektrischen Energie zur Beheizung des Reaktors aus der Verbrennung des Abgases in der Verbrennungsmaschine des Generators erhalten. Vorzugsweise wird die maximal zur Verfügung stehende elektrische Energie aus dem Generator zur Beheizung des Reaktors verwendet. Insbesondere in Kombination mit einem GuD-Kraftwerk mit seinem hohen Wirkungsgrad können so die ökonomischen Vorzüge des erfindungsgemäßen Verfahrens realisiert werden.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Reaktor mittels im Reaktor vorliegender elektrischer Heizelemente beheizt. Vorzugsweise liegen die Heizelemente in Form von horizontalen Segmenten im Reaktor vor.
Es ist ebenfalls bevorzugt, dass der Reaktor mittels im Reaktor vorliegender elektrischer Mäander-Heizelemente beheizt wird, welche geradlinige Abschnitte aufweisen, die einen Abstand von ≥ 10 mm bis ≤ 100 mm, bevorzugt ≥ 40 mm bis ≤ 60 mm einnehmen. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass im Reaktor von oben Katalysatorpartikel eingefüllt und am unteren Ende entnommen werden können. Hinsichtlich der Reaktionsdurchführung sind solche Abstände im Mäander-Heizelement nicht nachteilig. Eigene Berechnungen haben gezeigt, dass bisher auf eine große Fläche optimierte Heizwendel entsprechend modifiziert werden können, da im erfindungsgemäßen Verfahren eine wesentlich kleinere Heizfläche zur Beheizung des Reaktionsgemisches erforderlich ist.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Reaktor als Schachtreaktor ausgeführt, in dessen oberes Ende Katalysatorpartikel eingefüllt werden und am unteren Ende Katalysatorpartikel entnommen werden können.
Vorzugsweise ist das untere Ende des Reaktors als perforierter Kegel oder als Doppel- oder Mehrfachkegel ausgeführt.
Der Reaktor kann als "moving bed"-Reaktor konzipiert werden In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden daher in den Reaktor kontinuierlich oder diskontinuierlich Katalysatorpartikel eingefüllt und entnommen.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird weiterhin das Auftreten von Koksablagerungen im Reaktor und/oder auf dem Katalysator überwacht, bei Erreichen eines vorbestimmten Ausmaßes von Koksablagerungen werden die Koksablagerungen zu CO₂ oxidiert und im Reaktor ein Prozess ausgewählt aus Dry Reforming von Methan, umgekehrte Wassergas-Shift-Reaktion und/oder Methan-Dampfreformierung wird durchgeführt.
Auf diese Weise können Koksablagerungen im Reaktor und/oder am Katalysator, welche ansonsten die Effizienz des erfindungsgemäßen Verfahrens herabsetzen würden, nutzbringend abgebaut werden. Die Reaktionsprodukte des oben genannten Prozesses oder der Prozesse können unter Energiegewinnung verbrannt werden. Das thermische Oxidieren der Ablagerungen durch die oben aufgeführten endothermen Reformingreaktionen erfolgt zweckmäßigerweise durch die im Reaktor vorhandenen Heizelemente, durch die die Reaktionswärme ganz oder teilweise zugeführt werden kann. Alternativ ist auch eine oxidative Entfernung der Koksablagerungen denkbar. Allerdings gelingt bei solchen exothermen Reaktionen die Wärmeabfuhr schlechter, so dass mit geringen Reaktionsraten und kleinen Sauerstoffkonzentrationen gearbeitet werden muss. Solche Oxidationsreaktionen lassen sich besser in nachgeschalteten Reaktoren ausführen, in die der Katalysator zur oxidativen Regeneration transportiert wird, s. unten.
Die Reaktionen sind das Dry Reforming von Methan (DR, CH₄ + CO₂ ⇄ 2CO + 2H₂), die umgekehrte Wassergas-Shift-Reaktion (RWGS, CO₂ + H₂ ⇄ CO + H₂O) und die Methan-Dampfreformierung (SMR, CH₄ + H₂O ⇄ CO + 3H₂).
Geeignete Katalysatoren können beispielsweise neben Molybdän/Zeolith-Katalysatoren ausgewählt sein aus der Gruppe umfassend:

(I) ein Mischmetalloxid der Formel A_(1-w-x)A'_wA''_xB_(1-y-z)B'_yB''_zO_3-delta wobei hier gilt: A, A' und A'' sind unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe: Mg, Ca, Sr, Ba, Li, Na, K, Rb, Cs, Sn, Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Tl, Lu, Ni, Co, Pb, Bi und/oder Cd; B, B' und B'' sind unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe: Cr, Mn, Fe, Bi, Cd, Co, Cu, Ni, Sn, Al, Ga, Sc, Ti, V, Nb, Ta, Mo, Pb, Hf, Zr, Tb, W, Gd, Yb, Mg, Li, Na, K, Ce und/oder Zn; und 0 ≤ w ≤ 0,5; 0 ≤ x ≤ 0,5; 0 ≤ y ≤ 0,5; 0 ≤ z ≤ 0,5 und –1 ≤ delta ≤ 1;
(II) ein Mischmetalloxid der Formel A_(1-w-x)A'_wA''_xB_(1-y-z)B'_yB''_zO_3-delta wobei hier gilt: A, A' und A'' sind unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe: Mg, Ca, Sr, Ba, Li, Na, K, Rb, Cs, Sn, Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Tl, Lu, Ni, Co, Pb und/oder Cd; B ist ausgewählt aus der Gruppe: Cr, Mn, Fe, Bi, Cd, Co, Cu, Ni, Sn, Al, Ga, Sc, Ti, V, Nb, Ta, Mo, Pb, Hf, Zr, Tb, W, Gd, Yb, Bi, Mg, Cd, Zn, Re, Ru, Rh, Pd, Os, Ir und/oder Pt; B' ist ausgewählt aus der Gruppe: Re, Ru, Rh, Pd, Os, Ir und/oder Pt; B'' ist ausgewählt aus der Gruppe: Cr, Mn, Fe, Bi, Cd, Co, Cu, Ni, Sn, Al, Ga, Sc, Ti, V, Nb, Ta, Mo, Pb, Hf, Zr, Tb, W, Gd, Yb, Bi, Mg, Cd und/oder Zn; und 0 ≤ w ≤ 0,5; 0 ≤ x ≤ 0,5; 0 < y ≤ 0,5; 0 ≤ z ≤ 0,5 und –1 ≤ delta ≤ 1;
(III) eine Mischung von wenigstens zwei verschiedenen Metallen M1 und M2 auf einem Träger, welcher ein mit einem Metall M3 dotiertes Oxid von Al, Ce und/oder Zr umfasst; wobei hier gilt: M1 und M2 sind unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe: Re, Ru, Rh, Ir, Os, Pd und/oder Pt; und M3 ist ausgewählt aus der Gruppe: Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und/oder Lu;
(IV) ein Mischmetalloxid der Formel LO_x(M_(y/z)Al_(2-y/z)O₃)_z; wobei hier gilt: L ist ausgewählt aus der Gruppe: Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y, Sn, Pb, Pd, Mn, In, Tl, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und/oder Lu; M ist ausgewählt aus der Gruppe: Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re, Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Zn, Cu, Ag und/oder Au; 1 < x ≤ 2; 0 < y ≤ 12; und 4 ≤ z ≤ 9;
(V) ein Mischmetalloxid der Formel LO(Al₂O₃)_z; wobei hier gilt: L ist ausgewählt aus der Gruppe: Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y, Sn, Pb, Mn, In, Tl, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und/oder Lu; und 4 ≤ z ≤ 9;
(VI) ein oxidischer Katalysator, der Ni und Ru umfasst.
(VII) ein Metall M1 und/oder wenigstens zwei verschiedene Metalle M1 und M2 auf und/oder in einem Träger, wobei der Träger ein Carbid, Oxycarbid, Carbonitrid, Nitrid, Borid, Silicid, Germanid und/oder Selenid der Metalle A und/oder B ist; wobei hier gilt: M1 und M2 sind unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe: Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Re, Ru, Rh, Ir, Os, Pd, Pt, Zn, Cu, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, und/oder Lu; A und B sind unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe: Be, Mg, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Y, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, und/oder Lu; und/oder Reaktionsprodukte von (I), (II), (III), (IV), (V), (VI) und/oder (VII) in Gegenwart von Kohlendioxid, Wasserstoff, Kohlenmonoxid und/oder Wasser bei einer Temperatur von ≥ 700 °C.

Der Begriff "Reaktionsprodukte" schließt die unter Reaktionsbedingungen vorliegenden Katalysatorphasen mit ein.
Vorzugsweise wird der Prozess in Gegenwart eines Katalysators durchgeführt, der ausgewählt ist aus der Gruppe:

(I) LaNiO₃ und/oder LaNi_0,7-0,9Fe_0,1-0,3O₃ (insbesondere LaNi_0,8Fe_0,2O₃)
(II) LaNi_0,9-0,99Ru_0,01-0,1O₃ und/oder LaNi_0,9-0,99Rh_0,01-0,1O₃ (insbesondere LaNi_0,95Ru_0,05O₃ und/oder LaNi_0,95Rh_0,05O₃).
(III) Pt-Rh auf Ce-Zr-Al-Oxid, Pt-Ru und/oder Rh-Ru auf Ce-Zr-Al-Oxid
(IV) BaNiAl₁₁O₁₉, CaNiAl₁₁O₁₉, BaNi_0,975Ru_0,025Al₁₁O₁₉, BaNi_0,95Ru_0,05Al₁₁O₁₉, BaNi_0,92Ru_0,08Al₁₁O₁₉, BaNi_0,84Pt_0,16Al₁₁O₁₉ und/oder BaRu_0,05Al_11,95O₁₉
(V) BaAl₁₂O₁₉, SrAl₁₂O₁₉ und/oder CaAl₁₂O₁₉
(VI) Ni und Ru auf Ce-Zr-Al-Oxid, auf einem Oxid aus der Klasse der Perowskite und/oder auf einem Oxid aus der Klasse der Hexaaluminate
(VII) Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Re, Ru, Rh, Ir, Os, Pd, Pt, Zn, Cu, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, und/oder Lu auf Mo₂C und/oder WC.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt die durchschnittliche Aufenthaltszeit des Katalysators im Reaktor ≥ 1 Stunde bis ≤ 20 Stunden, vorzugsweise ≥ 2 Stunden bis ≤ 15 Stunden und mehr bevorzugt ≥ 5 Stunden bis ≤ 10 Stunden. Die optimale Standzeit ergibt sich aus einer Wirtschaftlichkeitsbetrachtung, die den Aktivitätsverlust des Katalysators und damit den verminderten Umsatz bei hoher Standzeit und die höheren Kosten für die Regenerationen bei geringer Standzeit berücksichtigt.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen Reaktor zur Herstellung aromatischer Kohlenwasserstoffe durch Umsetzen eines Eduktgases, welches C₁- bis C₄-Kohlenwasserstoffe umfasst, in Gegenwart eines Katalysators, wobei ein Produktgas erhalten wird, welches aromatische Kohlenwasserstoffe, Wasserstoff und nicht umgesetzte C₁- bis C₄-Kohlenwasserstoffe umfasst, wobei der Katalysator die nicht-oxidative Dehydroaromatisierung (DHAM) von C₁- bis C₄-Kohlenwasserstoffen katalysiert, der Reaktor mittels im Reaktor vorliegender elektrischer Heizelemente beheizt wird und der Reaktor als Schachtreaktor ausgeführt ist, in dessen oberes Ende Katalysatorpartikel eingefüllt werden und am unteren Ende Katalysatorpartikel entnommen werden können.
Es ist wie im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt, dass der Reaktor mittels im Reaktor vorliegender elektrischer Mäander-Heizelemente beheizt wird, welche geradlinige Abschnitte aufweisen, die einen Abstand von ≥ 10 mm bis ≤ 100 mm, bevorzugt ≥ 40 mm bis ≤ 60 mm einnehmen. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass im Reaktor von oben Katalysatorpartikel eingefüllt und am unteren Ende entnommen werden können. Hinsichtlich der Reaktionsdurchführung sind solche Abstände im Mäander-Heizelement nicht nachteilig. Eigene Berechnungen haben gezeigt, dass bisher auf eine große Fläche optimierte Heizwendel entsprechend modifiziert werden können, da im erfindungsgemäßen Verfahren eine wesentlich kleinere Heizfläche zur Beheizung des Reaktionsgemisches erforderlich ist.
Vorzugsweise ist das untere Ende des Reaktors als perforierter Kegel ausgeführt, durch den das Eduktgas zugeführt wird.
Es ist ebenfalls bevorzugt, dass das untere Ende des Reaktors als Doppel- oder Mehrfachkegel ausgeführt ist, so dass durch die Spalte zwischen den Kegeln das Eduktgas zugeführt werden kann.
Die Erfindung betrifft ebenfalls ein System zur gekoppelten Herstellung von aromatischen Kohlenwasserstoffen und Energie, umfassend:
einen elektrisch beheizten Reaktor, in dem zumindest die folgenden Schritte durchgeführt werden:

– Einleiten eines Eduktgases, welches C₁- bis C₄-Kohlenwasserstoffe umfasst, in einen Reaktor;
– Kontaktieren des Eduktgases mit einem Katalysator, wobei ein Produktgas erhalten wird, welches aromatische Kohlenwasserstoffe, Wasserstoff und nicht umgesetzte C₁- bis C₄-Kohlenwasserstoffe umfasst;

– Abtrennen der aromatischen Kohlenwasserstoffe von dem Produktgas, wobei ein Abgas erhalten wird, welches Wasserstoff und nicht umgesetzte C₁- bis C₄-Kohlenwasserstoffe umfasst;

In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems ist die Brennkammer Teil eines Generators, in dem zumindest ein Teil des Abgases in einer Verbrennungsmaschine unter Erzeugung elektrischer Energie verbrannt wird.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems ist der Generator Teil eines kombinierten Gas- und Dampf-Kraftwerks.
Vorzugsweist ist das System so eingerichtet, dass zumindest ein Teil der elektrischen Energie zur Beheizung des Reaktors aus der Verbrennung des Abgases in der Verbrennungsmaschine des Generators erhalten wird.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Es zeigen:
1 einen Reaktor zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
2 elektrische Heizwendel im Reaktor
1 zeigt schematisch einen Reaktor zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wie er auch in einem erfindungsgemäßen System zur gekoppelten Herstellung von aromatischen Kohlenwasserstoffen und elektrischer Energie eingesetzt werden kann. Der Reaktor 100 liegt in Form eines Schachtreaktors vor. Das untere Ende des Reaktors 100 ist als Doppelkegel 300 ausgeführt. Innerhalb des Reaktors 100 sind mehrere Gruppen von elektrischen Heizelementen 200 angeordnet, welche das im Reaktor vorliegende Reaktionsgemisch heizen. Am unteren Ende des Reaktors 100 befinden sich schematisch dargestellt Einlässe für das Eduktgas, welches hier vereinfacht als Methan bezeichnet wird. Das in Schwerkraftrichtung gesehen von unten nach oben strömende Eduktgas wird im Inneren des Reaktors zu Benzol und Wasserstoff umgesetzt. Die Produktgasmischung mit Benzol, Wasserstoff sowie nicht reagierte Edukte verlassen den Reaktor 100 am oberen Ende.
In den Reaktor 100 werden in Schwerkraftrichtung von oben Katalysatorpartikel CAT eingefüllt. Die Katalysatorpartikel katalysieren die nicht-oxidative Dehydroaromatisierung (DHAM) von Methan. Sie durchlaufen den Reaktor und werden nach einer vorbestimmten Zeit am unteren Ende des Reaktors entnommen. Auf diese Weise wird erreicht, dass möglichst wenig durch Verkokungen desaktivierter Katalysator im Reaktor vorliegt.
2 zeigt schematisch ein elektrisches Heizelement 200, wie es im Reaktor gemäß 1 eingesetzt werden kann. Der Durchmesser des Heizelements 200 kann in einem Bereich von ca. 5 m liegen. Innerhalb eines Rahmens ist ein mäanderförmiger Heizdraht untergebracht, dessen Dicke ca. 5 mm betragen kann. Der Abstand zwischen einzelnen geradlinigen Abschnitten 400, 400' des Heizdrahtes ist so bemessen, dass Katalysatorpartikel hindurchfallen können. Er kann beispielsweise ≥ 10 mm bis ≤ 100 mm, bevorzugt ≥ 40 mm bis ≤ 60 mm betragen. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass im Reaktor von oben Katalysatorpartikel eingefüllt und am unteren Ende entnommen werden können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2009/076005 A1 [0007, 0007]
EP 2229349 B1 [0007]
WO 2013/135660 A1 [0008, 0009]
WO 2013/135668 A1 [0008, 0010]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Review-Artikel „Recent progress in methane dehydroaromatization: From laboratory curiosities to promising technology“ von Xinhe Bao et al., Journal of Energy Chemistry 22(2013)1–20 [0005]
W. M. Meier, D. H. Olson und Ch. Baerlocher, "Atlas of Zeolithe Structure Types", Elsevier, 3. Auflage, Amsterdam 2001 [0028]

Claims

Verfahren zur Herstellung aromatischer Kohlenwasserstoffe, umfassend die Schritte: – Einleiten eines Eduktgases, welches C₁- bis C₄-Kohlenwasserstoffe umfasst, in einen Reaktor; – Kontaktieren des Eduktgases mit einem Katalysator, wobei ein Produktgas erhalten wird, welches aromatische Kohlenwasserstoffe, Wasserstoff und nicht umgesetzte C₁- bis C₄-Kohlenwasserstoffe umfasst; – Abtrennen der aromatischen Kohlenwasserstoffe von dem Produktgas, wobei ein Abgas erhalten wird, welches Wasserstoff und nicht umgesetzte C₁- bis C₄-Kohlenwasserstoffe umfasst; dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktieren des Eduktgases mit einem Katalysator in einem Reaktor geschieht, welcher zumindest teilweise elektrisch beheizt wird und dass zumindest ein Teil des Abgases in einer Brennkammer thermisch genutzt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das thermische Nutzen zumindest eines Teils des Abgases dadurch erfolgt, dass das Abgas in einer Verbrennungsmaschine eines Generators unter Erzeugung elektrischer Energie verbrannt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei das Verbrennen zumindest eines Teils des Abgases zur Erzeugung elektrischer Energie in einem kombinierten Gas- und Dampf-Kraftwerk geschieht.
Verfahren gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei zumindest ein Teil der elektrischen Energie zur Beheizung des Reaktors aus der Verbrennung des Abgases in der Verbrennungsmaschine des Generators erhalten wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Reaktor mittels im Reaktor vorliegender elektrischer Heizelemente beheizt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei der Reaktor mittels im Reaktor vorliegender elektrischer Mäander-Heizelemente beheizt wird, welche geradlinige Abschnitte (400, 400') aufweisen, die einen Abstand von ≥ 10 mm bis ≤ 100 mm einnehmen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Reaktor als Schachtreaktor ausgeführt ist, in dessen oberes Ende Katalysatorpartikel eingefüllt werden und am unteren Ende Katalysatorpartikel entnommen werden können.
Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei in den Reaktor kontinuierlich oder diskontinuierlich Katalysatorpartikel eingefüllt und entnommen werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei weiterhin das Auftreten von Koksablagerungen im Reaktor und/oder des Katalysators überwacht wird, bei Erreichen eines vorbestimmten Ausmaßen von Koksablagerungen die Koksablagerungen zu CO₂ oxidiert werden und im Reaktor ein Prozess ausgewählt aus Dry Reforming von Methan, umgekehrte Wassergas-Shift-Reaktion und/oder Methan-Dampfreformierung durchgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei der Prozess in Gegenwart eines Katalysators durchgeführt wird, der ausgewählt ist aus der Gruppe: (I) LaNiO₃ und/oder LaNi_0,7-0,9Fe_0,1-0,3O₃ (II) LaNi_0,9-0,99Ru_0,01-0,1O₃ und/oder LaNi_0,9-0,99Rh_0,01-0,1O₃ (III) Pt-Rh auf Ce-Zr-Al-Oxid, Pt-Ru und/oder Rh-Ru auf Ce-Zr-Al-Oxid (IV) BaNiAl₁₁O₁₉, CaNiAl₁₁O₁₉, BaNi_0,975Ru_0,025Al₁₁O₁₉, BaNi_0,95Ru_0,05Al₁₁O₁₉, BaNi_0,92Ru_0,08Al₁₁O₁₉, BaNi_0,84Pt_0,16Al₁₁O₁₉ und/oder BaRu_0,05Al_11,95O₁₉ (V) BaAl₁₂O₁₉, SrAl₁₂O₁₉ und/oder CaAl₁₂O₁₉ (VI) Ni und Ru auf Ce-Zr-Al-Oxid, auf einem Oxid aus der Klasse der Perowskite und/oder auf einem Oxid aus der Klasse der Hexaaluminate und/oder (VII) Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Re, Ru, Rh, Ir, Os, Pd, Pt, Zn, Cu, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, und/oder Lu auf Mo₂C und/oder WC.
Reaktor (100) zur Herstellung aromatischer Kohlenwasserstoffe durch Umsetzen eines Eduktgases, welches C₁- bis C₄-Kohlenwasserstoffe umfasst, in Gegenwart eines Katalysators, wobei ein Produktgas erhalten wird, welches aromatische Kohlenwasserstoffe, Wasserstoff und nicht umgesetzte C₁- bis C₄-Kohlenwasserstoffe umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator die nicht-oxidative Dehydroaromatisierung (DHAM) von C₁- bis C₄-Kohlenwasserstoffen katalysiert, der Reaktor (100) mittels im Reaktor vorliegender elektrischer Heizelemente (200) beheizt wird und der Reaktor (100) als Schachtreaktor ausgeführt ist, in dessen oberes Ende Katalysatorpartikel eingefüllt werden und am unteren Ende Katalysatorpartikel entnommen werden können.
System zur gekoppelten Herstellung von aromatischen Kohlenwasserstoffen und Energie, umfassend: einen elektrisch beheizten Reaktor (100), in dem zumindest die folgenden Schritte durchgeführt werden: – Einleiten eines Eduktgases, welches C₁- bis C₄-Kohlenwasserstoffe umfasst, in einen Reaktor; – Kontaktieren des Eduktgases mit einem Katalysator, wobei ein Produktgas erhalten wird, welches aromatische Kohlenwasserstoffe, Wasserstoff und nicht umgesetzte C₁- bis C₄-Kohlenwasserstoffe umfasst; eine Trenneinrichtung, in der zumindest der folgende Schritt durchgeführt wird: – Abtrennen der aromatischen Kohlenwasserstoffe von dem Produktgas, wobei ein Abgas erhalten wird, welches Wasserstoff und nicht umgesetzte C₁- bis C₄-Kohlenwasserstoffe umfasst; und eine Brennkammer, in der zumindest ein Teil des Abgases thermisch genutzt wird.
System gemäß Anspruch 12, wobei die Brennkammer Teil eines Generators ist, in dem zumindest ein Teil des Abgases in einer Verbrennungsmaschine unter Erzeugung elektrischer Energie verbrannt wird.
System gemäß Anspruch 13, wobei der Generator Teil eines kombinierten Gas- und Dampf-Kraftwerks ist.
System gemäß Anspruch 13 oder 14, wobei das System so eingerichtet ist, dass zumindest ein Teil der elektrischen Energie zur Beheizung des Reaktors aus der Verbrennung des Abgases in der Verbrennungsmaschine des Generators erhalten wird.