EP2342306A2 - Method for extracting gaseous hydrocarbons from biogenic raw materials - Google Patents

Method for extracting gaseous hydrocarbons from biogenic raw materials

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EP2342306A2
EP2342306A2 EP09783564A EP09783564A EP2342306A2 EP 2342306 A2 EP2342306 A2 EP 2342306A2 EP 09783564 A EP09783564 A EP 09783564A EP 09783564 A EP09783564 A EP 09783564A EP 2342306 A2 EP2342306 A2 EP 2342306A2
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EP
European Patent Office
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starting material
gas
hydrocarbons
catalyst
porous catalyst
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09783564A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Volker Heil
Wolfgang Urban
Axel Kraft
Christoph Unger
Karl Meller
Joachim Danzig
Ulrich Seifert
Andreas Menne
Anna Fastabend
Silvana Rossow
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Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a process for the production of gaseous hydrocarbons, in particular of liquid gas and natural gas-like gas mixtures. Here are partially converted as starting materials oxygen-containing hydrocarbons on a catalyst in short-chain hydrocarbons. The process therefore represents a way to generate recyclables from waste materials (which might need to be eliminated costly).
  • DE 10 2005 023 601 A1 describes a variant of the process according to DE 103 27 059 A1, in which the starting material is brought into contact with the activated carbon in the presence of water or a water-releasing material.
  • DE 43 35 399 A1 describes a process for converting waste oil or bio-oil into diesel oil-like fuels, in which the vaporized starting material is brought into contact with catalysts containing perovskites at a temperature between 350 and 500 ° C.
  • biomass can be converted into synthesis gas, from which alkanes are synthesized in the Fischer-Tropsch process. From the synthesis gas (H 2 + CO) below hydrocarbons of different chain length are first rebuilt.
  • synthesis gas H 2 + CO
  • the Fischer-Tropsch process also has the disadvantage that it can be economically implemented only on a very large scale and is associated with a considerable expenditure of energy.
  • n-heptane can be converted to carbon compounds of 2 to 4 carbon atoms by cracking zeolite catalysts (Rane, N., et al., "Cracking of n-heptanes over Bronsted acid sites and Lewis acid ga sites in ZSM -5 zeolites "Microporous and Mesoporous Materials 110, 2008, 279).
  • this is a process that requires only a one-time cracking of the starting material in order to obtain fragments with 3 or 4 carbon atoms.
  • the present invention is therefore based on the object to overcome the disadvantages of the prior art and to provide a method by which oxygen-containing hydrocarbons or hydrocarbon mixtures in gaseous hydrocarbons, especially in liquefied petroleum gas and / or a natural gas-like gas mixture to convert.
  • a starting material containing or consisting of oxygen-containing hydrocarbons at a temperature of 300 to 850 ° C. in the absence of unbound oxygen in a conversion reactor containing a porous catalyst is brought into contact with this catalyst so that a product spectrum is obtained in which the weight fraction of the gaseous hydrocarbons is greater than that of the liquid hydrocarbons.
  • the fats, alcohols, polyols or organic acids contained in the starting materials are cleaved and the oxygen is at least partially removed from the compounds.
  • CO and CO2 are formed from the oxygen.
  • Fatty acids are decarboxylated and the long-chain hydrocarbons are converted into shorter-chain hydrocarbons.
  • the product gas stream (which in addition to the hydrocarbons also carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen and an nertgas) is - if necessary - brought to the condensation in order to separate under normal conditions liquid hydrocarbons.
  • Inert gases such as carbon dioxide and nitrogen can be recycled to the reactor for inerting.
  • a gaseous hydrocarbon is understood in particular to mean a hydrocarbon having chain lengths of 1 to 4 carbon atoms.
  • the gaseous hydrocarbons therefore have a boiling point of less than 30 ° C. at normal pressure (1013 mbar).
  • the gaseous hydrocarbons - as indicated in DIN 51622 - have a vapor pressure less than or equal to 13 bar at a temperature of 70 0 C.
  • a liquid hydrocarbon is understood in particular a hydrocarbon having more than four carbon atoms.
  • the boiling point of the liquid hydrocarbons is in particular greater than or equal to 28 ° C at atmospheric pressure (1013 mbar).
  • liquefied gas is understood as meaning hydrocarbons and mixtures thereof which contain essentially hydrocarbons having three or four carbon atoms.
  • liquefied petroleum gas contains hydrocarbons selected from the group consisting of propane, propene, butane / isobutane, butene / isobutene or mixtures of 2 or more of the substances mentioned or consists thereof.
  • a liquefied gas is understood in particular to be a mixture for domestic and commercial purposes in accordance with DIN 51622. According to this standard, blends for domestic and commercial purposes should contain no more than 60% by weight of hydrocarbons with four carbon atoms.
  • At least 95% by mass thereof is composed of butane and butene isomers, the content of butane isomers having to predominate.
  • the proportion of hydrocarbons with three carbon atoms must consist of at least 95% of propane and propene and the propane content must prevail.
  • a natural gas-like gas mixture Under a natural gas-like gas mixture is understood according to the invention a gas mixture whose proportion of hydrocarbon fen with one or two carbon atoms corresponding to the corresponding hydrocarbon content in pure natural gas (or at least the methane content in pure natural gas) or exceeds this proportion.
  • the proportion of the components methane, ethane and ethene is at least 85 percent by volume, preferably more than 95 percent by volume and more preferably greater than 99 percent by volume.
  • the starting materials used according to the invention are oxygen-containing hydrocarbons or hydrocarbon mixtures.
  • the starting materials are in particular biogenic starting materials.
  • lipids and fat-like compounds are understood here to mean that the starting materials contain or consist of lipids and / or essential constituents of lipids (such as polyalcohols or glycerol and also mono- and diglycerides).
  • the hydrocarbons contained in the starting material usually consist of at least 99 wt .-% of oxygen-containing hydrocarbons. But it can also be used starting materials with a lower proportion of oxygen-containing hydrocarbons.
  • water may also be present in the starting material; its proportion can be up to 25% by weight or more, based on the total weight of the starting material.
  • the proportion of water in used grease is often up to 8% by weight of water;
  • glycerol from biodiesel production may still contain traces of catalyst and biodiesel.
  • a porous catalyst is understood as meaning a substance whose surface has pores which are accessible to the starting material or substances contained in it and which is capable of containing the starting material or the substances contained therein Cleave sections or catalytically support the cleavage of the starting material.
  • Particularly suitable catalysts here are finely porous substances (ie substances having pores with a pore diameter less than or equal to 20 ⁇ m).
  • substances which contain mesopores and / or micropores and / or submicropores are preferred (according to the IUPAC definition
  • mesopores have a pore diameter of 2 to 50 nm, micropores a pore diameter of 0.4 to 2 nm, and submicropores a pore diameter of less than 0.4 nm).
  • the process according to the invention offers the possibility of achieving high yields of liquid gas components and natural gas-like gas mixtures by the cleavage of precursors, such as fats and oils, in particular biogenic precursors.
  • precursors such as fats and oils, in particular biogenic precursors.
  • the prior art processes are essentially designed to break down fats and similar materials to longer chain hydrocarbons. Essentially, therefore, these processes are about supplying the starting materials to the
  • the product spectrum achieved by the process according to the invention in which the proportion by weight of the gaseous hydrocarbons is greater than that of the liquid hydrocarbons, can be achieved in particular by realizing one or more of the following parameters or process characteristics: a.) Products with a chain length of more than four Carbon atoms are wholly or partially added to the starting material or "re-fed" to the conversion reactor, and these products can be fed into one of the process or mass transport steps prior to conversion. that the C 1 to C 4 components are obtained in gaseous form, so that the liquid, longer-chain components can easily be separated off. b.) The residence times of the material to be cracked on the catalyst relate As the feed stream to catalyst ratios can be increased. In a batchwise procedure of the method according to the invention, the feedstream to
  • Catalyst ratio 0.1 to 1 gf ee d * h -1 per g ⁇ ataiysator and be ⁇ preferably 0.2 to 0.5 gfeed * h -1 per g ⁇ ataiysator amount.
  • the feed to catalyst ratio should be about 5 to 50 g fee per g catalyst.
  • the longer residence times on the catalyst cause multiple breaking of carbon-carbon bonds in one and the same starting molecule.
  • the process can be carried out at a higher pressure than in the prior art. It can be done not only at pressures between 20 and 2000 mbar, but also at pressures between 2000 and 20,000 mbar.
  • the process according to the invention can be carried out at temperatures of from 300 to 700 ° C., preferably at from 550 to 650 ° C., in the conversion reactor. As a rule, the temperature is at least 450 ° C. As with elevated pressure, elevated temperatures also lead to preferential breaking of carbon-carbon bonds in the cracking process, and therefore the product spectrum shifts to shorter-chain hydrocarbons.
  • the porous catalysts used may have a pore spectrum and / or a specific surface which is tailored to the starting materials to be converted. As a rule, this also ensures that even long-chain hydrocarbons are cracked to short-chain (Ci to C 4 ) hydrocarbon fragments.
  • the starting material used according to the invention preferably contains or consists of biogenic lipids and / or waste oils / lubricants.
  • the lipids are preferably selected from the group consisting of fats, oils, fatty acids, fatty acid esters, tall oils, monoglycerides, diglycerides and polyols. Examples include the polyols glycerol and sorbitol and fatty acid methyl esters. In the case of fats and oils, especially old fats and waste oils are considered.
  • fats and oils here is a collective term for solid, semi-solid or liquid, more o or less viscous products of the plant or animal body, which consists essentially of mixed triglycerides of higher fatty acids with even number of carbon atoms and small amounts of acyl lipids like sterol esters and unsaponifiable ones.
  • unsaponifiable portion are often many impurities such as mineral oils, plasticizers and biocides, which accumulate in fat due to their lipophilic character before.
  • Catalysts which can be used according to the invention are, in particular, catalysts selected from the group consisting of activated carbons, carbon molecular sieves, activated cokes, carbon nanotubes, zeolites, and mixtures thereof, or mixtures of these substances (or mixtures) with perovskites and / or zinc chloride ,
  • perovskite catalysts - in which the perovskites are usually present on a support material - for example the DE 43 35 399 Al mentioned perovskite catalysts are suitable.
  • Zinc chlorides are described, for example, in A. Demirbas et al. (2006) "New Options for Conversion of Vegetable Oil to Alternative Fuels.” Energy Sources, Part A FIELD Filling Journal Title: Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects 28 (7): 619-626. All the above catalysts have in common that they have a large surface area. In part, acidic sites are present in the catalysts, which can also cause cleavage of bonds.
  • the porous catalyst particularly preferably has mesopores and / or micropores. It has been observed that in particular a proportion of at least 20% (in% of the total pores) of pores with a pore diameter greater than or equal to 20 nm can lead to an increased formation of gaseous hydrocarbons.
  • any molecule of the starting material or molecule fragment to be cracked in one can be sorbed the molecular size corresponding to about the same size number of pores, preferably a formation of hydrocarbons having one to four carbon atoms runs.
  • a mixture of different catalysts for example a mixture of different zeolites.
  • zeolites usually have average major pore radii between 3.3 and 15 nm.
  • activated carbons which are therefore particularly well suited for the inventive method.
  • activated carbons with lower pore radii are available; for larger starting molecules, e.g. Triglycerides with long-chain fatty acid
  • Substituents are available activated carbons with larger pores.
  • the pore sizes can be influenced, for example, by the activation of the activated carbon.
  • physical activation methods for example steam activation
  • smaller pores are available; These are made by widening of
  • the starting material is normally at 800-1000 0 C is activated, if necessary in a water vapor and / or carbon dioxide atmosphere for a carbonization process.
  • part of the carbon is gasified and pores are formed which form a large inner surface.
  • Starting material as well as temperature and duration determine the later pore size and distribution. Therefore, the manufacturing process is particularly important for the properties of the coal.
  • chemical activation for example, phosphoric acid,
  • Zinc chloride or other dehydrating materials used.
  • materials for the chemical activation reference is made to H. von Kienle, E. Bäder, "activated carbon and its industrial application", Gustav Enke Verlag, Stuttgart, 1980, to which reference is made in full.
  • Average pore sizes which are between those of chemically or physically activated carbons, have activated granules (also called direct activates).
  • activated carbon in which a carbon source is first mixed in powder form with a binder, followed by shaping, optionally drying, carbonization and activation, these activated granules are directly from the carbon support by comminution and activation and optionally interposed Carbonation step obtained.
  • the pore structure can also be influenced by the parameters prevailing in the production of the activated carbon. In particular, this temperature, residence time and vapor dosing during drying, carbonation and activation are mentioned.
  • an influence on the cracking behavior of the porous catalyst on the one hand, and (in the case of activated carbon as a catalyst) the pore size of the catalyst can also by a catalyst added to the substance (in the present application called second catalyst), wherein the porous catalyst with the second Catalyst can be doped and / or impregnated.
  • doping means that the second catalyst is added to the porous catalyst during its production, so that a homogeneous distribution of the second catalyst is present in the finished porous catalyst.
  • impregnation treatment of the already finished porous catalyst is carried out with a material containing or consisting of the second catalyst, so that the second catalyst is present only on the surface (also the pore surface) of the porous catalyst.
  • impregnation which takes place as mentioned later-it should be noted that the application of the impregnation reagent changes the pore spectrum and reduces the pore volume. In particular, very small pores are blocked, so that in the case of impregnated substances, the proportion of large micropores and the mesopores is increased in comparison to small micropore. If, therefore, an impregnated catalyst is to be used for the process according to the invention, it is often necessary to mix in an unimpregnated catalyst, so that even small micropores (with a
  • Diameter smaller than 1 nm Diameter smaller than 1 nm) in an amount sufficient to allow cracking even to the short chain hydrocarbons of 1 to 4 carbon atoms.
  • active centers in which agglomerates of the metal oxide or clusters of the metal oxide are formed are formed in the finished porous catalyst (for example the finished activated form coal) which can then be cracking reactions.
  • the addition of acids to the porous catalyst generally results in a shift in the product spectrum towards liquid products (ie, hydrocarbons having more than four carbon atoms).
  • the porous catalyst for example the activated carbon
  • the pro- range of products to gaseous hydrocarbons Due to the above-described problem in the impregnation of the catalysts, the use of doped catalysts is preferred.
  • second catalysts to the porous catalyst according to the invention which serve to remove pollutants or foreign substances from the starting material or to convert them into separable gases.
  • suitable catalysts for example based on manganese oxide.
  • the inventive method can be carried out so that the starting materials are supplied to the conversion reactor in liquid form.
  • This has the advantage that an energy-intensive transfer of the unconverted starting material into the gas phase (or vapor phase) is not required; however, pressures greater than 2000 mbar are required in this variant.
  • the mean wall temperature in the evaporator can be chosen so that it lies above the evaporation or decomposition temperature of the starting material (and in particular at least 50 ° C.) above this temperature).
  • the average wall temperature may be, for example, 340 to 500 ° C.
  • the decomposition temperature of the starting material in accordance with the invention is defined as the temperature at which decomposition of at least 80% by weight of the sum of the substances vaporisable in the starting material takes place (can not be vaporized in this case considered compounds which are still liquid or solid at a temperature of 600 0 C and not decompose, ie compounds which neither by themselves nor in the form of decomposition products in the vapor or gas phase can be converted).
  • the temperature in the evaporator may already substantially correspond to the temperature in the conversion reactor or may be only slightly below it (ie up to 50 ° C.); in individual cases, it can also be above this temperature.
  • the evaporator employed contains at least partially cracking rate enhancement elements on its inner surface (ie, the surface which is in contact with the vaporized or vaporizable matter).
  • such elements for increasing the cracking rate may be chemically adapted surfaces or surface areas (which may be present in the form of a coating, for example). can), which may have in particular acidic centers (in particular, surfaces or surface areas of acidic metal oxides, for example of alumina, silica or silicates) may be mentioned.
  • these elements can be geometrically designed to increase the cracking rate in such a way that they contain regions whose temperature is markedly higher than the average wall temperature;
  • pyramidal structures, conical structures or similarly shaped structures whose point directed towards the evaporator inside due to high thermal conductivity of the material (in particular a metal, eg aluminum), from which they are formed, has a relation to the mean wall temperature significantly elevated temperature.
  • the method according to the invention can be carried out such that the contacting of the starting material with the porous catalyst takes place in the presence of water and / or a water-releasing material.
  • water or water-releasing materials makes it possible to extend the service life of the catalyst.
  • the addition of water is therefore useful, especially in the case of continuous processes. At least as much water should preferably be present that, based on the starting materials to be converted, at least one molar equivalent of water (in free form or in water)
  • a water-releasing material is understood to mean a substance or a mixture of substances which contains either bound water which can be released or a substance or substance mixture which forms water by means of a chemical reaction, for example a condensation reaction (for example glycerol).
  • At least 10 percent by volume of water and / or based on the starting materials to be converted at least two molar equivalents of water are present in the reaction space in the local and time average.
  • the addition of water can be effected in particular by introducing a stream of water or vapor into the conversion reactor.
  • water-containing substances or substances which split off water under the reaction conditions prevailing in the conversion reactor can also be used here.
  • Water, water-containing mixture or water-releasing material can also be added to the starting materials. Often, the starting materials already contain water. Finally, the water or water-releasing material may also be added to the inert gas stream.
  • any suitable, heatable furnace can be used.
  • the conversion can be continuous or not continuous.
  • continuous operation it is to be understood that the supply of starting materials takes place continuously.
  • the starting materials can be added in gaseous or vaporous form.
  • Conversion reactors thus come into consideration as fixed bed reactors of any type, moving beds, stationary and circulating fluidized bed reactors (including jet mixers), simulated fluidized bed, rotary grate generators, shaft furnaces, stack furnaces or rotary tube reactors.
  • the porous catalyst can be arranged in the conversion reactor in any desired way so that the substances to be converted can pass through or over the catalyst.
  • the contact of the liquid or vaporous starting materials with the porous catalyst can be effected in any suitable manner, for example by spraying liquid, cold or heated starting material or by passing a gas stream with gaseous or vaporous starting materials through the bed.
  • a solid starting material can be added directly to the heated catalyst or directly into the conversion reactor.
  • the catalyst can also be added continuously or discontinuously. To inert the reaction space this should be rinsed in advance with a carrier gas.
  • a carrier gas is in particular an inert gas (such as nitrogen or carbon dioxide), water or steam or a CO / CO2 mixture into consideration.
  • a carrier gas is therefore understood as meaning a gas which serves to displace oxygen or other substances which lead to undesired reactions on the catalysts.
  • CO 2 or CO / CO 2 mixtures as carrier gas has the advantage that a separation step can be saved during product preparation, since CO 2 and CO are produced as splitting products of the conversion reaction anyway, while nitrogen as carrier gas must be separated from the product spectrum obtained.
  • the product gas stream obtained by contacting the starting material with the catalyst is finally fed to a separating device, such as a quencher.
  • a separating device such as a quencher.
  • the shorter-chain Ci- to C4-hydrocarbons can be separated from the longer-chain products.
  • a separation of the liquid gas fraction from the natural gas-like fraction can be carried out by distillation or else by membrane separation processes or else by elevated pressure.
  • the hydrocarbons contained in the liquid gas fraction and the natural gas-like fraction can also be isolated in pure form.
  • distillative or membrane separation processes are suitable.
  • the proportion by weight of the gaseous hydrocarbons in the product gas stream is opposite over the liquid hydrocarbons 1.5 times, preferably 2 times, more preferably 3 times increased.
  • the weight fraction of unreacted starting material present in the product gas stream is preferably at most 35 percent, more preferably at most 15 percent, and most preferably at most two percent, based on the proportion of gaseous hydrocarbons contained in the product gas stream.
  • gas treatment may also be carried out before the separation step.
  • a catalytic hydrogenation are used in the unsaturated hydrocarbons in the presence of externally added or incurred in the reaction hydrogen or in the shift reaction of CO and water vapor hydrogen produced (optionally in the presence of the hydrogenation catalysts required for this) are hydrogenated.
  • the hydrogenation route can be connected downstream of the conversion reactor; it can also be arranged in the conversion reactor behind the region in which the conversion takes place. Alternatively, however, it is also possible to impregnate or dope the catalyst used for the conversion reaction with a suitable hydrogenation catalyst.
  • Common hydrogenation catalysts are palladium or platinum; These can be applied in known manner in the form of solutions to the porous catalyst or added in the preparation of the porous catalyst.
  • products of the 3rd gas family and products of the 2nd gas family according to "DVGW regulations, worksheet G260, gas quality 01/2000" and DIN 51622 should preferably be contained in the product gas stream.
  • the liquefied gas produced according to the invention is therefore the conditioning of natural gas substitutes.
  • the firing properties of these natural gas substitutes to the natural gas quality required locally for the feed-in. can be adapted with liquefied gases.
  • the liquefied gas produced by the process according to the invention (if appropriate also with Cl and C2 constituents still present as well as carrier gas) can therefore be admixed with biogas whose methane content is too high to be used as natural gas.
  • biogas which may originate from fermentation processes, for example
  • the liquefied gas obtained according to the invention a natural gas can be produced in which all components are biogenic.
  • the liquefied gas produced according to the invention for generating natural gas substitute (a liquefied petroleum gas mixture, which is also referred to as peak shaving gas) serve to cover consumption peaks in the public gas network.
  • the Cl and C2 fractions of the product mixture can also be used as substitutes for natural gas. This includes e.g. the thermal or motor use or the use as a vehicle fuel (CNG) both at the place of production and after feeding the natural gas-like gas mixture into the natural gas grid.
  • CNG vehicle fuel
  • Vibration density [g / l] according to DIN ISO 787, part 11
  • Iodz ahl [mgi od / g Akt ivkohie] (according to AWWA B 60 0 - 7 8 Powdered Act i - vated Carbon) specific surface area by means of BET determination according to DIN 66 131
  • a coal bed is compacted under defined vibratory conditions (1250 strokes, drop height 3.0 mm) using a tamping volumeter in a 250 ml graduated cylinder.
  • the investigated activated carbon forms are around activated carbon pellets with a diameter of 2 to 4 mm.
  • activated carbon pellets or moldings can be used with a usual diameter of 1 - 6 mm.
  • the determination of the benzene loading is carried out by conversion from the Cyclohexanbeladung.
  • cyclohexane vapor-saturated air is mixed with pure air in different proportions;
  • charge streams with different partial pressures are set.
  • the loading of the activated carbon takes place in U-tubes, which are in a thermostated water bath.
  • the activated carbon is with air, for example, to 9/10, 1/10 and 1/100 saturated with cyclohexane or loaded at the indicated concentration, at 20 0 C to equilibrium or to constant weight.
  • the loading takes place in the first step with the highest concentration at a partial pressure ratio of 0.9.
  • the desorption takes place at a partial pressure ratio of 0.1 to constant weight.
  • Another desorption step is carried out at a partial pressure ratio of 0.01.
  • the iodine value describes the amount of iodine [mg] which is adsorbed by 1 g activated carbon in the powdered state from 100 ml of a 0.1 N iodine solution (0.05 M 12) until a residual normality or final concentration of 0.02 N is reached.
  • the adsorption pore volume is calculated.
  • the distribution of pore sizes is calculated from the desorption isotherm using the BJH (Barrett, Joyner and Halenda) equation.
  • BJH Barrett, Joyner and Halenda
  • a mixture of vegetable and animal fat can be used. This will be after a first grease preheat that serves that To liquefy fat at 70 0 C and reduce its viscosity so that it can be promoted via a pump in a defined flow rate in a second preheating, further heated to 180 0 C. From the second preheating, the grease passes into an evaporator by means of an overflow, which ensures the maintenance of a constant volumetric flow. This can be designed, for example, as a bottom evaporator. In the evaporator, the fat is evaporated at 450 0 C and combined with water vapor (which is preheated to the temperature prevailing in the conversion reactor) and nitrogen.
  • the mixture of fat vapor, water vapor and nitrogen is then fed to a charcoal packed fixed bed reactor.
  • the fats are converted into a mixture of hydrocarbons, which are condensed for analysis of the product mixture, separated by means of a gas chromatograph and analyzed by means of a mass spectrometer.
  • "liquid product” ie hydrocarbons with more than five carbon atoms
  • Example 2 Conversion of used fat to activated carbon at 500 ° C.
  • Old fat (collected from the catering industry) is fed to a reactor charged with activated charcoal as described in Example 1.
  • the conversion reaction is in a discontinuously operated conversion reactor to which 1 g of starting material is metered per minute, at 500 0 C 1013 mbar, with a residence time of 3 seconds and at a feed stream to catalyst ratio of 0.45 gf ee d * h ⁇ 1 per g kataiysator, operated.
  • the activated carbon type 1 is used as the activated carbon. It is a water activated activated carbon activated carbon on the basis of coconut shells with the following characteristics:
  • Pore radius distribution in each case the pore diameter in nm and the corresponding proportion in% of the total pores are indicated: ⁇ 6 nm - 56.1%; 6-8 nm - 4.9%; 8-10 nm - 3.6%; 10-12 nm - 3.6%; 12-16 nm - 4.1%; 16-20 nm - 3.6%; 20-80 nm - 19.6%; > 80 nm - 4.8%.
  • the product spectrum listed in Table 1 is formed.
  • gas product is meant any component whose boiling point at normal pressure is less than or equal to that of n-pentane.
  • Liquid product means products having a higher boiling point.
  • the product spectrum also includes the increase in mass of the activated carbon, since this must also have been produced by conversion of the starting materials.
  • the liquid product formed in Example 2 is composed mainly of aromatic and polyaromatic compounds Table 1: Percentage of the various fractions in the total product.
  • Table 2 shows the composition of the gas product.
  • CO and CO2 formed by decarboxylation and decarbonylation of the fatty acids
  • hydrogen and various hydrocarbons are also formed.
  • the liquid gas fraction forms the largest proportion with about 22 wt .-%.
  • Example 2 The conversion is carried out as described in Example 2.
  • activated carbon of type 2 (doped / impregnated activated carbon) contains alkaline doped active carbon. carbon or acid impregnated activated carbon used and the temperature in the catalyst bed is 450 - 460 ° C. Furthermore, work was carried out in Example 3 without the addition of water.
  • the alkaline doped activated carbon was obtained in this case, potassium carbonate and a Kochgangsme ⁇ talloxid according to the method of WO 2007/137856 A2 were added currency ⁇ end of the manufacturing process the remaining starting materials of the activated carbon in the in the manufacturing process. It has the following properties: iodine number 1168 mg / g; Benzene loading: 0.9-36.45% by weight; 0.1-32.32% by weight; 0.01-17.02% by weight.
  • the acid impregnated activated carbon was obtained by impregnating a conventional steam-activated carbon with a phosphoric acid solution (impregnation was carried out by soaking and then drying the activated carbon).
  • activated apricot seeds were used (which activates ⁇ serdampf as Designassiat: no binder, no shaping) and HSPC ⁇ -imgargniert (7.7 wt .-% impregnation - Iodine Number prior to impregnation 1130 mg / g; iodine value after impregnation 785 mg / g).

Abstract

The invention relates to a method for extracting gaseous hydrocarbons, in particular liquid gas and/or a gas mixture resembling natural gas or one or more components contained in liquid gas or in the gas mixture resembling natural gas. The starting material used contains oxygen-containing hydrocarbons. The method comprises the following steps: providing the starting material – contacting the starting material with a porous catalyst in the absence of oxygen at a temperature of 300-850°C in a converting reactor, resulting in a hydrocarbon-containing product gas mixture, in which the proportion by weight of the gaseous hydrocarbons is greater than that of the liquid hydrocarbons, - collecting the hydrocarbon-containing product gas stream and supplying the product gas stream to a separating device, where product separation is performed.

Description

Beschreibungdescription
Verfahren zur Gewinnung von gasförmigen Kohlenwasserstoffen aus biogenen Rohstoffen.Process for the recovery of gaseous hydrocarbons from biogenic raw materials.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von gasförmigen Kohlenwasserstoffen, insbesondere von flüssiggas- und erdgasähnlichen Gasgemischen. Hierbei werden als Ausgangsmaterialien partiell sauerstoffhaltige Kohlenwasserstoffe an einem Katalysator in kurzkettige Kohlenwasserstoffen konvertiert. Das Verfahren stellt daher einen Weg dar, aus Altmaterialien (die unter Umständen kostspielig beseitigt werden müssten) Wertstoffe zu generieren.The invention relates to a process for the production of gaseous hydrocarbons, in particular of liquid gas and natural gas-like gas mixtures. Here are partially converted as starting materials oxygen-containing hydrocarbons on a catalyst in short-chain hydrocarbons. The process therefore represents a way to generate recyclables from waste materials (which might need to be eliminated costly).
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 10 2008 049 778.9, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.This patent application claims the priority of German Patent Application DE 10 2008 049 778.9, the disclosure of which is hereby incorporated by reference.
In der Vergangenheit gab es eine Reihe von Vorschlägen, Fette oder Öle in Kraftstoffe oder andere Energieträger in Kohlenwasserstoffe umzuwandeln. So beschreibt die US 1,960,951 ein Verfahren zum katalytischen Umwandeln von pflanzlichen Ölen zur Gewinnung flüssiger Kohlenwasserstoffe, neben denen auch flüchtige Produkte entstehen. Als Katalysator wird hierbei Ak- tivkohle eingesetzt. Das umzuwandelnde Öl wird mit Hilfe eines Druckluft-Kompressors unter Druck gesetzt; anschließend erfolgt der Durchtritt in flüssigem Zustand durch das erhitzte Aktivkohle-Bett. Dabei erfolgt eine Art "Cracken", zumindest im Fall von pflanzlichen Ölen wie Erdnussöl.In the past, there have been a number of proposals to convert fats or oils to fuels or other fuels into hydrocarbons. Thus, US Pat. No. 1,960,951 describes a process for the catalytic conversion of vegetable oils to obtain liquid hydrocarbons, in addition to which volatile products are formed. In this case activated carbon is used as the catalyst. The oil to be converted is pressurized by means of a compressed air compressor; then the passage in the liquid state through the heated activated carbon bed. This is a kind of "cracking", at least in the case of vegetable oils such as peanut oil.
Die DE 103 27 059 Al beschreibt ein Verfahren, bei dem ein fett- oder ölhaltiges oder fettsäurehaltiges Ausgangsmaterial bei einer Temperatur von 150 bis 8500C in Abwesenheit von Sauerstoff in einem Reaktor mit einem Aktivkohle-Restbett in Kon- takt gebracht wird. Dabei werden die Fette gespalten und die Fettsäuren decarboxyliert und zu kürzerkettigen Kohlenwasserstoffen abgebaut.DE 103 27 059 Al describes a method in which a fat or oil-containing or fatty acid-containing starting material at a temperature of 150 to 850 0 C in the absence of oxygen in a reactor containing an activated carbon-residue bed is brought cyclically in con-. The fats are split and the Fatty acids decarboxylated and degraded to shorter chain hydrocarbons.
Die DE 10 2005 023 601 Al beschreibt eine Variante zum Verfah- ren nach der DE 103 27 059 Al, bei dem das Ausgangsmaterial mit der Aktivkohle in Gegenwart von Wasser oder einem Wasser freisetzenden Material in Kontakt gebracht wird. Die DE 43 35 399 Al beschreibt schließlich ein Verfahren zur Umwandlung von Altöl oder Bioöl in dieselölähnliche Treibstoffe, bei dem das verdampfte Ausgangsmaterial bei einer Temperatur zwischen 350 und 500°C mit Katalysatoren, die Perovskite enthalten in Kontakt gebracht wird.DE 10 2005 023 601 A1 describes a variant of the process according to DE 103 27 059 A1, in which the starting material is brought into contact with the activated carbon in the presence of water or a water-releasing material. Finally, DE 43 35 399 A1 describes a process for converting waste oil or bio-oil into diesel oil-like fuels, in which the vaporized starting material is brought into contact with catalysts containing perovskites at a temperature between 350 and 500 ° C.
Allen vorstehenden Verfahren ist gemeinsam, dass hierbei im Wesentlichen flüssige Kohlenwasserstoffe (mit mindestens fünf Kohlenstoffatomen) erzeugt werden. Kürzerkettige Kohlenwasserstoffe fallen nur als (unerwünschtes) Nebenprodukt an, das allenfalls zur Beheizung der Konvertierungsreaktoren Verwendung findet .All the above processes have in common that essentially liquid hydrocarbons (having at least five carbon atoms) are produced here. Shorter-chain hydrocarbons are only produced as (unwanted) by-products, which are used at best for heating the conversion reactors.
Weiterhin ist bekannt, dass sich Biomasse zu Synthesegas umsetzten lässt, aus dem im Fischer-Tropsch-Verfahren Alkane synthetisiert werden. Aus dem Synthesegas (H2 + CO) werden nachfolgend Kohlenwasserstoffe unterschiedlicher Kettenlänge erst wieder aufgebaut. Das Fischer-Tropsch-Verfahren hat auch den Nachteil, dass es sich nur in sehr großem Maßstab wirtschaftlich sinnvoll umsetzen lässt und mit einem erheblichen Energieaufwand verbunden ist.Furthermore, it is known that biomass can be converted into synthesis gas, from which alkanes are synthesized in the Fischer-Tropsch process. From the synthesis gas (H 2 + CO) below hydrocarbons of different chain length are first rebuilt. The Fischer-Tropsch process also has the disadvantage that it can be economically implemented only on a very large scale and is associated with a considerable expenditure of energy.
Ferner ist bekannt, aus biogenen Rohstoffen Ethanol zu erzeugen (vgl. z. B. S. Nordhoff, "Nachwachsende Rohstoffe in der chemischen Industrie - weg vom Öl?" Chemieingenieurtechnik 79 (5), 551 bis 560) . Hieraus ließe sich durch Hydrierung der reine Kohlenwasserstoff Butan erzeugen. Dies ist aber kommer- ziell wenig sinnvoll. Schließlich ist noch bekannt, dass n-Heptan durch Cracken an Zeolith-Katalysatoren in Kohlenstoffverbindungen mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen umgewandelt werden kann (N. Rane et al . , "Cracking of n-heptane over Brönsted acid sites and Lewis acid Ga sites in ZSM-5 zeolithe" Microporous and Mesoporous Materials 110, 2008, 279) . Es handelt sich hierbei jedoch um einen Prozess, bei dem - um zu Bruchstücken mit 3 oder 4 Kohlenstoffatomen zu gelangen - nur ein einmaliges Cracken des Ausgangsmaterials nötig ist.It is also known to produce ethanol from biogenic raw materials (see, for example, BS Nordhoff, "Renewable raw materials in the chemical industry - away from oil?" Chemical Engineering 79 (5), 551 to 560). From this hydrogenation could be used to produce the pure hydrocarbon butane. However, this makes little sense commercially. Finally, it is known that n-heptane can be converted to carbon compounds of 2 to 4 carbon atoms by cracking zeolite catalysts (Rane, N., et al., "Cracking of n-heptanes over Bronsted acid sites and Lewis acid ga sites in ZSM -5 zeolites "Microporous and Mesoporous Materials 110, 2008, 279). However, this is a process that requires only a one-time cracking of the starting material in order to obtain fragments with 3 or 4 carbon atoms.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden und ein Verfahren anzugeben, mit dem sich sauerstoffhaltige Kohlenwasserstoffe oder Kohlenwasserstoff-Gemische in gasförmige Koh- lenwasserstoffe, insbesondere in Flüssiggas und/oder ein erdgasähnliches Gasgemisch, umwandeln lassen.The present invention is therefore based on the object to overcome the disadvantages of the prior art and to provide a method by which oxygen-containing hydrocarbons or hydrocarbon mixtures in gaseous hydrocarbons, especially in liquefied petroleum gas and / or a natural gas-like gas mixture to convert.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen an.This object is achieved by the method according to claim 1. Subclaims indicate advantageous developments.
Erfindungsgemäß wird zur Gewinnung von gasförmigen Kohlenwasserstoffen ein Ausgangsmaterial, das sauerstoffhaltige Kohlenwasserstoffe enthält oder hieraus besteht bei einer Temperatur von 300 bis 8500C in Abwesenheit von nicht gebundenem Sauer- Stoff in einem Konvertierungsreaktor, der einen porösen Katalysator enthält, mit diesem Katalysator in Kontakt gebracht, so dass ein Produktspektrum erhalten wird, in dem der Gewichtsanteil der gasförmigen Kohlenwasserstoffe größer ist als der der flüssigen Kohlenwasserstoffe. Dabei werden die in den Ausgangsstoffen enthaltenen Fette, Alkohole, Polyole oder organischen Säuren gespalten und der Sauerstoff zumindest teilweise aus den Verbindungen entfernt. Insbesondere bildet sich hierbei aus dem Sauerstoff CO und CO2. Fettsäuren werden decarboxyliert und die langkettigen Kohlenwasserstoffe in kürzerkettige Kohlenwasserstoffe umgewandelt. Der Produktgasstrom (der neben den Kohlenwasserstoffen auch Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Wasserstoff und ein I- nertgas enthalten kann) wird - soweit nötig - zur Kondensation gebracht, um unter Normalbedingungen flüssige Kohlenwasserstoffe abzutrennen. Inertgase wie Kohlendioxid und Stickstoff können zur Inertisierung dem Reaktor wieder zugeführt werden.According to the invention, for the production of gaseous hydrocarbons, a starting material containing or consisting of oxygen-containing hydrocarbons at a temperature of 300 to 850 ° C. in the absence of unbound oxygen in a conversion reactor containing a porous catalyst is brought into contact with this catalyst so that a product spectrum is obtained in which the weight fraction of the gaseous hydrocarbons is greater than that of the liquid hydrocarbons. The fats, alcohols, polyols or organic acids contained in the starting materials are cleaved and the oxygen is at least partially removed from the compounds. In particular, CO and CO2 are formed from the oxygen. Fatty acids are decarboxylated and the long-chain hydrocarbons are converted into shorter-chain hydrocarbons. The product gas stream (which in addition to the hydrocarbons also carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen and an nertgas) is - if necessary - brought to the condensation in order to separate under normal conditions liquid hydrocarbons. Inert gases such as carbon dioxide and nitrogen can be recycled to the reactor for inerting.
Unter einem gasförmigen Kohlenwasserstoff wird erfindungsgemäß insbesondere ein Kohlenwasserstoff mit Kettenlängen von 1 bis 4 Kohlenstoffatomen verstanden. Die gasförmigen Kohlenwasserstoffe haben daher einen Siedepunkt kleiner 300C bei Normal- druck (1013 mbar) . Bevorzugt besitzen die gasförmigen Kohlenwasserstoffe - wie in DIN 51622 angegeben - einen Dampfdruck kleiner oder gleich 13 bar bei einer Temperatur von 70 0C. Demgegenüber wird unter einem flüssigen Kohlenwasserstoff insbesondere ein Kohlenwasserstoff mit mehr als vier Kohlenstoff- atomen verstanden. Der Siedepunkt der flüssigen Kohlenwasserstoffe ist insbesondere größer oder gleich 28°C bei Normaldruck (1013 mbar) .According to the invention, a gaseous hydrocarbon is understood in particular to mean a hydrocarbon having chain lengths of 1 to 4 carbon atoms. The gaseous hydrocarbons therefore have a boiling point of less than 30 ° C. at normal pressure (1013 mbar). Preferably, the gaseous hydrocarbons - as indicated in DIN 51622 - have a vapor pressure less than or equal to 13 bar at a temperature of 70 0 C. In contrast, a liquid hydrocarbon is understood in particular a hydrocarbon having more than four carbon atoms. The boiling point of the liquid hydrocarbons is in particular greater than or equal to 28 ° C at atmospheric pressure (1013 mbar).
Unter Flüssiggas werden erfindungsgemäß Kohlenwasserstoffe und deren Gemische verstanden, die im Wesentlichen Kohlenwasser- Stoffe mit drei oder vier Kohlenstoffatomen enthalten. Insbesondere enthält Flüssiggas Kohlenwasserstoffe, die aus der Gruppe bestehend aus Propan, Propen, Butan/Isobutan, Buten/Isobuten oder Gemischen von 2 oder mehr der genannten Stoffe ausgewählt werden oder besteht hieraus. Weiterhin wird unter einem Flüssiggas insbesondere auch ein Gemisch für Haushalt und Gewerbe gemäß DIN 51622 verstanden. Nach dieser Norm sollen Gemische für Haushalt und Gewerbe nicht mehr als 60 % Massenanteile Kohlenwasserstoffe mit vier Kohlenstoffatomen enthalten. Mindestens 95 Massen-% hiervon setzt sich aus Butan- und Butenisomeren zusammen, wobei der Gehalt an Butanisomeren überwiegen muss. Der Anteil der Kohlenwasserstoffe mit drei Kohlenstoffatomen muss zu mindestens 95 % aus Propan und Propen bestehen und der Propangehalt muss überwiegen .According to the invention, liquefied gas is understood as meaning hydrocarbons and mixtures thereof which contain essentially hydrocarbons having three or four carbon atoms. In particular, liquefied petroleum gas contains hydrocarbons selected from the group consisting of propane, propene, butane / isobutane, butene / isobutene or mixtures of 2 or more of the substances mentioned or consists thereof. Furthermore, a liquefied gas is understood in particular to be a mixture for domestic and commercial purposes in accordance with DIN 51622. According to this standard, blends for domestic and commercial purposes should contain no more than 60% by weight of hydrocarbons with four carbon atoms. At least 95% by mass thereof is composed of butane and butene isomers, the content of butane isomers having to predominate. The proportion of hydrocarbons with three carbon atoms must consist of at least 95% of propane and propene and the propane content must prevail.
Unter einem erdgasähnlichen Gasgemisch wird erfindungsgemäß ein Gasgemisch verstanden, dessen Anteil an Kohlenwasserstof- fen mit einem oder zwei Kohlenstoffatomen dem entsprechenden Kohlenwasserstoffanteil in reinem Erdgas (zumindest aber dem Methananteil in reinem Erdgas) entspricht oder diesen Anteil übersteigt. In einem erdgasähnlichen Gasgemisch liegt daher der Anteil der Komponenten Methan, Ethan und Ethen bei mindestens 85 Volumenprozent, bevorzugt bei mehr als 95 Volumenprozent und besonders bevorzugt bei größer 99 Volumenprozent.Under a natural gas-like gas mixture is understood according to the invention a gas mixture whose proportion of hydrocarbon fen with one or two carbon atoms corresponding to the corresponding hydrocarbon content in pure natural gas (or at least the methane content in pure natural gas) or exceeds this proportion. In a natural gas-like gas mixture, therefore, the proportion of the components methane, ethane and ethene is at least 85 percent by volume, preferably more than 95 percent by volume and more preferably greater than 99 percent by volume.
Als Ausgangsmaterialien werden erfindungsgemäß sauerstoffhal- tige Kohlenwasserstoffe oder Kohlenwasserstoffgemische eingesetzt. Als Ausgangsstoffe sind insbesondere biogene Ausgangsstoffe zu nennen. Insbesondere zu erwähnen sind als Ausgangsstoffe Lipide und fettartige Verbindungen; unter Ausgangsstoffen, die Lipiden und/oder fettartige Verbindungen enthalten, wird hierbei verstanden, dass die Ausgangsstoffe Lipide und/oder wesentliche Bestandteile von Lipiden (wie Polyalkohole o- der Glyzerin sowie Mono- und Diglyceride) enthalten oder hieraus bestehen. Die im Ausgangmaterial enthaltenen Kohlenwasserstoffe bestehen im Regelfall zu mindestens 99 Gew.-% aus sauerstoffhaltigen Kohlenwasserstoffen. Es können aber auch Ausgangsmaterialien mit einem geringeren Anteil sauerstoffhaltiger Kohlenwasserstoffe eingesetzt werden. Daneben kann im Ausgangsmaterial auch Wasser enthalten sein; dessen Anteil kann - bezogen auf das Gesamtgewicht des Ausgangsmaterials - bis zu 25 Gew.-% o- der mehr betragen. Beispielsweise ist der Wasseranteil in Altfett häufig bis zu 8 Gew.-% Wasser; Ähnliches gilt auch für Glycerin aus der Biodieselherstellung, bei dem der Wassergehalt auch 20 Gew.-% betragen kann. Daneben kann Glycerin aus der Biodieselherstellung noch Spuren von Katalysator und Biodiesel enthalten.The starting materials used according to the invention are oxygen-containing hydrocarbons or hydrocarbon mixtures. The starting materials are in particular biogenic starting materials. To mention in particular are as starting materials lipids and fat-like compounds; Starting materials which contain lipids and / or fatty compounds are understood here to mean that the starting materials contain or consist of lipids and / or essential constituents of lipids (such as polyalcohols or glycerol and also mono- and diglycerides). The hydrocarbons contained in the starting material usually consist of at least 99 wt .-% of oxygen-containing hydrocarbons. But it can also be used starting materials with a lower proportion of oxygen-containing hydrocarbons. In addition, water may also be present in the starting material; its proportion can be up to 25% by weight or more, based on the total weight of the starting material. For example, the proportion of water in used grease is often up to 8% by weight of water; The same applies to glycerine from the production of biodiesel, in which the water content may also be 20% by weight. In addition, glycerol from biodiesel production may still contain traces of catalyst and biodiesel.
Unter einem porösen Katalysator wird erfindungsgemäß ein Stoff verstanden, dessen Oberfläche für das zu konvertierende Aus- gangsmaterial beziehungsweise die darin enthaltenen Stoffe zugängliche Poren besitzt und der in der Lage ist, das Ausgangsmaterial beziehungsweise die darin enthaltenen Stoffe in Teilstücke zu spalten beziehungsweise die Spaltung des Ausgangsmaterials katalytisch zu unterstützen. Als Katalysatoren sind hierbei insbesondere feinporöse Substanzen zu nennen (also Substanzen mit Poren mit einem Porendurchmesser kleiner o- der gleich 20 μm) . Hiervon sind erfindungsgemäß Stoffe, die Mesoporen und/oder Mikroporen und/oder Submikroporen enthalten, bevorzugt (gemäß der IUPAC-DefinitionAccording to the invention, a porous catalyst is understood as meaning a substance whose surface has pores which are accessible to the starting material or substances contained in it and which is capable of containing the starting material or the substances contained therein Cleave sections or catalytically support the cleavage of the starting material. Particularly suitable catalysts here are finely porous substances (ie substances having pores with a pore diameter less than or equal to 20 μm). Of these, according to the invention, substances which contain mesopores and / or micropores and / or submicropores are preferred (according to the IUPAC definition
[http://goldbook.iupac.org/M03853.html] haben Mesoporen einen Porendurchmesser von 2 bis 50 nm, Mikroporen einen Porendurch- messer von 0,4 bis 2 nm und Submikroporen einen Porendurchmesser kleiner 0,4 nm) .[http://goldbook.iupac.org/M03853.html] mesopores have a pore diameter of 2 to 50 nm, micropores a pore diameter of 0.4 to 2 nm, and submicropores a pore diameter of less than 0.4 nm).
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet erstmalig die Möglichkeit, durch die Spaltung von Vorstufen wie Fetten und Ölen, insbesondere biogenen Vorstufen, hohe Ausbeuten an Flüssiggaskomponenten und von erdgasähnlichen Gasgemischen zu erzielen. Die Verfahren nach dem Stand der Technik sind im Wesentlichen darauf ausgelegt, Fette und ähnliche Stoffe zu längerkettigen Kohlenwasserstoffen zu spalten. Im Wesentlichen geht es in diesen Verfahren daher darum, die Ausgangsmaterialien an denFor the first time, the process according to the invention offers the possibility of achieving high yields of liquid gas components and natural gas-like gas mixtures by the cleavage of precursors, such as fats and oils, in particular biogenic precursors. The prior art processes are essentially designed to break down fats and similar materials to longer chain hydrocarbons. Essentially, therefore, these processes are about supplying the starting materials to the
Bindungen aufzuspalten, die zwischen Kohlenstoffatomen und He- teroatomen gebildet sind. Eine Spaltung von Kohlenstoff- Kohlenstoff-Bindungen ist dagegen nur in sehr beschränktem Umfang von Bedeutung oder sogar unerwünscht. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist dagegen die Spaltung von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen wesentlich wichtiger, so dass die Katalysatoren und die Verfahrensparameter darauf ausgelegt sind, auch eine mehrfache Spaltung von reinen Kohlenwasserstoff-Ketten zu gewährleisten. Im Unterschied zu den vorbekannten Verfahren werden daher im Regelfall mindestens doppelt so viele Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen wie Kohlenstoff-Heteroatom-Bindungen gecrackt .Break down bonds formed between carbon atoms and heteroatoms. Cleavage of carbon-carbon bonds, on the other hand, is only of limited importance or even undesirable. In contrast, in the process of the invention, the cleavage of carbon-carbon bonds is much more important, so that the catalysts and the process parameters are designed to ensure a multiple cleavage of pure hydrocarbon chains. In contrast to the previously known methods, therefore, as a rule, at least twice as many carbon-carbon bonds as carbon-heteroatom bonds are cracked.
Im Unterschied zum Fischer-Tropsch-Verfahren müssen erfindungsgemäß deutlich weniger Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen gebrochen werden; damit wird ein deutlich weniger energieintensives Verfahren zur Verfügung gestellt. Weiterhin ist ein Vorteil gegenüber der Fischer-Tropsch-Synthese, dass das auf- wändige Downstream processing entfällt, das dort durch die Bildung sehr langkettiger, wachsartiger Nebenprodukte unvermeidbar ist und für die Wirtschaftlichkeitsbegrenzung auf einen sehr großen Maßstab verantwortlich ist.In contrast to the Fischer-Tropsch process, significantly fewer carbon-carbon bonds must be broken according to the invention; This provides a much less energy-intensive process. Furthermore, an advantage over the Fischer-Tropsch synthesis is that the There is no need for downstream downstream processing, which is unavoidable due to the formation of very long-chain, waxy by-products and is responsible for limiting the economy to a very large scale.
Das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielte Produktspektrum, bei dem der Gewichtsanteil der gasförmigen Kohlenwasserstoffe größer ist als der der flüssigen Kohlenwasserstoffe, kann insbesondere durch Verwirklichung von einem oder mehreren der nachfolgenden Parameter beziehungsweise Verfahrensmerkmale erzielt werden: a.) Produkte mit einer Kettenlänge von mehr als vier Kohlenstoffatomen werden dem Ausgangsmaterial ganz oder teilweise wieder zugeschlagen beziehungsweise dem Konvertierungsreaktor „erneut" zugeführt. Weiterhin können diese Produkte in einem der vor der Konvertierung erfolgenden Prozess- oder Stofftransportschritte zugeführt werden. Diese Verfahrensführung ist insbesondere dann sehr vorteilhaft, wenn der Prozess derart ausgestaltet ist, dass die Ci bis C4-Komponenten in gas- förmiger Form anfallen, so dass die flüssigen längerkettigen Komponenten unschwer abgetrennt werden können. b.) Die Verweilzeiten des zu crackenden Materials am Katalysator beziehungsweise die Feedstrom-zu-Katalysator-Verhältnisse können erhöht werden. Bei diskontinuierlicher Verfahrensweise des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Feedstrom-zu-The product spectrum achieved by the process according to the invention, in which the proportion by weight of the gaseous hydrocarbons is greater than that of the liquid hydrocarbons, can be achieved in particular by realizing one or more of the following parameters or process characteristics: a.) Products with a chain length of more than four Carbon atoms are wholly or partially added to the starting material or "re-fed" to the conversion reactor, and these products can be fed into one of the process or mass transport steps prior to conversion. that the C 1 to C 4 components are obtained in gaseous form, so that the liquid, longer-chain components can easily be separated off. b.) The residence times of the material to be cracked on the catalyst relate As the feed stream to catalyst ratios can be increased. In a batchwise procedure of the method according to the invention, the feedstream to
Katalysator-Verhältnis 0,1 bis 1 gfeed *h-1 pro gκataiysator und be¬ vorzugt 0,2 bis 0,5 gfeed *h-1 pro gκataiysator betragen. Bei einer kontinuierlichen Durchführung sollte das Feed-zu-Katalysator- Verhältnis in etwa 5 bis 50 gfeed pro gκataiysator betragen. Die längeren Verweilzeiten am Katalysator bewirken ein mehrfaches Brechen von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen in ein und demselben Ausgangsmolekül. c.) Das Verfahren kann bei einem höheren Druck als nach dem Stand der Technik durchgeführt werden. Es kann also nicht nur bei Drücken zwischen 20 und 2000 mbar erfolgen, sondern auch bei Drücken zwischen 2000 und 20000 mbar. Durch den höheren Druck kann erreicht werden, dass die zu crackenden Moleküle länger und/oder häufiger an den reaktiven Zentren des Katalysators absorbiert bleiben. Dies ist vorteilhaft, wenn Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen gecrackt werden sollen d.) Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei Temperaturen von 300 bis 7000C, bevorzugt bei 550 bis 6500C im Konvertierungsreaktor durchgeführt werden. Im Regelfall liegt die Temperatur zumindest bei 4500C. Wie schon bei erhöhtem Druck führen auch erhöhte Temperaturen dazu, dass bevorzugt auch Kohlenstoff- Kohlenstoff-Bindungen beim Crack-Prozess gebrochen werden und sich daher das Produktspektrum zu kurzkettigeren Kohlenwasserstoffen verschiebt. e.) Die eingesetzten porösen Katalysatoren können ein Porenspektrum und/oder eine spezifische Oberfläche aufweisen, das/die auf die zu konvertierenden Ausgangsstoffe zugeschnit- ten ist. Im Regelfall wird hierdurch auch gewährleistet, dass auch längerkettige Kohlenwasserstoffe zu kurzkettigen (Ci bis C4) Kohlenwasserstofffragmenten gecrackt werden.Catalyst ratio 0.1 to 1 gf ee d * h -1 per gκataiysator and be ¬ preferably 0.2 to 0.5 gfeed * h -1 per gκataiysator amount. In a continuous operation, the feed to catalyst ratio should be about 5 to 50 g fee per g catalyst. The longer residence times on the catalyst cause multiple breaking of carbon-carbon bonds in one and the same starting molecule. c.) The process can be carried out at a higher pressure than in the prior art. It can be done not only at pressures between 20 and 2000 mbar, but also at pressures between 2000 and 20,000 mbar. Due to the higher pressure it can be achieved that the molecules to be cracked stay absorbed longer and / or more frequently at the reactive centers of the catalyst. This is advantageous if carbon-carbon bonds are to be cracked d.) The process according to the invention can be carried out at temperatures of from 300 to 700 ° C., preferably at from 550 to 650 ° C., in the conversion reactor. As a rule, the temperature is at least 450 ° C. As with elevated pressure, elevated temperatures also lead to preferential breaking of carbon-carbon bonds in the cracking process, and therefore the product spectrum shifts to shorter-chain hydrocarbons. e.) The porous catalysts used may have a pore spectrum and / or a specific surface which is tailored to the starting materials to be converted. As a rule, this also ensures that even long-chain hydrocarbons are cracked to short-chain (Ci to C 4 ) hydrocarbon fragments.
Das erfindungsgemäß eingesetzte Ausgangsmaterial enthält be- vorzugt Lipide und /oder Altöle/Schmierstoffe auf biogener Basis oder besteht hieraus. Die Lipide werden bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Fetten, Ölen, Fettsäuren, Fettsäureestern, Tallölen, Monoglyceriden, Diglyceriden und Polyolen. Als Beispiele sind hier etwa die Polyole Glycerin und Sorbitol und die Fettsäuremethylester zu nennen. Bei den Fetten und Ölen kommen insbesondere auch Altfette und Altöle in Betracht. Die Bezeichnung Fette und Öle ist hierbei als Sammelbezeichnung für feste, halbfeste oder flüssige, mehr o- der weniger viskose Produkte des Pflanzen- oder Tierkörpers, die chemisch im Wesentlichen aus gemischten Triglyceriden höherer Fettsäuren mit gerader Anzahl von Kohlenstoff-Atomen sowie geringen Anteilen von Acyllipiden wie Sterolestern und Un- verseifbaren bestehen. Im unverseifbaren Anteil liegen häufig auch viele Fremdbestandteile wie Mineralöle, Weichmacher und Biozide, die sich aufgrund ihres lipophilen Charakters im Fett anreichern, vor. Als poröse Katalysatoren können erfindungsgemäß insbesondere Katalysatoren eingesetzt werden, die ausgewählt werden aus der Gruppe bestehend aus Aktivkohlen, Kohlenstoffmolekularsieben, Aktivkoksen, Carbon Nanotubes, Zeolithen, und Gemischen hier- von oder Gemischen dieser Stoffe (oder Gemische) mit Perovski- ten und/oder Zinkchlorid.The starting material used according to the invention preferably contains or consists of biogenic lipids and / or waste oils / lubricants. The lipids are preferably selected from the group consisting of fats, oils, fatty acids, fatty acid esters, tall oils, monoglycerides, diglycerides and polyols. Examples include the polyols glycerol and sorbitol and fatty acid methyl esters. In the case of fats and oils, especially old fats and waste oils are considered. The term fats and oils here is a collective term for solid, semi-solid or liquid, more o or less viscous products of the plant or animal body, which consists essentially of mixed triglycerides of higher fatty acids with even number of carbon atoms and small amounts of acyl lipids like sterol esters and unsaponifiable ones. In the unsaponifiable portion are often many impurities such as mineral oils, plasticizers and biocides, which accumulate in fat due to their lipophilic character before. Catalysts which can be used according to the invention are, in particular, catalysts selected from the group consisting of activated carbons, carbon molecular sieves, activated cokes, carbon nanotubes, zeolites, and mixtures thereof, or mixtures of these substances (or mixtures) with perovskites and / or zinc chloride ,
Als Perovskit-Katalysatoren - bei denen die Perovskite üblicherweise auf einem Trägermaterial vorliegen - sind beispielsweise die der DE 43 35 399 Al genannten Perovskit- Katalysatoren geeignet. Zinkchloride sind beispielsweise in A. Demirbas et al . (2006) "New Options for Conversion of Vegeta- ble OiIs to Alternative Fuels." Energy Sources, Part A FIELD Füll Journal Title: Energy Sources, Part A: Recovery, Utiliza- tion, and Environmental Effects 28(7) : 619-626 beschrieben. Alle vorstehenden Katalysatoren haben gemeinsam, dass sie eine große Oberfläche besitzen. Zum Teil liegen in den Katalysatoren saure Zentren vor, die auch eineSpaltung von Bindungen verursachen können.As perovskite catalysts - in which the perovskites are usually present on a support material - for example, the DE 43 35 399 Al mentioned perovskite catalysts are suitable. Zinc chlorides are described, for example, in A. Demirbas et al. (2006) "New Options for Conversion of Vegetable Oil to Alternative Fuels." Energy Sources, Part A FIELD Filling Journal Title: Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects 28 (7): 619-626. All the above catalysts have in common that they have a large surface area. In part, acidic sites are present in the catalysts, which can also cause cleavage of bonds.
Besonders bevorzugt weist der poröse Katalysator Mesoporen und/oder Mikroporen auf. Es wurde beobachtet, dass insbesondere ein Anteil von mindestens 20% (in % der gesamten vorhandenen Poren) an Poren mit einem Porendurchmesser größer oder gleich 20 nm zu einer verstärkten Bildung von gasförmigen Koh- lenwasserstoffen führen kann.The porous catalyst particularly preferably has mesopores and / or micropores. It has been observed that in particular a proportion of at least 20% (in% of the total pores) of pores with a pore diameter greater than or equal to 20 nm can lead to an increased formation of gaseous hydrocarbons.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass bei Katalysatoren, die ein Porenspektrum aufweisen, bei dem Porengrößen zwischen 0,4 nm und 10 nm Durchmesser in jeglicher Größenordnung in einer Ver- teilung vorhanden sind, gewährleistet ist, dass jegliches Molekül des Ausgangsmaterials beziehungsweise zu crackendes Molekülfragment in einer der Molekülgröße entsprechenden etwa gleichgroßen Anzahl von Poren sorbiert werden kann, eine Bildung von Kohlenwasserstoffen mit eins bis vier Kohlenstoffato- men bevorzugt abläuft. Um dies zu erreichen kann beispielsweise auch eine Mischung verschiedener Katalysatoren zum Beispiel eine Mischung verschiedener Zeolithe eingesetzt werden. Bei- spielsweise haben Zeolithe im Regelfall mittlere Hauptporenradien zwischen 3,3 und 15 nm.According to the invention, it has been found that in the case of catalysts which have a pore spectrum in which pore sizes between 0.4 nm and 10 nm in diameter are present in any order of magnitude, it is ensured that any molecule of the starting material or molecule fragment to be cracked in one can be sorbed the molecular size corresponding to about the same size number of pores, preferably a formation of hydrocarbons having one to four carbon atoms runs. To achieve this, it is also possible, for example, to use a mixture of different catalysts, for example a mixture of different zeolites. examples For example, zeolites usually have average major pore radii between 3.3 and 15 nm.
Eine besonders feine Einstellung der Porengrößen und der Po- renverteilung sowie der Katalysatoroberfläche ist bei Aktivkohlen möglich, die sich von daher besonders gut für das erfindungsgemäße Verfahren eignen. Für Ausgangsstoffe, die kür- zerkettigere Kohlenwasserstofffragmente enthalten, sind Aktivkohlen mit geringeren Porenradien erhältlich; für größere Aus- gangsmoleküle z.B. Triglyceride mit langkettigen Fettsäure-A particularly fine adjustment of the pore sizes and the Pore renverteilung and the catalyst surface is possible with activated carbons, which are therefore particularly well suited for the inventive method. For starting materials containing shorter-chain hydrocarbon fragments, activated carbons with lower pore radii are available; for larger starting molecules, e.g. Triglycerides with long-chain fatty acid
Substituenten sind Aktivkohlen mit größeren Poren erhältlich. Die Porengrößen können beispielsweise durch die Aktivierung der Aktivkohle beeinflusst werden. So sind durch physikalische Aktivierungsmethoden (zum Beispiel Wasserdampfaktivierung) kleinere Poren erhältlich; diese werden durch Aufweitung vonSubstituents are available activated carbons with larger pores. The pore sizes can be influenced, for example, by the activation of the activated carbon. Thus, by physical activation methods (for example steam activation) smaller pores are available; These are made by widening of
Submikroporen und sehr kleinen Mikroporen erhalten. Durch chemische Aktivierung werden größere Poren (insbesondere ein größerer Anteil von Mesoporen) erhalten. Durch die chemische bzw. physikalische Aktivierung wird ein Teil des Kohlenstoffs se- lektiv abgebaut wodurch dann das Porengefüge entsteht .Submicropores and very small micropores obtained. By chemical activation, larger pores (especially a larger proportion of mesopores) are obtained. Due to the chemical or physical activation, part of the carbon is selectively decomposed, which then results in the pore structure.
Bei der Gasaktivierung (physikalischen Aktivierung) wird ggf. nach einem Verkohlungsprozess das Ausgangsmaterial im Regelfall bei 800-1000 0C in einer Wasserdampf und/oder Kohlendioxidatmosphäre aktiviert. Dabei wird ein Teil des Kohlenstoffs vergast und es entstehen Poren die eine große innere Oberfläche bilden. Ausgangsmaterial sowie Temperatur und Dauer bestimmen dabei die spätere Porengröße und -Verteilung. Daher ist der Herstellungsprozess besonders wichtig für die Eigenschaften der Kohle. Bei der chemischen Aktivierung werden z.B. Phosphorsäure,In the gas activation (physical activation) the starting material is normally at 800-1000 0 C is activated, if necessary in a water vapor and / or carbon dioxide atmosphere for a carbonization process. Here, part of the carbon is gasified and pores are formed which form a large inner surface. Starting material as well as temperature and duration determine the later pore size and distribution. Therefore, the manufacturing process is particularly important for the properties of the coal. In chemical activation, for example, phosphoric acid,
Zinkchlorid oder andere dehydratisierende Materialien verwendet. Bezüglich der Materialien für die chemische Aktivierung sei auf H. von Kienle, E. Bäder, "Aktivkohle und ihre industrielle Anwendung", Ferdinand Enke Verlag, Stuttgart, 1980 verwiesen auf das diesbezüglich vollumfänglich Bezug genommen wird. Mittlere Porengrößen, die zwischen denen von chemisch beziehungsweise physikalisch aktivierten Aktivkohlen liegen, weisen aktivierte Granulate (auch Direktaktivate genannt) auf. Im Gegensatz zur Formaktivkohle, bei der ein Kohlenstofflieferant zunächst in Pulverform mit einem Bindemittel vermengt wird, woran sich eine Formgebung, gegebenenfalls eine Trocknung, eine Karbonisierung und eine Aktivierung anschließt, werden diese aktivierten Granulate direkt aus dem Kohlenstoffträger durch Zerkleinerung und Aktivierung und einen gegebenenfalls zwischengeschalteten Karbonisierungsschritt erhalten. Die Porenstruktur kann auch durch die bei der Herstellung der Aktivkohle herrschenden Parameter beeinflusst werden. Insbesondere sind hierbei Temperatur, Verweilzeit und Dampfdosierung bei Trocknung, Karbonisierung und Aktivierung zu nennen.Zinc chloride or other dehydrating materials used. With regard to the materials for the chemical activation, reference is made to H. von Kienle, E. Bäder, "activated carbon and its industrial application", Ferdinand Enke Verlag, Stuttgart, 1980, to which reference is made in full. Average pore sizes, which are between those of chemically or physically activated carbons, have activated granules (also called direct activates). In contrast to the form activated carbon, in which a carbon source is first mixed in powder form with a binder, followed by shaping, optionally drying, carbonization and activation, these activated granules are directly from the carbon support by comminution and activation and optionally interposed Carbonation step obtained. The pore structure can also be influenced by the parameters prevailing in the production of the activated carbon. In particular, this temperature, residence time and vapor dosing during drying, carbonation and activation are mentioned.
Eine Beeinflussung des Crackverhaltens des porösen Katalysators einerseits, als auch (im Fall von Aktivkohle als Katalysator) der Porengröße des Katalysators kann auch durch einen dem Katalysator zugesetzten Stoff (im Rahmen der vorliegenden Anmeldung zweiter Katalysator genannt) erfolgen, wobei der poröse Katalysator mit dem zweiten Katalysator dotiert und/oder imprägniert sein kann.An influence on the cracking behavior of the porous catalyst on the one hand, and (in the case of activated carbon as a catalyst) the pore size of the catalyst can also by a catalyst added to the substance (in the present application called second catalyst), wherein the porous catalyst with the second Catalyst can be doped and / or impregnated.
Unter Dotierung wird hierbei verstanden, dass der zweite Katalysator dem porösen Katalysator während dessen Herstellung zu- gesetzt wird, so dass im fertigen porösen Katalysator eine homogene Verteilung des zweiten Katalysators vorliegt. Dagegen erfolgt bei der Imprägnierung eine Behandlung des bereits fertigen porösen Katalysators mit einem Material, das den zweiten Katalysator enthält oder hieraus besteht, so dass der zweite Katalysator nur auf der Oberfläche (auch der Porenoberfläche) des porösen Katalysators vorhanden ist. Durch eine Dotierung und/oder Imprägnierung können also gezielt chemisch aktive Substanzen in das Porensystem bzw. die Matrix des Katalysators eingebracht werden, die die chemischen Reaktionen am Katalysator verändern können. Als Dotierungsoder Imprägnierungsstoffe können insbesondere Substanzen eingebracht werden, die selbst noch einmal katalytisch wirken; alternativ können auch Substanzen eingebracht werden, die die Eigenschaften des porösen Katalysators (zum Beispiel den pH- Wert) verändern. Je nach dem verwendeten Verfahren werden dabei die physikalischen und adsorptiven Eigenschaften des porö- sen Katalysators ebenfalls verändert.In this case, doping means that the second catalyst is added to the porous catalyst during its production, so that a homogeneous distribution of the second catalyst is present in the finished porous catalyst. In contrast, in the impregnation treatment of the already finished porous catalyst is carried out with a material containing or consisting of the second catalyst, so that the second catalyst is present only on the surface (also the pore surface) of the porous catalyst. By means of a doping and / or impregnation, chemically active substances can thus be deliberately introduced into the pore system or the matrix of the catalyst, which can change the chemical reactions on the catalyst. As doping or impregnating substances in particular substances can be introduced, which themselves act once again catalytically; Alternatively, it is also possible to introduce substances which alter the properties of the porous catalyst (for example the pH value). Depending on the method used, the physical and adsorptive properties of the porous catalyst are also changed.
Bei einer Imprägnierung - die wie erwähnt nachträglich erfolgt - ist zu beachten, dass durch das Aufbringen des Imprägnierungsreagenzes das Porenspektrum verändert wird und das Porenvolumen sinkt. Insbesondere werden dabei sehr kleine Poren blockiert, so dass bei imprägnierten Substanzen der Anteil der großen Mikroporen und der Mesoporen gegenüber kleinen Mikropo- ren erhöht ist. Soll also für das erfindungsgemäße Verfahren ein imprägnierter Katalysator eingesetzt werden, so ist es häufig erforderlich, auch einen nicht imprägnierten Katalysa- tor zuzumischen, damit auch kleine Mikroporen (mit einemIn the case of impregnation-which takes place as mentioned later-it should be noted that the application of the impregnation reagent changes the pore spectrum and reduces the pore volume. In particular, very small pores are blocked, so that in the case of impregnated substances, the proportion of large micropores and the mesopores is increased in comparison to small micropore. If, therefore, an impregnated catalyst is to be used for the process according to the invention, it is often necessary to mix in an unimpregnated catalyst, so that even small micropores (with a
Durchmesser kleiner 1 nm) in einer ausreichenden Menge vorhanden sind, um ein Cracken auch zu den kurzkettigen Kohlenwasserstoffen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen zu ermöglichen. Bei der Dotierung mit Metalloxiden oder Stoffen, die während des Herstellungsverfahrens des porösen Katalysators Metalloxide bilden (zum Beispiel Kaliumcarbonat) , entstehen im fertigen porösen Katalysator (zum Beispiel der fertigen Formaktivkohle) aktive Zentren, in denen Agglomerate des Metalloxids beziehungsweise Cluster des Metalloxids vorliegen, an denen dann Crackreaktionen erfolgen können.Diameter smaller than 1 nm) in an amount sufficient to allow cracking even to the short chain hydrocarbons of 1 to 4 carbon atoms. In the case of doping with metal oxides or substances which form metal oxides (for example potassium carbonate) during the production process of the porous catalyst, active centers in which agglomerates of the metal oxide or clusters of the metal oxide are formed are formed in the finished porous catalyst (for example the finished activated form coal) which can then be cracking reactions.
Es wurde beobachtet, dass beim Zusatz von Säuren zum porösen Katalysator in der Regel einen Verschiebung des Produktspektrums hin zu flüssigen Produkten (also Kohlenwasserstoffen mit mehr als vier Kohlenstoffatomen) erfolgt. Erfindungsgemäß ist es daher bevorzugt, den porösen Katalysator (zum Beispiel die Aktivkohle) mit alkalischen Komponenten zu dotieren oder imprägnieren oder neben sauer imprägnierten/dotierten Katalysatoren auch noch undotierte/unimprägnierte oder nicht sauer do- tierte/imprägnierte Katalysatoren einzusetzen. In diesem Fall, insbesondere bei Verwendung von alkalisch dotierten und/oder imprägnierten porösen Katalysatoren, verschiebt sich das Pro- duktSpektrum eher zu den gasförmigen Kohlenwasserstoffen. Aufgrund des zuvor beschriebenen Problems bei der Imprägnierung der Katalysatoren ist der Einsatz dotierter Katalysatoren bevorzugt .It has been observed that the addition of acids to the porous catalyst generally results in a shift in the product spectrum towards liquid products (ie, hydrocarbons having more than four carbon atoms). According to the invention, it is therefore preferable to dope or impregnate the porous catalyst (for example the activated carbon) with alkaline components or to use not only acid-impregnated / doped catalysts but also undoped / unimpregnated or non-acid-doped / impregnated catalysts. In this case, especially when using alkaline-doped and / or impregnated porous catalysts, the pro- range of products to gaseous hydrocarbons. Due to the above-described problem in the impregnation of the catalysts, the use of doped catalysts is preferred.
Dem erfindungsgemäßen porösen Katalysator können auch zweite Katalysatoren zugesetzt werden, die dazu dienen, Schadstoffe oder Fremdstoffe aus dem Ausgangsmaterial zu entfernen beziehungsweise in abtrennbare Gase umzuwandeln. Beispielsweise ist es denkbar, mittels geeigneter Katalysatoren (zum Beispiel auf Manganoxid-Basis) im Ausgangsmaterial enthaltenen Schwefel umzuwandeln .It is also possible to add second catalysts to the porous catalyst according to the invention which serve to remove pollutants or foreign substances from the starting material or to convert them into separable gases. For example, it is conceivable to convert sulfur contained in the starting material by means of suitable catalysts (for example based on manganese oxide).
Bezüglich des Herstellungsverfahrens für dotierte Katalysato- ren sowie der möglichen Dotierstoffe (also des zweiten Katalysators) sei auf die WO 2007/137856 A2 verwiesen, auf die diesbezüglich vollumfänglich Bezug genommen wird.With regard to the preparation process for doped catalysts and the possible dopants (ie the second catalyst), reference is made to WO 2007/137856 A2, to which reference is made in full in this regard.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt werden, dass die Ausgangsstoffe dem Konvertierungsreaktor in flüssiger Form zugeführt werden. Dies hat den Vorteil, dass eine energieintensive Überführung des unkonvertierten Ausgangsmaterials in die Gasphase (beziehungsweise Dampfphase) nicht erforderlich ist; allerdings sind in dieser Variante Drücke größer 2000 mbar erforderlich.In an advantageous embodiment, the inventive method can be carried out so that the starting materials are supplied to the conversion reactor in liquid form. This has the advantage that an energy-intensive transfer of the unconverted starting material into the gas phase (or vapor phase) is not required; however, pressures greater than 2000 mbar are required in this variant.
Wird andererseits das Ausgangsmaterial in der Dampf- bzw. Gasphase in den Konvertierungsreaktor überführt, so ist zu berücksichtigen, dass bereits in der Vorrichtung, in der das Ausgangsmaterial in die Dampf- beziehungsweise Gasphase überführt wird (insbesondere einem kombinierten Reaktions- und Phasenübergangsapparat, in dem eine Verdampfung des Ausgangsmaterials und/oder eine Zersetzung des Ausgangsmaterials in verdampfbare Produkte und eine Verdampfung derselben erfolgt - im Rahmen dieser Anmeldung Verdampfer genannt) Crackprozesse stattfinden können, so dass das Ausgangsmaterial bereits im Wesentlichen in chemisch veränderter Form (z.B. in Form von Bruchstücken) mit dem porösen Katalysator in Kontakt kommt. Es können dann auch Katalysatoren (insbesondere Aktivkohlen) mit einem verringerten Anteil sehr großer Poren (insbesondere Me- soporen) eingesetzt werden. Derartige Crackprozesse finden insbesondere dann statt, wenn das Ausgangsmaterial sich nicht unzersetzt verdampfen lässt, was z.B. bei Triglyceriden der Fall ist; allerdings erfolgen in der Regel auch bei den unzersetzt verdampfbaren Verbindungen Crackprozesse. Um gezielt eine Spaltung des Ausgangsmate- rials bzw. weitere Spaltung von bereits gecracktem Ausgangsmaterial im Verdampfer zu forcieren, kann die mittlere Wandtemperatur im Verdampfer so gewählt werden, dass sie über der Verdampfungs- bzw. Zersetzungstemperatur des Ausgangsmaterials liegt (und insbesondere mindestens 50 0C über dieser Tempera- tur liegt) . Die mittlere Wandtemperatur kann beispielsweise 340 bis 500 0C betragen. Bei einem Ausgangsmaterial, das aus einem Gemisch verschiedener Stoffe besteht, wird diesbezüglich als Zersetzungstemperatur des Ausgangsmaterials erfindungsgemäß die Temperatur definiert, bei der eine Zersetzung von zu- mindest 80 Gew.-% der Summe der im Ausgangsmaterial vedampfba- ren Stoffe erfolgt (als unverdampfbar werden hierbei Verbindungen angesehen, die bei einer Temperatur von 600 0C noch flüssig oder fest sind und sich auch noch nicht zersetzen, d.h. Verbindungen die weder selbst noch in Form von Zerset- zungsprodukten in die Dampf- beziehungsweise Gasphase überführt werden können) . In einer Ausführungsform kann die Temperatur im Verdampfer bereits der Temperatur im Konvertierungsreaktor im Wesentlichen entsprechen oder nur geringfügig (d.h. bis zu 50°C) darunter liegen; im Einzelfall kann sie auch über dieser Temperatur liegen.On the other hand, if the raw material in the vapor or gas phase is transferred to the conversion reactor, it should be considered that even in the apparatus in which the starting material is transferred to the vapor or gas phase (in particular a combined reaction and phase change apparatus, in the an evaporation of the starting material and / or a decomposition of the starting material into vaporizable products and an evaporation thereof takes place - referred to in the context of this application evaporator) cracking processes can take place, so that the starting material already substantially in chemically altered form (eg in the form of Fragments) with the porous catalyst comes into contact. It is then also possible to use catalysts (in particular activated carbons) with a reduced proportion of very large pores (in particular mesopores). Such cracking processes take place especially when the starting material can not evaporate without decomposition, which is the case with triglycerides, for example; however, cracking processes generally also occur in the case of the undecomposable compounds which can be vaporized. In order to deliberately force a cleavage of the starting material or further cleavage of already cracked starting material in the evaporator, the mean wall temperature in the evaporator can be chosen so that it lies above the evaporation or decomposition temperature of the starting material (and in particular at least 50 ° C.) above this temperature). The average wall temperature may be, for example, 340 to 500 ° C. In the case of a starting material which consists of a mixture of different substances, the decomposition temperature of the starting material in accordance with the invention is defined as the temperature at which decomposition of at least 80% by weight of the sum of the substances vaporisable in the starting material takes place (can not be vaporized in this case considered compounds which are still liquid or solid at a temperature of 600 0 C and not decompose, ie compounds which neither by themselves nor in the form of decomposition products in the vapor or gas phase can be converted). In one embodiment, the temperature in the evaporator may already substantially correspond to the temperature in the conversion reactor or may be only slightly below it (ie up to 50 ° C.); in individual cases, it can also be above this temperature.
In einer Ausführungsform enthält der eingesetzte Verdampfer an seiner inneren Oberfläche (d.h. der Oberfläche, die mit den verdampften oder zu verdampfenden Stoffen in Kontakt steht) zumindest teilweise Elemente zur Erhöhung der Crackrate. Der- artige Elemente zur Erhöhung der Crackrate können gemäß einer ersten Variante chemisch angepasste Oberflächen oder Oberflächenbereiche sein (die etwa in Form einer Beschichtung vorlie- gen können) , die insbesondere acidische Zentren aufweisen können (zu nennen sind insbesondere Oberflächen oder Oberflächenbereiche aus sauren Metalloxiden, beispielsweise aus Aluminiumoxid, Siliziumoxid oder auch Silikaten) . Gemäß einer zweiten Variante können diese Elemente zur Erhöhung der Crackrate geometrisch so ausgebildet sein, dass sie Bereiche enthalten, deren Temperatur gegenüber der mittleren Wandtemperatur deutlich erhöht ist; zu nennen sind beispielsweise pyramidenförmige Gebilde, kegelförmige Gebilde oder ähnlich ausgeformte Gebilde, deren zum Verdampferinneren gerichtete Spitze aufgrund starker Wärmeleitfähigkeit des Materials (insbesondere eines Metalls, z.B. Aluminium), aus dem sie gebildet sind, eine gegenüber der mittleren Wandtemperatur deutlich erhöhte Temperatur aufweist.In one embodiment, the evaporator employed contains at least partially cracking rate enhancement elements on its inner surface (ie, the surface which is in contact with the vaporized or vaporizable matter). According to a first variant, such elements for increasing the cracking rate may be chemically adapted surfaces or surface areas (which may be present in the form of a coating, for example). can), which may have in particular acidic centers (in particular, surfaces or surface areas of acidic metal oxides, for example of alumina, silica or silicates) may be mentioned. According to a second variant, these elements can be geometrically designed to increase the cracking rate in such a way that they contain regions whose temperature is markedly higher than the average wall temperature; To name for example, pyramidal structures, conical structures or similarly shaped structures whose point directed towards the evaporator inside due to high thermal conductivity of the material (in particular a metal, eg aluminum), from which they are formed, has a relation to the mean wall temperature significantly elevated temperature.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt werden, dass die Kontak- tierung des Ausgangsmaterials mit dem porösen Katalysator in Gegenwart von Wasser und/oder einem Wasser freisetzenden Material erfolgt. Durch den Zusatz von Wasser oder Wasser freiset- zenden Materialien ist eine Verlängerung der Standzeit des Katalysators möglich. Der Zusatz von Wasser ist daher insbesondere bei kontinuierlich durchzuführenden Verfahren sinnvoll. Bevorzugt sollte mindestens soviel Wasser enthalten sein, dass - bezogen auf die zu konvertierenden Ausgangsmaterialien - mindestens ein Moläquivalent Wasser (in freier Form oder inIn a further advantageous embodiment, the method according to the invention can be carried out such that the contacting of the starting material with the porous catalyst takes place in the presence of water and / or a water-releasing material. The addition of water or water-releasing materials makes it possible to extend the service life of the catalyst. The addition of water is therefore useful, especially in the case of continuous processes. At least as much water should preferably be present that, based on the starting materials to be converted, at least one molar equivalent of water (in free form or in water)
Form von Wasser freisetzenden Stoffen) zugegen ist. Ganz allgemein wird unter einem Wasser freisetzenden Material ein Stoff oder ein Stoffgemisch verstanden, das entweder gebundenes Wasser enthält, das freigesetzt werden kann oder ein Stoff oder Stoffgemisch das mittels einer chemischen Reaktion, zum Beispiel einer Kondensationsreaktion, Wasser bildet (zum Beispiel Glycerin) .Form of water-releasing substances) is present. In general, a water-releasing material is understood to mean a substance or a mixture of substances which contains either bound water which can be released or a substance or substance mixture which forms water by means of a chemical reaction, for example a condensation reaction (for example glycerol).
Besonders bevorzugt sind im örtlichen und zeitlichen Mittel maximal zehn Volumen-Prozent Wasser und/oder bezogen auf die zu konvertierenden Ausgangsmaterialien mindestens zwei Moläquivalente Wasser im Reaktionsraum vorhanden. Der Zusatz von Wasser kann insbesondere durch Einleiten eines Wasser- oder Dampfstromes in den Konvertierungsreaktor erfolgen. Statt Wasser können hier auch wasserhaltige Stoffe oder Stoffe die unter den im Konvertierungsreaktor herrschenden Re- aktionsbedingungen Wasser abspalten, verwendet werden. DasMore preferably at least 10 percent by volume of water and / or based on the starting materials to be converted, at least two molar equivalents of water are present in the reaction space in the local and time average. The addition of water can be effected in particular by introducing a stream of water or vapor into the conversion reactor. Instead of water, water-containing substances or substances which split off water under the reaction conditions prevailing in the conversion reactor can also be used here. The
Wasser, wasserhaltige Gemisch oder Wasser freisetzende Material kann auch den Ausgangsstoffen zugesetzt werden. Häufig ist auch in den Ausgangsstoffen bereits Wasser enthalten. Schließlich kann das Wasser oder das Wasser freisetzende Material auch dem Inertgasstrom zugesetzt werden.Water, water-containing mixture or water-releasing material can also be added to the starting materials. Often, the starting materials already contain water. Finally, the water or water-releasing material may also be added to the inert gas stream.
Als Konvertierungsreaktor kann ein beliebiger, in geeigneter Weise heizbarer Ofen eingesetzt werden. Die Konvertierung kann kontinuierlich oder nicht kontinuierlich erfolgen. Unter kon- tinuierlichem Betrieb ist hierbei zu verstehen, dass die Zufuhr an Ausgangsmaterialien kontinuierlich erfolgt. Insbesondere können die Ausgangsmaterialien gasförmig bzw. dampfförmig zugegeben werden. Als Konvertierungsreaktoren kommen somit Festbettreaktoren jeglicher Bauart, Wanderbetten, stationäre und zirkulierende Wirbelschichtreaktoren (inklusive Strahlmischer) , simulated fluidized bed, Drehrostgeneratoren, Schachtöfen, Etagenöfen oder Drehrohrreaktoren in Betracht.As a conversion reactor, any suitable, heatable furnace can be used. The conversion can be continuous or not continuous. By continuous operation, it is to be understood that the supply of starting materials takes place continuously. In particular, the starting materials can be added in gaseous or vaporous form. Conversion reactors thus come into consideration as fixed bed reactors of any type, moving beds, stationary and circulating fluidized bed reactors (including jet mixers), simulated fluidized bed, rotary grate generators, shaft furnaces, stack furnaces or rotary tube reactors.
Der poröse Katalysator kann im Konvertierungsreaktor in belie- biger Weise so angeordnet sein, dass die zu konvertierenden Stoffe den Katalysator durch- oder überstreichen können. Der Kontakt der flüssigen oder dampfförmigen Ausgangsmaterialien mit dem porösen Katalysator kann auf eine beliebige geeignete Weise erfolgen, beispielsweise durch Aufsprühen von flüssigen, kalten oder erhitzten Ausgangsmaterial oder dadurch, dass ein Gasstrom mit gasförmigen beziehungsweise dampfförmigen Ausgangssubstanzen durch das Bett geleitet wird. In manchen Fällen wird auch ein fester Ausgangsstoff direkt auf den erhitzten Katalysator beziehungsweise direkt in den Konvertierungs- reaktor gegeben werden können. Der Katalysator kann ebenfalls kontinuierlich oder diskontinuierlich zugegeben werden. Zur Inertisierung des Reaktionsraums sollte dieser vorab mit einem Trägergas gespült sein. Als Trägergas kommt insbesondere ein Inertgas (wie Stickstoff oder Kohlendioxid) , Wasser oder Wasserdampf oder einem CO/CO2 Gemisch in Betracht. Wenn die zu konvertierenden Ausgangsstoffe bereits gasförmig in den Konvertierungsreaktor eingebracht werden, bietet es sich an, sie in einem Gasstrom aus Trägergas aufzunehmen und mit diesem in den Reaktor zu überführen. Alternativ kann das Trägergas aber auch getrennt in den Reaktor geleitet werden. Die Inertisie- rung des Konvertierungsreaktorraums ist notwendig, da ansonsten bei hohen Temperaturen unerwünschte Reaktionen des Katalysators eintreten (beispielsweise kann als Katalysator eingesetzte Aktivkohle verbrennen) . Unter einem Trägergas wird daher im Sinne dieser Erfindung ein Gas verstanden, das zur Ver- drängung von Sauerstoff oder von anderen Stoffen, die zu unerwünschten Reaktionen an den Katalysatoren führen, dient. Die Verwendung von CO2 oder CO/CO2 Gemischen als Trägergas hat den Vorteil, dass bei der Produktaufbereitung ein Trennschritt eingespart werden kann, da CO2 und CO ohnehin als Spaltproduk- te der Konvertierungsreaktion entstehen, während Stickstoff als Trägergas vom erhaltenen Produktspektrum abgetrennt werden muss .The porous catalyst can be arranged in the conversion reactor in any desired way so that the substances to be converted can pass through or over the catalyst. The contact of the liquid or vaporous starting materials with the porous catalyst can be effected in any suitable manner, for example by spraying liquid, cold or heated starting material or by passing a gas stream with gaseous or vaporous starting materials through the bed. In some cases, a solid starting material can be added directly to the heated catalyst or directly into the conversion reactor. The catalyst can also be added continuously or discontinuously. To inert the reaction space this should be rinsed in advance with a carrier gas. As a carrier gas is in particular an inert gas (such as nitrogen or carbon dioxide), water or steam or a CO / CO2 mixture into consideration. If the starting materials to be converted are already introduced into the conversion reactor in gaseous form, it is advisable to take them up in a gas stream of carrier gas and to transfer them into the reactor with it. Alternatively, however, the carrier gas can also be passed separately into the reactor. The inertization of the conversion reactor space is necessary since otherwise unwanted reactions of the catalyst occur at high temperatures (for example, it is possible to burn activated carbon used as a catalyst). For the purposes of this invention, a carrier gas is therefore understood as meaning a gas which serves to displace oxygen or other substances which lead to undesired reactions on the catalysts. The use of CO 2 or CO / CO 2 mixtures as carrier gas has the advantage that a separation step can be saved during product preparation, since CO 2 and CO are produced as splitting products of the conversion reaction anyway, while nitrogen as carrier gas must be separated from the product spectrum obtained.
Der durch die Kontaktierung des Ausgangsmaterials mit dem Ka- talysator erhaltene Produktgasstrom wird schließlich einer Separiereinrichtung , wie einer Quenche zugeführt. Hierbei können die kürzerkettigen Ci- bis C4-Kohlenwasserstoffe von den längerkettigen Produkten abgetrennt werden. Eine Trennung der Flüssiggasfraktion von der erdgasähnlichen Fraktion kann destillativ oder auch durch Membrantrennverfahren oder auch durch erhöhten Druck erfolgen. Weiterhin können die in der Flüssiggasfraktion und der erdgasähnliche Fraktion enthaltenen Kohlenwasserstoffen auch in Reinform isoliert werden. Auch hier bieten sich destillative oder Membrantrenn-Verfahren an.The product gas stream obtained by contacting the starting material with the catalyst is finally fed to a separating device, such as a quencher. Here, the shorter-chain Ci- to C4-hydrocarbons can be separated from the longer-chain products. A separation of the liquid gas fraction from the natural gas-like fraction can be carried out by distillation or else by membrane separation processes or else by elevated pressure. Furthermore, the hydrocarbons contained in the liquid gas fraction and the natural gas-like fraction can also be isolated in pure form. Here too, distillative or membrane separation processes are suitable.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Gewichtsanteil der gasförmigen Kohlenwasserstoffe im Produktgasstrom gegen- über dem der flüssigen Kohlenwasserstoffe 1,5-fach, bevorzugt 2-fach, besonders bevorzugt 3-fach, erhöht. Der im Produktgasstrom enthaltene Gewichtsanteil nicht umgesetzten Ausgangsmaterials beträgt bevorzugt maximal 35 Prozent, besonders bevor- zugt maximal 15 Prozent und ganz besonders bevorzugt maximal zwei Prozent bezogen auf den Anteil gasförmiger Kohlenwasserstoffe, der im Produktgasstrom enthalten ist.In a preferred embodiment, the proportion by weight of the gaseous hydrocarbons in the product gas stream is opposite over the liquid hydrocarbons 1.5 times, preferably 2 times, more preferably 3 times increased. The weight fraction of unreacted starting material present in the product gas stream is preferably at most 35 percent, more preferably at most 15 percent, and most preferably at most two percent, based on the proportion of gaseous hydrocarbons contained in the product gas stream.
Ist der Olefingehalt im Produktgasstrom zu hoch, so kann auch vor dem Separierungsschritt eine Gasaufbereitung erfolgen.If the olefin content in the product gas stream is too high, gas treatment may also be carried out before the separation step.
Hierbei kann beispielsweise eine katalytische Hydrierstrecke verwendet werden, in der ungesättigte Kohlenwasserstoffe in Gegenwart von extern zugegebenem oder bei der Umsetzung entstandenem Wasserstoff oder bei der Shift-Reaktion aus CO und Wasserdampf entstandenem Wasserstoff (gegebenenfalls in Anwesenheit der hierfür erforderlichen Hydrierungskatalysatoren) hydriert werden. Die Hydrierstrecke kann dem Konvertierungsreaktor nachgeschaltet sein, sie kann auch in dem Konvertierungsreaktor hinter dem Bereich, in dem die Konvertierung er- folgt, angeordnet sein. Alternativ ist es allerdings auch möglich, den für die Konvertierungsreaktion eingesetzten Katalysator mit einem geeigneten Hydrierungskatalysator zu imprägnieren oder zu dotieren. Gängige Hydrierungskatalysatoren sind Palladium oder Platin; diese können in bekannter Weise in Form von Lösungen auf den porösen Katalysator aufgebracht beziehungsweise bei der Herstellung des porösen Katalysators zugesetzt werden.In this case, for example, a catalytic hydrogenation are used in the unsaturated hydrocarbons in the presence of externally added or incurred in the reaction hydrogen or in the shift reaction of CO and water vapor hydrogen produced (optionally in the presence of the hydrogenation catalysts required for this) are hydrogenated. The hydrogenation route can be connected downstream of the conversion reactor; it can also be arranged in the conversion reactor behind the region in which the conversion takes place. Alternatively, however, it is also possible to impregnate or dope the catalyst used for the conversion reaction with a suitable hydrogenation catalyst. Common hydrogenation catalysts are palladium or platinum; These can be applied in known manner in the form of solutions to the porous catalyst or added in the preparation of the porous catalyst.
Bevorzugt sollten im Produktgasstrom überwiegend Produkte der 3. Gasfamilie und auch Produkte der 2. Gasfamilie gemäß "DVGW Regelwerk, Arbeitsblatt G260, Gasbeschaffenheit 01/2000" und DIN 51622 enthalten sein.Preferably, products of the 3rd gas family and products of the 2nd gas family according to "DVGW regulations, worksheet G260, gas quality 01/2000" and DIN 51622 should preferably be contained in the product gas stream.
Eine bedeutsame Anwendung des erfindungsgemäß hergestellten Flüssiggases ist daher die Konditionierung von Erdgassubstitu- ten. Die brenntechnischen Eigenschaften dieser Erdgassubstitu- te an die lokal für die Einspeisung geforderten Erdgasqualitä- ten können mit Flüssiggasen angepasst werden. Das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Flüssiggas (gegebenenfalls auch mit noch enthaltenen Cl- und C2-Bestandteilen sowie Trägergas) kann daher Biogas zugemischt werden, dessen Methan- gehalt zu hoch ist, um als Erdgas Verwendung finden zu können. Somit kann aus Biogas (das z.B. aus Fermentationsprozessen stammen kann) und dem erfindungsgemäß erhaltenen Flüssiggas ein Erdgas hergestellt werden, bei dem alle Komponenten biogen sind. Weiterhin kann das erfindungsgemäß hergestellte Flüssiggas zur Erzeugung von Erdgasersatz (einem Flüssiggas-Luft-Gemisch, das auch als Peak shaving gas bezeichnet wird) zur Deckung von Verbrauchsspitzen im öffentlichen Gasnetz dienen.An important application of the liquefied gas produced according to the invention is therefore the conditioning of natural gas substitutes. The firing properties of these natural gas substitutes to the natural gas quality required locally for the feed-in. can be adapted with liquefied gases. The liquefied gas produced by the process according to the invention (if appropriate also with Cl and C2 constituents still present as well as carrier gas) can therefore be admixed with biogas whose methane content is too high to be used as natural gas. Thus, from biogas (which may originate from fermentation processes, for example) and the liquefied gas obtained according to the invention, a natural gas can be produced in which all components are biogenic. Furthermore, the liquefied gas produced according to the invention for generating natural gas substitute (a liquefied petroleum gas mixture, which is also referred to as peak shaving gas) serve to cover consumption peaks in the public gas network.
Die Cl- und C2-Fraktionen des Produktgemisches können ebenfalls als Erdgasersatz Verwendung finden. Hierzu zählt z.B. die thermische oder kraftmotorische Verwendung oder die Verwendung als Fahrzeugtreibstoff (CNG) sowohl am Erzeugungsort als auch nach einer Einspeisung des erdgasähnlichen Gasgemi- sches in das Erdgasnetz.The Cl and C2 fractions of the product mixture can also be used as substitutes for natural gas. This includes e.g. the thermal or motor use or the use as a vehicle fuel (CNG) both at the place of production and after feeding the natural gas-like gas mixture into the natural gas grid.
Ohne Einschränkung der Allgemeinheit wird nachstehend die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen noch näher erläutert:Without limiting the generality, the invention will be explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments:
Hierbei werden folgende Messgrößen verwendet:The following parameters are used:
Rütteldichte [g/l] nach DIN ISO 787, Teil 11Vibration density [g / l] according to DIN ISO 787, part 11
I odz ahl [ mgiod/gAktivkohie ] ( nach AWWA B 60 0 - 7 8 Powdered Act i - vated Carbon) spezifische Oberfläche mittels BET-Bestimmung nach DIN 66 131Iodz ahl [mgi od / g Akt ivkohie] (according to AWWA B 60 0 - 7 8 Powdered Act i - vated Carbon) specific surface area by means of BET determination according to DIN 66 131
Benzolbeladung [Gew.-%]Benzene loading [% by weight]
Porengrößen und AdsorptionsporenvolumenPore sizes and adsorption pore volumes
Zur Bestimmung der Rütteldichte wird eine Kohleschüttung unter definierten Rüttelbedingungen (1250 Hübe, Fallhöhe 3,0 mm) mit Hilfe eines Stampfvolumeters in einem 250 ml Messzylinder verdichtet. Bei den untersuchten Formaktivkohlen handelt es sich um Aktivkohle-Pellets mit einem Durchmesser von 2 bis 4 mm. Grundsätzlich können Aktivkohle-Pellets bzw. -Formlinge mit einem üblichen Durchmesser von 1 - 6 mm eingesetzt werden.To determine the bulk density, a coal bed is compacted under defined vibratory conditions (1250 strokes, drop height 3.0 mm) using a tamping volumeter in a 250 ml graduated cylinder. The investigated activated carbon forms are around activated carbon pellets with a diameter of 2 to 4 mm. In principle, activated carbon pellets or moldings can be used with a usual diameter of 1 - 6 mm.
Die Bestimmung der Benzolbeladung erfolgt durch Umrechnung aus der Cyclohexanbeladung. Hierbei wird Cyclohexandampf- gesättigte Luft mit reiner Luft in unterschiedlichem Verhältnis gemischt; dadurch werden Beladungsströme mit unterschiedlichen Partialdrücken eingestellt. Die Beladung der Aktivkohle erfolgt in U-Rohren, die sich in einem thermostatisierten Wasserbad befinden. Die Aktivkohle wird mit Luft, die z.B. zu 9/10, 1/10 und 1/100 mit Cyclohexan gesättigt ist bzw. bei der angegebenen Konzentration, bei 200C bis zum Gleichgewicht bzw. bis zur Gewichtskonstanz beladen. Die Beladung erfolgt im ers- ten Schritt mit der höchsten Konzentration bei einem Partial- druckverhältnis von 0,9. Anschließend erfolgt die Desorption bei einem Partialdruckverhältnis von 0,1 bis zur Gewichtskonstanz. Ein weiterer Desorptionsschritt erfolgt bei einem Partialdruckverhältnis von 0,01.The determination of the benzene loading is carried out by conversion from the Cyclohexanbeladung. Here, cyclohexane vapor-saturated air is mixed with pure air in different proportions; As a result, charge streams with different partial pressures are set. The loading of the activated carbon takes place in U-tubes, which are in a thermostated water bath. The activated carbon is with air, for example, to 9/10, 1/10 and 1/100 saturated with cyclohexane or loaded at the indicated concentration, at 20 0 C to equilibrium or to constant weight. The loading takes place in the first step with the highest concentration at a partial pressure ratio of 0.9. Subsequently, the desorption takes place at a partial pressure ratio of 0.1 to constant weight. Another desorption step is carried out at a partial pressure ratio of 0.01.
Die Iodzahl beschreibt die Iodmenge [mg] , die von 1 g Aktivkohle in gepulvertem Zustand aus 100 ml einer 0,1 N Iodlösung (0,05 M I2) bis zum Erreichen einer Restnormalität bzw. Endkonzentration von 0,02 N adsorbiert wird.The iodine value describes the amount of iodine [mg] which is adsorbed by 1 g activated carbon in the powdered state from 100 ml of a 0.1 N iodine solution (0.05 M 12) until a residual normality or final concentration of 0.02 N is reached.
Aus der Gesamtstickstoffbeladung wird das Adsorptionsporenvolumen berechnet. Die Verteilung der Porengrößen wird aus der Desorptionsisotherme mit Hilfe der BJH (Barrett, Joyner und Halenda) -Gleichung berechnet. Diesbezüglich sei auf J. U. KeI- ler, R. Staudt, Gas Adsorption Equilibria, Experimental Me- thods and Adsorptive Isotherms, Springer, 2005 verwiesen.From the total nitrogen loading, the adsorption pore volume is calculated. The distribution of pore sizes is calculated from the desorption isotherm using the BJH (Barrett, Joyner and Halenda) equation. In this connection, reference may be made to J. U. Kepler, R. Staudt, Gas Adsorption Equilibria, Experimental Meth ods and Adsorptive Isotherms, Springer, 2005.
Beispiel 1example 1
Als Ausgangsmaterial kann beispielsweise eine Mischung aus pflanzlichem und tierischem Fett eingesetzt werden. Dieses wird nach einer ersten Fettvorwärmung, die dazu dient, dass Fett bei 700C zu verflüssigen und seine Viskosität zu verringern, so dass es über eine Pumpe in einem definierten Mengenstrom in eine zweite Vorwärmung gefördert werden kann, weiter auf 1800C erhitzt. Von der zweiten Vorwärmung gelangt das Fett mittels eines Überlaufes, der den Erhalt eines konstanten Volumenstroms sicherstellt, in einen Verdampfer. Dieser kann zum Beispiel als Sumpfverdampfer ausgeführt sein. Im Verdampfer wird das Fett bei 4500C verdampft und mit Wasserdampf (der auf die im Konvertierungsreaktor herrschende Temperatur vorgeheizt ist) und Stickstoff zusammengeführt. Das Gemisch aus Fettdampf, Wasserdampf und Stickstoff wird dann einem mit Aktivkohle gefüllten Festbettreaktor zugeführt. An der Aktivkohle werden die Fette in ein Gemisch aus Kohlenwasserstoff umgewandelt, die zur Analyse des Produktgemischs kondensiert, mittels eines Gaschromatographen getrennt und mittels eines Mas- senspektrometers analysiert werden. Im Prozess entstandenes „flüssiges Produkt" (also Kohlenwasserstoffe mit mehr als fünf Kohlenstoffatomen) wird von der Flüssiggasfraktion und der er- gasähnlichen Fraktion abgetrennt und kann zum Beispiel ver- brannt werden und so Energie für den Konvertierungsprozess liefern. Weiterhin wird CO2 abgetrennt; dieses kann in den Prozess zurückgeführt werden und den Stickstoffström im Inertgas ersetzen.As a starting material, for example, a mixture of vegetable and animal fat can be used. This will be after a first grease preheat that serves that To liquefy fat at 70 0 C and reduce its viscosity so that it can be promoted via a pump in a defined flow rate in a second preheating, further heated to 180 0 C. From the second preheating, the grease passes into an evaporator by means of an overflow, which ensures the maintenance of a constant volumetric flow. This can be designed, for example, as a bottom evaporator. In the evaporator, the fat is evaporated at 450 0 C and combined with water vapor (which is preheated to the temperature prevailing in the conversion reactor) and nitrogen. The mixture of fat vapor, water vapor and nitrogen is then fed to a charcoal packed fixed bed reactor. On the activated carbon, the fats are converted into a mixture of hydrocarbons, which are condensed for analysis of the product mixture, separated by means of a gas chromatograph and analyzed by means of a mass spectrometer. In the process, "liquid product" (ie hydrocarbons with more than five carbon atoms) is separated from the liquid gas fraction and the gas-like fraction and can be burned, for example, to supply energy for the conversion process be returned to the process and replace the Stickstoffström in inert gas.
Beispiel 2 - Konvertierung von Altfett an Aktivkohle bei 500°C.Example 2 - Conversion of used fat to activated carbon at 500 ° C.
Altfett (aus der Gastronomie gesammelt) wird wie in Beispiel 1 beschrieben einem mit Aktivkohle beschickten Reaktor zuge- führt. Die Konvertierungsreaktion wird in einem diskontinuierlich betriebenen Konvertierungsreaktor, dem pro Minute 1 g Ausgangsmaterial zudosiert wird, bei 5000C 1013 mbar, bei einer Verweilzeit von 3 Sekunden und bei einem Feedstrom-zu- Katalysator-Verhältnis von 0,45 gfeed*h~1 pro gκataiysator, betrie- ben.Old fat (collected from the catering industry) is fed to a reactor charged with activated charcoal as described in Example 1. The conversion reaction is in a discontinuously operated conversion reactor to which 1 g of starting material is metered per minute, at 500 0 C 1013 mbar, with a residence time of 3 seconds and at a feed stream to catalyst ratio of 0.45 gf ee d * h ~ 1 per g kataiysator, operated.
Als Aktivkohle wird die Aktivkohle Typ 1 verwendet. Dabei handelt es sich um eine mit Wasserdampf aktivierte Kornaktivkohle auf der Basis von Kokosnussschalen mit folgenden Eigenschaften :The activated carbon type 1 is used as the activated carbon. It is a water activated activated carbon activated carbon on the basis of coconut shells with the following characteristics:
- spezifische Oberfläche 1109 m2/g- specific surface 1109 m 2 / g
- Adsorptionsporenvolumen 0,436 cm3/g; - Volumenspezifische Oberfläche 525, 67 m2/cm3 Adsorption pore volume 0.436 cm 3 / g; - Volume-specific surface 525, 67 m 2 / cm 3
- Jodzahl 1197 mg/g- iodine value 1197 mg / g
- Wassergehalt 2,65 Gew.-%- water content 2.65 wt .-%
- Rütteldichte 480 kg/m3 - Vibration density 480 kg / m 3
- Schüttdichte 474 kg/m3 - Partikelgröße 2,4 - 4,8 mm- Bulk density 474 kg / m 3 - particle size 2.4 - 4.8 mm
- Benzolbeladung bei 200C (es ist jeweils die Benzolkonzentration in g/m3 und die zugehörige Beladung in % bei einer Messtoleranz von +/- 2 % angegeben) : 288 g/m3 - 35 %; 32 g/m3 - 32 %; 3,2 g/m3 - 28 %; 1,6 g/m3 - 26 %; 0,3 g/m3 - 22 %- loading benzene at 20 0 C (in each case is the concentration of benzene in g / m 3 and the associated load in% at a given measuring tolerance of +/- 2%): 288 g / m 3 - 35%; 32 g / m 3 - 32%; 3.2 g / m 3 - 28%; 1.6 g / m 3 - 26%; 0.3 g / m 3 - 22%
- Porenradienverteilung (es ist jeweils der Porendurchmesser in nm und der zugehörige Anteil in % der gesamten Poren angegeben) : <6 nm - 56,1%; 6-8 nm - 4,9%; 8-10 nm - 3,6%; 10-12 nm - 3,6%; 12-16 nm - 4,1%; 16-20 nm - 3,6%; 20-80 nm - 19,6%; >80 nm - 4,8%.Pore radius distribution (in each case the pore diameter in nm and the corresponding proportion in% of the total pores are indicated): <6 nm - 56.1%; 6-8 nm - 4.9%; 8-10 nm - 3.6%; 10-12 nm - 3.6%; 12-16 nm - 4.1%; 16-20 nm - 3.6%; 20-80 nm - 19.6%; > 80 nm - 4.8%.
Bei einer derartigen Durchführung des Verfahrens wird das in Tabelle 1 aufgeführte Produktspektrum gebildet. Als „Gasprodukt" wird hierbei jegliche Komponente verstanden, deren Sie- depunkt bei Normaldruck kleiner oder gleich dem von n-Pentan ist. Als „Flüssigprodukt" werden Produkte mit einem höheren Siedepunkt verstanden. Dem Produktspektrum wird auch der Massenzuwachs der Aktivkohle zugerechnet, da dieser ebenfalls durch Konvertierung der Ausgangsstoffe entstanden sein muss. Das in Beispiel 2 gebildete Flüssigprodukt setzt sich hauptsächlich aus aromatischen und polyaromatischen Verbindungen zusammen Tabelle 1: Anteil der verschiedenen Fraktionen am Gesamtprodukt in Gewichtsprozent.In such an implementation of the method, the product spectrum listed in Table 1 is formed. By "gas product" is meant any component whose boiling point at normal pressure is less than or equal to that of n-pentane. "Liquid product" means products having a higher boiling point. The product spectrum also includes the increase in mass of the activated carbon, since this must also have been produced by conversion of the starting materials. The liquid product formed in Example 2 is composed mainly of aromatic and polyaromatic compounds Table 1: Percentage of the various fractions in the total product.
In Tabelle 2 ist die Zusammensetzung des Gasprodukts angegeben. Neben durch Decarboxylierung und Decarbonylierung der Fettsäuren gebildetem CO und CO2 entstehen auch Wasserstoff und verschiedene Kohlenwasserstoffe. Die Flüssiggasfraktion bildet mit etwa 22 Gew.-% den größten Anteil. Weiter entstehen etwa 10 Gew.-% Methan und 20 Gew.-% C2-Verbindungen .Table 2 shows the composition of the gas product. In addition to CO and CO2 formed by decarboxylation and decarbonylation of the fatty acids, hydrogen and various hydrocarbons are also formed. The liquid gas fraction forms the largest proportion with about 22 wt .-%. Next arise about 10 wt .-% methane and 20 wt .-% C2 compounds.
Tabelle 2: Zusammensetzung des „gasförmigen Produkts"Table 2: Composition of the "gaseous product"
Substanz Anteil am Produktgas [Gew.-%]Substance Share of product gas [wt%]
Methan 10,83Methane 10,83
Ethan 17, 12Ethan 17, 12
Ethen 3,2Ethen 3.2
Propan 15,44Propane 15,44
Isobutan 6,54 n-Pentan 5,1Isobutane 6,54 n-pentane 5.1
CO 21, 62CO 21, 62
CO2 9, 67 weitere Substanzen (N2 -f- Koh- 10,48 lenwasserstoffe)CO2 9, 67 other substances (N2 -f- carbon-10,48 -hydrocarbons)
Beispiel 3 - Konvertierung von Altfett in Gegenwart von dotierter AktivkohleExample 3 - Conversion of waste fat in the presence of doped activated carbon
Die Konvertierung wird wie in Beispiel 2 beschrieben durchgeführt. Im Unterschied hierzu wird als Aktivkohle vom Typ 2 (dotierte/imprägnierte Aktivkohle) alkalisch dotierte Aktiv- kohle beziehungsweise sauer imprägnierte Aktivkohle eingesetzt und die Temperatur in Katalysatorschüttung beträgt 450 - 460 °C. Weiterhin wurde in Beispiel 3 ohne Zusatz von Wasser gearbeitet .The conversion is carried out as described in Example 2. In contrast to this, activated carbon of type 2 (doped / impregnated activated carbon) contains alkaline doped active carbon. carbon or acid impregnated activated carbon used and the temperature in the catalyst bed is 450 - 460 ° C. Furthermore, work was carried out in Example 3 without the addition of water.
Die alkalisch dotierte Aktivkohle wurde hierbei erhalten, in dem im Herstellungsprozess Kaliumcarbonat und ein Übergangsme¬ talloxid gemäß dem Verfahren nach der WO 2007/137856 A2 wäh¬ rend des Herstellungsprozesses den übrigen Ausgangsstoffen der Aktivkohle beigegeben wurden. Sie weist folgende Eigenschaften auf: Jodzahl 1168 mg/g; Benzolbeladung: 0,9 - 36,45 Gew.-%; 0,1 - 32,32 Gew.-%; 0,01 - 17,02 Gew.-%.The alkaline doped activated carbon was obtained in this case, potassium carbonate and a Übergangsme ¬ talloxid according to the method of WO 2007/137856 A2 were added currency ¬ end of the manufacturing process the remaining starting materials of the activated carbon in the in the manufacturing process. It has the following properties: iodine number 1168 mg / g; Benzene loading: 0.9-36.45% by weight; 0.1-32.32% by weight; 0.01-17.02% by weight.
Die sauer imprägnierte Aktivkohle wurde erhalten, in dem eine herkömmliche wasserdampfaktivierte Aktivkohle mit Hilfe einer Phosphorsäurelösung imprägniert wurde (Die Imprägnierung erfolgte durch Tränken und anschließendes Trocknen der Aktivkohle) . Hierbei wurden aktivierte Aprikosenkerne eingesetzt (Was¬ serdampf aktiviert, als Direktaktivat : kein Bindemittel, keine Formgebung) und mit HsPC^-imprägniert (7,7 Gew.-% Imprägnie- rung - Jodzahl vor Imprägnierung 1130 mg/g; Jodzahl nach Imprägnierung 785 mg/g) .The acid impregnated activated carbon was obtained by impregnating a conventional steam-activated carbon with a phosphoric acid solution (impregnation was carried out by soaking and then drying the activated carbon). Here, activated apricot seeds were used (which activates ¬ serdampf as Direktaktivat: no binder, no shaping) and HSPC ^ -imprägniert (7.7 wt .-% impregnation - Iodine Number prior to impregnation 1130 mg / g; iodine value after impregnation 785 mg / g).
In Tabelle 3 ist der Anteil der erhaltenen Produkte aufge¬ führt.In Table 3, the proportion of the products obtained is placed ¬ leads.
Tabelle 3: Anteil der verschiedenen Fraktionen am Gesamtprodukt in Gewichts-ProzentTable 3: Share of the different fractions in the total product in percent by weight

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Gewinnung von gasförmigen Kohlenwasserstoffen, insbesondere von Flüssiggas und/oder einem erdgasähnli- chen Gasgemisch oder einer oder mehrerer im Flüssiggas oder im erdgasähnlichem Gasgemisch enthaltenen Komponenten, aus einem Ausgangsmaterial, das sauerstoffhaltige Kohlenwasserstoffe enthält oder hieraus besteht, umfassend folgende Schritte:1. A process for the production of gaseous hydrocarbons, in particular of liquid gas and / or a natural gas-like gas mixture or one or more components contained in the liquid gas or in the natural gas-like gas mixture, from a starting material containing or consisting of oxygen-containing hydrocarbons, comprising the following steps:
- Bereitstellung des Ausgangsmaterials - Kontaktieren des Ausgangsmaterials in Abwesenheit von Sauerstoff bei einer Temperatur von 300-8500C in einem Konvertierungsreaktor mit einem porösen Katalysator, so dass ein koh- lenwasserstoffhaltiges Produktgasgemisch entsteht, in dem der Gewichtsanteil der gasförmigen Kohlenwasserstoffe größer ist als der flüssiger Kohlenwasserstoffe,- Provision of the starting material - contacting the starting material in the absence of oxygen at a temperature of 300-850 0 C in a conversion reactor with a porous catalyst, so that a hydrocarbon-containing product gas mixture is formed in which the weight fraction of gaseous hydrocarbons is greater than the liquid hydrocarbons,
- Auffangen des kohlenwasserstoffhaltigen Produktgasstroms und Zuführung des Produktgasstroms zu einer Separiereinrichtung, in der eine Produktauftrennung erfolgt.- Collecting the hydrocarbon-containing product gas stream and supplying the product gas stream to a separating, in which a product separation takes place.
2. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Flüssiggas ein Kohlenwasserstoffgemisch ist, dessen Kohlenwasserstoffe ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Propan, Propen, Butan, Buten, Isobutan und Isobuten und Gemischen hiervon.2. The method according to any one of the preceding claims, wherein the liquefied petroleum gas is a hydrocarbon mixture whose hydrocarbons are selected from the group consisting of propane, propene, butane, butene, isobutane and isobutene and mixtures thereof.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erdgasähnliche Gasgemisch aus Methan und/oder Ethan und/oder Ethen besteht oder diese Stoffe oder ein Gemisch dieser Stoffe enthält.3. The method of claim 1 or 2, wherein the natural gas-like gas mixture consists of methane and / or ethane and / or ethene or contains these substances or a mixture of these substances.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Feedstrom-zu-Katalysator-Verhältnis 0,1 bis 1, bevorzugt 0,2 bis 0,5 gfeed*h~1 pro gκataiysator beträgt und das Verfahren diskontinuierlich durchgeführt wird.4. The method according to any one of the preceding claims, wherein the feed stream to catalyst ratio is 0.1 to 1, preferably 0.2 to 0.5 gfeed * h ~ 1 per gκataiysator and the process is carried out batchwise.
5. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Ausgangsmaterial ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Fetten, Ölen, Fettsäuren, Fettsäureestern, Tallölen, Mo- noglyceriden, Diglyceriden und Polyolen und Gemischen hiervon.5. A method according to the preceding claim, wherein the starting material is selected from the group consisting from fats, oils, fatty acids, fatty acid esters, tall oils, monoglycerides, diglycerides and polyols, and mixtures thereof.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der poröse Katalysator ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Aktivkohlen, Kohlenstoffmolekularsieben, Aktivkoksen, Carbon Nanotubes, Gemischen hiervon oder Gemischen dieser Stoffe mit Perovskiten und/oder Zinkchlorid.6. The method according to any one of the preceding claims, wherein the porous catalyst is selected from the group consisting of activated carbon, carbon molecular sieves, activated coke, carbon nanotubes, mixtures thereof or mixtures of these substances with perovskites and / or zinc chloride.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der poröse Katalysator Mesoporen und/oder Mikroporen enthält.7. The method according to any one of the preceding claims, wherein the porous catalyst contains mesopores and / or micropores.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei der poröse Katalysator mit einem zweiten Katalysator dotiert und/oder imprägniert ist.8. The method according to any one of claims 5 to 7, wherein the porous catalyst is doped with a second catalyst and / or impregnated.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei der poröse Katalysator mit einer basischen Komponente dotiert und/oder imprägniert ist.9. The method according to any one of claims 5 to 7, wherein the porous catalyst is doped with a basic component and / or impregnated.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ausgangsmaterial vor dem Kontaktieren mit dem porösen Katalysator einer Verdampfungseinrichtung zugeführt wird.10. The method according to any one of the preceding claims, wherein the starting material is supplied before contacting with the porous catalyst of an evaporation device.
11. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei in der Verdampfungseinrichtung Reaktionen stattfinden, bei denen zumindest einen Teil des Ausgangsmaterials zersetzt wird.11. A process according to the preceding claim, wherein reactions take place in the evaporation device in which at least part of the starting material is decomposed.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kontaktierung des Ausgangsmaterials mit dem porösen Katalysator in Gegenwart von Wasser und/oder einem Wasser freisetzenden Material erfolgt.12. The method according to any one of the preceding claims, wherein the contacting of the starting material with the porous catalyst takes place in the presence of water and / or a water-releasing material.
13. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das eingesetzte Wasser oder das Wasser freisetzende Material dem Inertgasstrom zugesetzt und/oder dem Ausgangsmaterial zugesetzt und/oder dampfförmig in den Konvertierungsreaktor ein- geleitet wird und/oder im Ausgangsmaterial enthalten ist.13. A process as claimed in the preceding claim, wherein the water or water-releasing material used is added to the inert gas stream and / or added to the starting material and / or vaporized into the conversion reactor. is passed and / or contained in the starting material.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gewichtsanteil der gasförmigen Kohlenwasserstoffe im Pro- duktgasstrom mindestens 1,5-fach, bevorzugt 2-fach, besonders bevorzugt 3-fach gegenüber dem Anteil flüssiger Kohlenwasserstoffe erhöht ist.14. The method according to any one of the preceding claims, wherein the weight fraction of the gaseous hydrocarbons in the product gas stream is at least 1.5 times, preferably 2 times, more preferably 3 times higher than the proportion of liquid hydrocarbons.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gewichtsanteil nicht umgesetzten Ausgangsmaterials im Produktgasstrom maximal 35%, bevorzugt maximal 15%, besonders bevorzugt maximal 2% des Anteils gasförmiger Kohlenwasserstoffe beträgt .15. The method according to any one of the preceding claims, wherein the weight fraction of unreacted starting material in the product gas stream is at most 35%, preferably at most 15%, more preferably at most 2% of the proportion of gaseous hydrocarbons.
16. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei das nicht umgesetzte Ausgangsmaterial und/oder im Produktgasstrom enthaltene, bei Normalbedingungen flüssige Kohlenwasserstoffe ganz oder teilweise dem Ausgangsmaterial oder dem Kon- vertierungsreaktor oder während eines Prozessschritts oder eines Stofftransportschritts, der vor der Konvertierungsreaktion im Konvertierungsreaktor erfolgt, zugeführt werden. 16. The method according to any one of the preceding claims, wherein the unreacted starting material and / or contained in the product gas stream, liquid under normal conditions wholly or partly the starting material or the conversion or vertierungsreaktor during a process step or a mass transfer step, prior to the conversion reaction in the conversion reactor takes place, be supplied.
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