ES2991383T3 - Reactor para reacciones endotérmicas a alta temperatura - Google Patents

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Markus Weikl
Andreas Bode
Dirk Klingler
Matthias Kern
Grigorios Kolios
Achim Wechsung
Frederik Scheiff
Dieter Flick
Nicolai Antweiler
Karsten Büker
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ThyssenKrupp AG
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Abstract

La invención se refiere a un reactor (1) para llevar a cabo una reacción endotérmica, en particular una reacción a alta temperatura, en la que se obtiene un gas producto (P) a partir de un gas de alimentación (E), en el que: el reactor (1) rodea un interior de reactor (10); el reactor (1) está configurado para proporcionar un lecho de reactor (120) en una zona de reacción (12) del interior de reactor (10), lecho de reactor que comprende un gran número de partículas de material sólido (F); el reactor (1) también está configurado para guiar el gas de alimentación (E) hacia la zona de reacción (12); para calentar el gas de alimentación (E), el reactor (1) está diseñado para calentar las partículas de material sólido (F) en la zona de reacción (12) de tal manera que, mediante la transferencia de calor desde las partículas de material sólido (F) al gas de alimentación (E), el gas de alimentación (E) en la zona de reacción (12) puede calentarse a una temperatura de reacción para participar como un producto de partida en la reacción endotérmica para producir el gas producto (P); y el interior del reactor (10) comprende además una primera zona de integración térmica (11) en la que el calor del gas producto (P) producido en la zona de reacción (12) puede transferirse a partículas de material sólido (F) del lecho del reactor (120) que deben ser conducidas a la zona de reacción (12); y el interior del reactor (10) comprende además una segunda zona de integración térmica (13) en la que el calor de las partículas de material sólido (F) del lecho del reactor (12) procedentes de la zona de reacción (12) puede transferirse al gas de alimentación (E) para precalentar el gas de alimentación (E). La invención también se refiere a un procedimiento en el que se utiliza un reactor (1) según la invención. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Reactor para reacciones endotérmicas a alta temperatura
La invención se refiere a un reactor para reacciones endotérmicas a alta temperatura, por ejemplo, para llevar a cabo una reformación con vapor de una corriente de gas de alimentación que contenga hidrocarburos (por ejemplo, que comprenda metano) o, por ejemplo, para el craqueo o craqueo térmico de etano o, por ejemplo, para la pirólisis de gas natural (por ejemplo, que comprenda metano).
En los hornos o reactores para el craqueo de etano o la reformación con vapor de metano, los combustibles fósiles se queman para generar energía térmica, por ejemplo, para calentar la corriente de materia prima respectiva o los gases de proceso mediante transferencia indirecta de calor. La combustión de combustibles fósiles genera inevitablemente emisiones de CO2. La eficiencia energética suele aumentarse precalentando el aire de combustión, precalentando la alimentación y/o transfiriendo calor de un gas de proceso caliente al agua de alimentación de la caldera para generar vapor de proceso.
Como alternativa a la técnica anterior establecida, el documento US2.982.622 divulga, por ejemplo, un procedimiento para producir hidrógeno y coque de alta calidad, en el que partículas sólidas inertes se hacen pasar como material a granel en dirección gravitacional a través de una zona de reacción alargada, aplicándose un voltaje eléctrico de 0,1 a 1000 voltios por pulgada a través de al menos una porción de la masa de sólidos en la zona de reacción, siendo el voltaje suficiente para elevar la temperatura de los sólidos a 1800 °F a 3000 °F (980 °C a 1650 °C). Una corriente gaseosa de hidrocarburos, preferiblemente gas natural, se hace pasar en contracorriente, produciendo hidrógeno a través de la reacción endotérmica de pirólisis y depositando carbono sobre las partículas presentadas.
CH4 <-> C(s) 2 H2.
La integración del calor puede lograrse mediante la condición de contracorriente del sólido y el gas, lo que permite una alta eficiencia del proceso. El calentamiento eléctrico directo óhmico puede mejorar la huella de carbono del proceso de producción de hidrógeno al eliminar la calefacción alimentada con combustibles fósiles cuando se utiliza electricidad generada a partir de fuentes de energía renovables.
Sin embargo, las investigaciones han demostrado que el carbono separado de la fase gaseosa conduce a una reducción de la fluidez de las partículas sólidas inertes y, tras un funcionamiento prolongado, a la obstrucción del material a granel, lo que limita significativamente la eficiencia económica de dicho procedimiento.
A partir de ello, la presente invención se basa en la tarea de proporcionar un reactor mejorado que prescinda del calentamiento fósil de la reacción endotérmica y, al mismo tiempo, permita un funcionamiento eficiente del reactor.
Esta tarea se resuelve mediante un reactor con las características de la reivindicación 1. Las realizaciones ventajosas de la invención se dan en las subreivindicaciones asociadas y se describen a continuación.
Reactor para llevar a cabo una reacción endotérmica, en particular una reacción a alta temperatura, en la que se obtiene un gas de producto a partir de un gas de alimentación, en donde el reactor rodea un interior de reactor que se divide preferiblemente en tres zonas, a saber, una primera zona de integración del calor, una zona de reacción y una segunda zona de integración del calor. El reactor está configurado para guiar un lecho móvil en la dirección gravitatoria, comprendiendo el lecho móvil una pluralidad de partículas sólidas guiadas a una velocidad de 0,1 m/h a 2 m/h, que se alimentan en el extremo superior del reactor y se retiran en el extremo inferior del reactor, en el que el reactor está configurado, además, para hacer pasar un gas de alimentación a través de la zona de reacción, en donde el reactor para calentar el gas de alimentación está configurado para calentar las partículas sólidas en la zona de reacción generando una corriente eléctrica en las partículas sólidas, es decir, generando calor alemán en las partículas sólidas, de modo que el reactor presenta un primer y un segundo electrodo para calentar las partículas sólidas del lecho del reactor, estando el primer electrodo dispuesto por encima del segundo electrodo en el interior del reactor, de modo que el gas de alimentación de la zona de reacción puede calentarse hasta una temperatura de reacción transfiriendo calor de las partículas sólidas al gas de alimentación a fin de participar como educto en la reacción endotérmica para generar el gas de producto, y teniendo, además, el interior del reactor una primera zona de integración del calor, en la que el calor procedente del gas de producto generado en la zona de reacción puede transferirse a las partículas sólidas del lecho del reactor que se alimentarán a la zona de reacción, y en donde el interior comprende, además, una segunda zona de integración del calor en la que el calor procedente de las partículas sólidas del lecho del reactor procedentes de la zona de reacción puede transferirse al gas de alimentación para precalentar el gas de alimentación, caracterizado porque la zona de reacción está dispuesta entre los dos electrodos, en donde la primera zona de integración del calor está dispuesta por encima del primer electrodo y en donde la segunda zona de integración del calor está dispuesta por debajo del segundo electrodo.
De acuerdo con una realización del reactor, está previsto que el reactor presente un primer y un segundo electrodo para calentar las partículas sólidas del lecho móvil, en donde el primer electrodo está dispuesto por encima del segundo electrodo en el interior, y en donde en particular los dos electrodos son cada uno permeables para las partículas sólidas, el gas de alimentación y el gas de producto. Esto significa que los dos electrodos están dispuestos o diseñados de tal manera que la fluidez de las partículas sólidas no se ve afectada y las partículas sólidas, el gas de alimentación y el gas de producto pueden pasar a través de los electrodos en el interior del reactor.
De acuerdo con una realización del reactor, el primer y/o el segundo electrodo pueden presentar uno o más puntales que se extienden a través del interior del reactor.
Además, de acuerdo con una realización, se prevé que el primer electrodo presente una rejilla o esté formado por una rejilla. Además, el segundo electrodo también puede presentar una rejilla o estar formado por una rejilla.
Además, de acuerdo con una realización de la invención, se prevé que el primer y/o el segundo electrodo (o el puntal respectivo o la rejilla del primer y/o el segundo electrodo) comprenda o consista en uno de los siguientes materiales: un acero resistente a altas temperaturas, una aleación de acero que comprenda Ni (por ejemplo, Centralloy G 4852 Micro R), una aleación a base de níquel, carburo de silicio, siliciuro de molibdeno, grafito.
En principio, se prefieren los materiales caracterizados por una elevada resistencia a la temperatura (estabilidad química y mecánica a altas temperaturas) y la mayor conductividad eléctrica posible. En el caso del grafito, la estabilidad química en presencia de vapor y a altas temperaturas puede mejorarse, por ejemplo, mediante un revestimiento protector.
De acuerdo con una realización, también está previsto que los electrodos, un suministro eléctrico a los electrodos y el lecho móvil estén aislados eléctricamente de la camisa presurizada del reactor. Esto se consigue, por ejemplo, mediante un revestimiento de alta temperatura eléctricamente poco conductor, por ejemplo, de Al2Ü3 o ZrÜ2.
Además, de acuerdo con una realización de la invención, se prevé que el reactor esté configurado para proporcionar o aplicar una tensión continua entre los dos electrodos para calentar las partículas sólidas.
Además, de acuerdo con una realización del reactor, está previsto que el reactor presente una entrada de partículas sólidas a través de la cual se pueden introducir partículas sólidas en la primera zona de integración de calor, de modo que las partículas sólidas se puedan guiar más allá del primer electrodo hacia la zona de reacción y también se puedan guiar más allá del segundo electrodo hacia la segunda zona de integración de calor.
Además, de acuerdo con una realización del reactor, este está provisto de una salida de partículas sólidas a través de la cual se pueden retirar las partículas sólidas de la segunda zona de integración de calor, por ejemplo una válvula rotativa. Este es el elemento de control decisivo para la velocidad de desplazamiento o el flujo másico del lecho móvil.
Además, de acuerdo con una realización del reactor, está previsto que el reactor presente una entrada de gas de alimentación a través de la cual el gas de alimentación puede introducirse en la segunda zona de integración de calor y desde allí pasar por el segundo electrodo a la zona de reacción.
Además, de acuerdo con una realización del reactor, se prevé que el reactor presente una salida de gas de producto a través de la cual el gas de producto generado en la zona de reacción pueda extraerse de la primera zona de integración de calor.
Además, de acuerdo con una realización del reactor, este está configurado para guiar por gravedad las partículas sólidas en la primera y/o segunda zona de integración del calor en forma de lecho móvil.
De acuerdo con otra realización del reactor, se prevé que el reactor esté configurado para guiar las partículas sólidas en la zona de reacción por gravedad en forma de lecho móvil.
Además, de acuerdo con una realización del reactor, está previsto que la zona de reacción del reactor esté delimitada por una sección de pared circunferencial del reactor, que presenta un lado interior orientado hacia la zona de reacción, que es de forma cónica, de modo que la zona de reacción se estrecha hacia arriba en la dirección vertical. De acuerdo con una realización, el lado interior puede formar un ángulo con una sección transversal horizontal de la zona de reacción, estando el ángulo preferiblemente en un intervalo de 85° a 89,5°, preferiblemente de 87° a 89°.
Otro aspecto de la presente invención se refiere a un procedimiento para llevar a cabo una reacción endotérmica para recuperar un gas de producto a partir de un gas de alimentación utilizando un reactor según la invención, en donde
- una pluralidad de partículas sólidas se introducen en la primera zona de integración de calor y de ahí en la zona de reacción,
- que se introducen a una velocidad de 0,1 m/h a 2 m/h,
- las partículas sólidas se calientan en la zona de reacción,
- las partículas sólidas se introducen de la zona de reacción en la segunda zona de integración de calor y se extraen de la segunda zona de integración de calor,
- las partículas sólidas se calientan en la zona de reacción,
- las partículas sólidas se introducen desde la zona de reacción en la segunda zona de integración del calor y se extraen de la segunda zona de integración del calor,
- el gas de alimentación se introduce en la segunda zona de integración del calor y desde allí en la zona de reacción, calentándose el gas de alimentación en la segunda zona de integración del calor contra las partículas sólidas procedentes de la zona de reacción en la que las partículas sólidas se enfrían, y en donde el gas de alimentación de la zona de reacción entra en contacto con las partículas sólidas calentadas, en donde el calor de las partículas sólidas calentadas se transfiere al gas de alimentación de la zona de reacción para calentar el gas de alimentación, en donde el gas de alimentación de la zona de reacción participa como reactivo en la reacción para producir el gas de producto,
- el gas de producto generado se introduce desde la zona de reacción en la primera zona de integración de calor, en la que las partículas sólidas de la primera zona de integración de calor se precalientan frente al gas de producto procedente de la zona de reacción, en donde el gas de producto se enfría, y en donde
- el gas de producto se retira de la primera zona de integración de calor.
Preferiblemente, las partículas sólidas se recirculan en el proceso de acuerdo con una realización. Esto significa, en particular, que las partículas sólidas retiradas de la segunda zona de integración de calor (posiblemente tras un tratamiento intermedio de las partículas sólidas) se reintroducen en la primera zona de integración de calor.
De acuerdo con otra realización del procedimiento, el gas de alimentación es etano (C2H6) junto con vapor de agua (H2O), que se convierte en la zona de reacción, preferiblemente a temperaturas de entre 850 °C y 1250 °C y presiones de 1-5 bar(a), en eteno (C2H4) e hidrógeno (H2) como gas de producto, utilizándose como partículas sólidas perlas cerámicas, por ejemplo de corindón (AhOa).
De acuerdo con otra realización del procedimiento, la reacción endotérmica es un reformado de vapor:
CH4+H2O -> CO 3 H2,
en donde el metano (CH4) se convierte como gas de alimentación junto con vapor de agua (H2O) en la zona de reacción (preferiblemente a temperaturas de aproximadamente 950 °C a 1250 °C y presiones de 10 bar(a) a 100 bar(a) [preferiblemente a presiones de 15 bar(a) a 50 bar(a)] en monóxido de carbono e hidrógeno como gas de producto, en donde de nuevo se utilizan preferiblemente como partículas sólidas esferas cerámicas, por ejemplo de corindón (AhOa), o alternativamente un catalizador a base de Ni resistente a la abrasión.
Además, la reacción de acuerdo con una realización también puede ser una reacción inversa de cambio aguagas:
CO2+H2 -> CO H2O,
en donde el CO2 y el H2 se convierten como materia prima en CO y H2O, para lo cual se utilizan perlas cerámicas, por ejemplo, de corindón (Al2Oa), como partículas sólidas o, alternativamente, un catalizador a base de Ni resistente a la abrasión.
En principio, la reacción también puede ser una reacción de craqueo al vapor en la que se utiliza nafta como materia prima.
Además, la reacción de acuerdo con una realización puede ser una deshidrogenación de propano a propeno (CaHs-> C3H6 H2), en donde el propano se utiliza como alimentación y las partículas sólidas del lecho del reactor forman un catalizador adecuado para la reacción. El catalizador requiere una mayor resistencia a la abrasión en comparación con un reactor tubular de lecho fijo, pero puede someterse ventajosamente a regeneración externa del catalizador si se produce coquización como resultado de la reacción.
Además, la reacción de acuerdo con una realización puede ser también una deshidrogenación de butano a buteno (C4H10 -> C4H8 H2), en donde el butano se utiliza como alimentación y las partículas sólidas del lecho del reactor forman de nuevo un catalizador adecuado para la reacción.
Además, la reacción de acuerdo con una realización puede ser también una deshidrogenación de buteno a butadieno (C4H8 -> C4H6 H2), en donde el buteno se utiliza como alimentación y las partículas sólidas del lecho del reactor forman de nuevo un catalizador adecuado para la reacción.
Además, la reacción de acuerdo con una realización también puede ser una deshidrogenación de etilbenceno a estireno (C8H10 -> C8H8 H2), en donde el etilbenceno se utiliza como alimentación y de nuevo las partículas sólidas del lecho del reactor forman un catalizador adecuado para la reacción.
Otras características y ventajas de la presente invención se explicarán en la descripción de las realizaciones con referencia a las Figuras. En ellas:
Fig. 1 muestra una representación esquemática de una realización de un reactor según la invención o un procedimiento según la invención;
Fig. 2 muestra una representación esquemática de otra realización de un procedimiento según la invención;
y
Fig. 3 muestra una representación esquemática de una realización de una zona de reacción de un reactor según la invención o de un proceso según la invención.
La presente invención se refiere a un reactor 1 para llevar a cabo una reacción endotérmica, como se muestra en las Figuras 1 a 3 en diversas realizaciones o aplicaciones.
El reactor 1 está diseñado para llevar a cabo una reacción endotérmica en la que se obtiene un gas de producto P a partir de un gas de alimentación E. A este respecto, la Fig. 1 muestra una variante en la que el etano como gas de alimentación E se convierte en eteno (C2H4) e hidrógeno (H2) como gas de producto P. Alternativamente, el reactor también puede utilizarse para el reformado con vapor, por ejemplo, como se muestra en la Figura 2, en donde el metano (CH4) se convierte como gas de alimentación junto con vapor de agua (H2O) para formar monóxido de carbono e hidrógeno como gas de producto P o gas de síntesis. También son concebibles otras reacciones.
De acuerdo con las Figuras 1 a 3, el reactor 1 rodea un respectivo interior 10 de reactor, en donde el reactor 1 está configurado para proporcionar un lecho 120 de reactor que comprende una pluralidad de partículas sólidas F en una zona 12 de reacción del interior 10 de reactor, en donde el reactor 1 está configurado, además, para alimentar el gas de alimentación E en la zona 12 de reacción, en donde el reactor 1 está configurado para calentar las partículas sólidas F en la zona 12 de reacción con el fin de calentar el gas de alimentación E, de manera que el gas de alimentación E en la zona 12 de reacción pueda calentarse a una temperatura de reacción mediante la transferencia de calor desde las partículas sólidas F al gas de alimentación E con el fin de participar como reactivo en la reacción endotérmica respectiva para generar el gas de producto P, y en donde el interior 10 del reactor comprende, además, una primera zona 11 de integración de calor, en la que el calor del gas de producto P generado en la zona 12 de reacción puede transferirse a las partículas sólidas F del lecho 120 del reactor para su alimentación a la zona 12 de reacción, y en donde, además, el interior 10 del reactor presenta una segunda zona 13 de integración de calor, en la que el calor de las partículas sólidas F del lecho 120 del reactor procedente de la zona 12 de reacción puede transferirse al gas de alimentación E para precalentar el gas de alimentación E.
En las realizaciones del reactor 1 mostradas en las Figuras 1 y 2, el lecho 120 del reactor en la zona 12 de reacción y los lechos 110, 130 del reactor en las zonas de integración de calor son partículas sólidas F impulsadas por gravedad, con el gas de alimentación E formando un flujo de gas en contracorriente, de modo que preferiblemente se puede conseguir una integración de calor casi completa.
De acuerdo con una realización, el calentamiento y enfriamiento de los gases tiene lugar en una escala de tiempo de 0,1 s a 1 s, lo que es ventajoso para el control de la reacción si, por ejemplo, se requiere un enfriamiento rápido a una temperatura inferior del gas de producto.
Como puede observarse en las Figuras 1 y 2, el calentamiento eléctrico directo (o inductivo) de las partículas sólidas F se utiliza para calentar el gas de alimentación E. Para ello, pueden utilizarse electrodos 20, 21 correspondientemente permeables, en particular en forma de rejillas 20, 21, en donde se aplica una tensión 22 eléctrica a los electrodos 20, 21 y, de este modo, se aprovecha la resistencia de las partículas sólidas F (principalmente resistencias de contacto sólido contra sólido en lugar de resistencias de material) para la producción de calor / liberación de calor.
Para conseguir una integración de calor óptima, los flujos de capacidad térmica de los flujos de gas y partículas sólidas E, P, F se adaptan entre sí de acuerdo con una realización preferida. Esto da lugar a las denominadas zonas 11, 13 de integración de calor en el interior 10 del reactor o lecho 110, 130 móvil, en las que el gas de alimentación E es precalentado por partículas sólidas calientes F procedentes de la zona 12 de reacción (segunda zona 13 de integración de calor inferior) y el gas de producto caliente P calienta las partículas sólidas frías F, que se introducen en la parte superior del reactor 1.
De acuerdo con las Figuras 1 y 2, aquí se prevé preferiblemente que la zona 12 de reacción esté dispuesta en la dirección vertical entre los dos electrodos 20, 21 cuando el reactor 1 está dispuesto de la manera prevista, en donde la primera zona 11 de integración de calor está dispuesta por encima del primer electrodo 20, y en donde la segunda zona 21 de integración de calor está dispuesta por debajo del segundo electrodo.
Para introducir las partículas sólidas F que forman el respectivo lecho 110, 120, 130 del reactor, se prevé, además, que el respectivo reactor 1 presente una entrada 30 de partículas sólidas, a través de la cual las partículas sólidas F puedan introducirse en la primera zona 11 de integración de calor, de modo que las partículas sólidas F puedan ser guiadas más allá del primer electrodo 20 hacia la zona 12 de reacción y puedan ser guiadas, además, más allá del segundo electrodo 21 hacia la segunda zona 13 de integración de calor.
Para la extracción de las partículas sólidas F (y, en particular, para la recirculación de las partículas sólidas F hacia la entrada 30 de partículas sólidas), el reactor 1 dispone, además, de una salida 31 de partículas sólidas, a través de la cual las partículas sólidas F pueden extraerse de la segunda zona 13 de integración de calor.
Además, el reactor 1 respectivo dispone en particular de una entrada de gas 32 de alimentación para introducir el gas de alimentación E en el interior 10 del reactor, a través de la cual el gas de alimentación E puede introducirse en la segunda zona 13 de integración de calor y desde allí pasar por el segundo electrodo 21 a la zona 12 de reacción.
Finalmente, para extraer el gas de producto P, el reactor 1 respectivo presenta una salida 33 de gas de producto, a través de la cual el gas de producto P generado en la zona 12 de reacción puede extraerse de la primera zona 11 de integración de calor.
De acuerdo con un ejemplo de la invención, al menos el 90 % del calor utilizado puede recuperarse durante la producción de etileno, tal como se muestra en la Figura 1, para cuyo cálculo se suponen partículas sólidas F hechas de carbono. Sin embargo, es preferible utilizar materiales cerámicos en lugar de carbono. En particular, pueden utilizarse partículas sólidas F como, por ejemplo, de AhO3 como componente del lecho del reactor en la presente invención.
Para lograr la recuperación de calor antes mencionada, el gas de alimentación (etano) E puede introducirse en el reactor 1 a una temperatura de, por ejemplo, 150 °C y una presión de, por ejemplo, 2 bares, con un caudal másico de, por ejemplo, 1000 kg/h. El gas de alimentación E puede diluirse con vapor, que presenta una temperatura de, por ejemplo, 155 °C a una presión de, por ejemplo, 2 bares y un caudal másico de, por ejemplo, 300 kg/h. La conversión de etano en etileno puede llevarse a cabo en la zona de reacción a una temperatura de, por ejemplo, 850 °C, con lo que el producto de etileno puede extraerse del reactor 1 a una temperatura de, por ejemplo, 150 °C a una presión de, por ejemplo, 2 bares y un flujo másico de, por ejemplo, 606 kg/h. Las partículas sólidas F también pueden introducirse en el reactor 1 a una temperatura de, por ejemplo, 174 °C y una presión de, por ejemplo, 2 bares y un caudal másico de 2,9 t/h y retirarse del reactor 1 a una temperatura de 280 °C.
Para una conversión dada del 65 % del etano de alimentación en etileno (con dilución de vapor de la alimentación con un 30 % de vapor de agua), la producción de calor es de 1550 kWh/t de producto de etileno. Con una eficiencia de conversión de la energía eléctrica del 90 %, el consumo eléctrico es de 1722 kWh/t de producto de etileno.
En forma similar al craqueo de etano, el reactor 1 según la invención o el procedimiento según la invención, tal como se muestra en la Figura 2, también puede implementarse para el reformado de metano con vapor. En lugar de partículas inertes, también puede utilizarse un catalizador como medio sólido o partículas sólidas F en el lecho 110, 120, 130 móvil. En comparación con un reactor tubular de lecho fijo, el catalizador requiere una mayor resistencia a la abrasión, pero puede someterse ventajosamente a una regeneración externa del catalizador. La decisión sobre si deben utilizarse partículas inertes o partículas que influyan en la reacción puede tomarse, en particular, en función de la temperatura de reacción. Tomando como ejemplo el reformado con vapor, puede utilizarse un material catalizador en el intervalo de temperaturas inferior (a aproximadamente 950 °C), por ejemplo, mientras que en el intervalo de temperaturas superior (a aproximadamente 1250 °C) las reacciones tienen lugar con suficiente rapidez y puede utilizarse un material inerte.
De acuerdo con una realización, el reactor está diseñado para guiar las partículas sólidas a través de la zona 12 de reacción o las zonas 11, 13 de integración de calor a una velocidad definida, en donde preferiblemente esta velocidad de las partículas sólidas F (por ejemplo, en las realizaciones según las Figuras 1 y 2) está en el intervalo de 0,1 m/h a 2 m/h, que es una velocidad lenta y muy respetuosa del material a la que el riesgo de daños inducidos por fricción en el reactor es correspondientemente menor.
El calentamiento eléctrico directo por medio de los electrodos 20, 21 a ~800 °C a -1250 °C de un lecho 120 móvil de carbono es posible con resistencias eléctricas en el intervalo de -1,0 ohm a 10 ohm. Por ejemplo, pueden utilizarse para este fin partículas sólidas F en forma de partículas de carbono con una resistencia específica del lecho de ~0,005-0,04[Ohm*m] a temperaturas en el intervalo superior a 800 °C.
Las partículas sólidas F del lecho 110, 120, 130 móvil deben ser suficientemente estables desde el punto de vista químico en las condiciones de reacción, por lo que se prefieren los materiales cerámicos al carbono si el gas reactivo contiene vapor o grandes cantidades de CO2. El medio sólido F respectivo puede seleccionarse en función de los requisitos del procedimiento. En principio, son ventajosos los materiales de baja resistencia, por ejemplo los materiales cerámicos, en los que la conductividad eléctrica debe ser preferiblemente superior a la del material refractario de revestimiento del reactor 1, de modo que se produzca principalmente un calentamiento del lecho 120 del reactor y no del material refractario circundante del reactor. Cuando se utilizan materiales con una conductividad relativamente alta, la resistencia de contacto entre las partículas sólidas individuales F es especialmente importante para la resistencia global. Por lo tanto, la morfología de la superficie puede ajustarse de forma que provoque un aumento de la resistencia eléctrica. De acuerdo con una realización, las partículas sólidas son, por ejemplo, partículas no esféricas.
La longitud de la zona 12 de reacción en la dirección vertical o en la dirección del flujo de las partículas sólidas F y del flujo de gas de alimentación E define el tiempo de residencia del gas en la zona 12 calentada. Cuanto mayor sea la longitud, más favorables serán las condiciones para el calentamiento eléctrico, ya que esto da lugar a una resistencia eléctrica total correspondientemente alta (resistencia de contacto en serie de las partículas F). Son posibles tiempos de permanencia inferiores a 1 s en la zona 12 de reacción, lo que es favorable para la producción de etileno por deshidrogenación del etano.
Además, el tamaño de las partículas sólidas F puede seleccionarse en función de los requisitos del reactor. Para la deshidrogenación del etano, por ejemplo, es ventajoso un calentamiento rápido, con tamaños de partícula en el intervalo de 5 mm como máximo para una transferencia de calor directa eficiente entre las fases gaseosa y sólida. De este modo, se consiguen fácilmente tiempos de calentamiento bajos, de 0,1 s a 1 s.
Además, de acuerdo con una realización, una distribución monomodal del tamaño de partícula de las partículas sólidas F también resulta ventajosa, ya que esto conduce a un calentamiento homogéneo y aproximadamente a un flujo de tapón, sin segregación debido a la fluidización parcial.
La selección del material de los electrodos 20, 21 se basa en particular en los siguientes criterios, según los cuales se prefiere un material estable en las condiciones de reacción (temperatura, condiciones del gas, materiales sólidos del lecho fluidizado), que tenga una conductividad eléctrica comparativamente alta en comparación con el medio del lecho para garantizar el calentamiento en el lecho y no en el electrodo, por lo que el material también debe permitir la fabricabilidad en la forma requerida para todo el electrodo. En el caso más sencillo, el electrodo 20 respectivo se forma, por ejemplo, como un puntal simple o múltiple, pero también puede tener una forma de celosía más compleja. Los aceros inoxidables o las aleaciones a base de Ni (debido a las altas temperaturas) pueden considerarse materiales de electrodo para los procesos mencionados. Por ejemplo, el material Centralloy® G 4852 Micro R es estable en condiciones de reformado, tiene una resistencia aceptable y puede utilizarse como material de electrodo. Si no hay vapor (sin dilución de vapor) ni CO2 en el gas de alimentación o de producto E, P, en principio también puede utilizarse grafito como material de electrodo. Alternativamente, el grafito puede recubrirse con una capa protectora químicamente estable que, sin embargo, debe ser conductora de la electricidad.
Además, de acuerdo con una realización mostrada en la Fig. 3, puede disponerse que la zona 12 de reacción del reactor 1 esté delimitada por una sección 12a de pared circunferencial del reactor 1, que presenta un lado 12b interior orientado hacia la zona 12 de reacción, que tiene forma cónica, de manera que la zona 12 de reacción se estrecha hacia arriba en la dirección vertical z. De este modo, se reduce el diámetro D1 de la zona 12 de reacción al diámetro D2 de la zona 12 de reacción.
En particular, el lado interior 12b forma una superficie lateral de un cono truncado. En otras palabras, la zona 12 de reacción forma un cono truncado en esta zona en particular.
Tal geometría de ensanchamiento cónico de la zona 12 de reacción conduce ventajosamente a un movimiento lateral de las partículas sólidas F del lecho móvil 120 en la zona 12 de reacción. En el caso de depósitos de carbono del gas de alimentación en las partículas sólidas F, por ejemplo, en una reacción de pirólisis en la pirólisis de metano puro (sin vapor) o en una reacción de coquización en el reformado con vapor utilizando pequeñas relaciones de vapor a carbono (también denominadas S/C), por ejemplo S/C< 1, 8, en particular S/C<1, o en una reacción de coquización en el craqueo de etano, puede producirse la formación de puentes, que se rompen de nuevo por el movimiento lateral de las partículas F y, por lo tanto, no conducen al bloqueo.
El lado 12b interior forma preferiblemente un ángulo W con un plano horizontal o una sección transversal horizontal de la zona 12 de reacción, que puede ser relativamente próximo a 90°.
Preferiblemente, el ángulo W está comprendido entre 85° y 89,5°, preferiblemente entre 87° y 89°.
En principio, el reactor según la invención puede utilizarse para cualquier otra reacción endotérmica, aunque preferiblemente no debe producirse un aumento de la producción de sólidos en la zona 12 de reacción. A este respecto, por ejemplo, en el caso de la pirólisis de metano (CH4 -> C 2 H2), resulta desventajoso un bloqueo del lecho 120 móvil y la correspondiente modificación de la resistencia del lecho.
Además, también puede aplicarse una tensión alterna al calentador de resistencia en lugar de una tensión directa 22 para el calentamiento directo de las partículas F mediante los electrodos 20, 21.
La presente invención permite reducir la emisión directa de CO2 del proceso debido al calentamiento específico de las partículas finas. Además, debido a la integración del calor entre los productos y los reactivos en el propio reactor, no se requiere ningún equipo externo para la recuperación del calor, o se requiere un equipo externo reducido.
La invención permite tiempos de calentamiento y enfriamiento comparativamente cortos, lo que conduce a un buen control de la reacción. Esto es especialmente ventajoso porque durante el craqueo al vapor es necesario enfriar rápidamente el gas que sale de la zona de reacción para aumentar el rendimiento del producto objetivo.
La producción de vapor puede reducirse con ventaja. Además, no son necesarios ciclos de descoquización durante el craqueo del etano, ya que el coque aplicado a las partículas puede eliminarse del proceso. Esto significa que la descoquización puede realizarse ventajosamente fuera del reactor, por ejemplo, quemándose en aire precalentado.
Lista de signos de referencia

Claims (11)

REIVINDICACIONES
1. Reactor (1) para llevar a cabo una reacción endotérmica, en particular una reacción a alta temperatura, en la que se obtiene un gas de producto (P) a partir de un gas de alimentación (E), en donde el reactor (1) rodea un interior (10) del reactor, en donde el reactor (1) está configurado para proporcionar, en una zona (12) de reacción del interior (10) del reactor, un lecho (120) móvil accionado por gravedad que presenta una pluralidad de partículas sólidas (F) que son guiadas a una velocidad de 0,1 m/h a 2 m/h, en donde el reactor (1) está configurado, además, para llevar el gas de alimentación (E) a la zona (12) de reacción, en donde el reactor (1) para calentar el gas de alimentación (E) está configurado para calentar las partículas sólidas (F) en la zona (12) de reacción mediante la generación de una corriente eléctrica en las partículas sólidas, de modo que el reactor (1) presente un primer y un segundo electrodo (20, 21) para calentar las partículas sólidas (F) del lecho (120) del reactor, en donde el primer electrodo (20) está dispuesto por encima del segundo electrodo (21) en el interior (10) del reactor de modo que el gas de alimentación (E) en la zona (12) de reacción pueda calentarse hasta una temperatura de reacción mediante la transferencia de calor de las partículas sólidas (F) al gas de alimentación (E), a fin de participar como educto en la reacción endotérmica para producir el gas de producto (P), y en donde el interior (10) del reactor presenta, además, una primera zona (11) de integración de calor en la que el calor del gas de producto (P) generado en la zona (12) de reacción puede transferirse a las partículas sólidas (F) del lecho (120) del reactor que se alimentarán a la zona (12) de reacción, y en donde, además, el interior (10) del reactor presenta una segunda zona (13) de integración de calor, en la que el calor de las partículas sólidas (F) del lecho (120) del reactor procedente de la zona (12) de reacción puede transferirse al gas de alimentación (E) para precalentar el gas de alimentación (E), de manera que la zona (12) de reacción esté dispuesta entre los dos electrodos (20, 21), en donde la primera zona (11) de integración de calor está dispuesta por encima del primer electrodo (20), y en donde la segunda zona (13) de integración de calor está dispuesta por debajo del segundo electrodo.
2. Reactor de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque los dos electrodos (20, 21) son permeables cada uno a las partículas sólidas (F), al gas de alimentación (E) y al gas de producto (P).
3. Reactor de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque el reactor (1) está configurado para proporcionar una tensión (22) continua o alterna (22) entre los dos electrodos (20, 21) para calentar las partículas sólidas (F).
4. Reactor de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el reactor (1) presenta una entrada (30) de partículas sólidas, a través de la cual se pueden introducir partículas sólidas (F) en la primera zona (11) de integración de calor, de modo que las partículas sólidas (F) pueden ser guiadas más allá del primer electrodo (20) hacia la zona (12) de reacción y también pueden ser guiadas más allá del segundo electrodo (21) hacia la segunda zona (13) de integración de calor.
5. Reactor de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el reactor (1) presenta una salida (31) de partículas sólidas a través de la cual las partículas sólidas (F) pueden retirarse de la segunda zona (13) de integración del calor.
6. Reactor de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el reactor (1) presenta una entrada (32) de gas de alimentación a través de la cual el gas de alimentación (E) puede introducirse en la segunda zona (13) de integración de calor y desde allí puede ser guiado más allá del segundo electrodo (21) hacia la zona (12) de reacción.
7. Reactor de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el reactor (1) presenta una salida (33) de gas de producto a través de la cual el gas de producto (P) generado en la zona (12) de reacción puede extraerse de la primera zona (11) de integración de calor.
8. Reactor de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el reactor (1) está configurado para guiar las partículas sólidas (F) en la primera y/o la segunda zona (11, 13) de integración del calor en forma de lecho (110, 130) móvil de manera impulsada por gravedad.
9. Reactor de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la zona (12) de reacción del reactor (1) está delimitada por una sección (12a) de pared circunferencial del reactor (1), que presenta un lado (12b) interior orientado hacia la zona (12) de reacción, de forma cónica, de manera que la zona (12) de reacción se estrecha hacia arriba en la dirección vertical.
10. Reactor de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque el lado interior forma un ángulo (W) con una sección transversal horizontal de la zona (12) de reacción, estando el ángulo (W) preferiblemente en un intervalo de 85° a 89,5°, preferiblemente de 87° a 89°.
11. Procedimiento para llevar a cabo una reacción endotérmica para obtener un gas de producto (P) a partir de un gas de alimentación (E) utilizando un reactor de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en donde
- un gran número de partículas sólidas (F) se introducen en la primera zona (11) de integración del calor y de ahí en la zona (12) de reacción,
- las partículas sólidas (F) se transportan a una velocidad de 0,1 m/h a 2 m/h,
- las partículas sólidas (F) se calientan en la zona (12) de reacción,
- las partículas sólidas (F) se introducen desde la zona (12) de reacción en la segunda zona (13) de integración del calor y se extraen de la segunda zona (13) de integración del calor,
- el gas de alimentación (E) se introduce en la segunda zona (13) de integración del calor y desde allí en la zona (12) de reacción, en donde el gas de alimentación (E) se calienta en la segunda zona (13) de integración del calor contra partículas sólidas (F) procedentes de la zona (12) de reacción, en donde las partículas sólidas (F) se enfrían y en donde el gas de alimentación (E) se pone en contacto con las partículas sólidas (F) calentadas en la zona (12) de reacción, en donde el calor de las partículas sólidas (F) calentadas se transfiere al gas de alimentación (E) para calentar el gas de alimentación (E) en la zona (12) de reacción, en donde el gas de alimentación (E) en la zona (12) de reacción participa como educto en la reacción para producir el gas de producto (P),
- el gas de producto (P) producido se introduce desde la zona (12) de reacción en la primera zona (11) de integración de calor, en donde las partículas sólidas (F) de la primera zona (11) de integración de calor se precalientan frente al gas de producto (P) procedente de la zona (12) de reacción, en donde el gas de producto (P) se enfría, y en donde
- el gas de producto (P) se extrae de la primera zona (11) de integración de calor.
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Families Citing this family (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021202465A1 (de) * 2021-03-15 2022-09-15 Thyssenkrupp Ag Reaktor und Verfahren zur Pyrolyse von kohlenwasserstoffhaltigen Fluiden
US20240391765A1 (en) 2021-10-06 2024-11-28 Basf Se Use of carbonaceous carrier material in bed reactors
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US12409426B2 (en) 2021-11-22 2025-09-09 Schneider Electric Systems Usa, Inc. Direct electrical heating of process heater tubes using galvanic isolation techniques
EP4627013A1 (en) 2022-11-28 2025-10-08 Basf Se Method for operating a cracking process
US12302477B2 (en) 2023-03-24 2025-05-13 Schneider Electric Systems Usa, Inc. Induction heating for process electrification
WO2025051706A1 (en) 2023-09-08 2025-03-13 Basf Se Producing renewable hydrocarbons from biomass
WO2025073664A1 (en) 2023-10-06 2025-04-10 Basf Se Pretreatment of c2-c6 alkanes-rich raw natural gas or industry off gas
AU2024357176A1 (en) 2023-10-06 2026-04-16 Basf Se Exploitation of natural hydrogen deposits using methane pyrolysis
WO2025073665A1 (en) 2023-10-06 2025-04-10 Basf Se Closed carbon loop process
WO2025073688A1 (en) 2023-10-06 2025-04-10 Basf Se Indirectly heated moving-bed reactor
WO2025073690A1 (en) 2023-10-06 2025-04-10 Basf Se Hydrocarbon pyrolysis process
EP4534728A1 (en) 2023-10-06 2025-04-09 Basf Se Circular carbon process
EP4534479A1 (en) 2023-10-06 2025-04-09 Basf Se Method for producing carbon monoxide over a moving bed
WO2025073661A1 (en) 2023-10-06 2025-04-10 Basf Se Process for preparing methanol from pyrolytic hydrogen
WO2025098901A1 (en) 2023-11-07 2025-05-15 Basf Se A catalytically active or activatable mixture of shaped catalyst bodies and electrically conductive bodies for use in a chemical reactor with direct electrically-resistive heating
WO2025176518A1 (en) 2024-02-22 2025-08-28 Basf Se Producing sustainable caprolactam
WO2025219137A1 (en) 2024-04-17 2025-10-23 Basf Se Process for utilizing acrylic acid production waste streams by gasification and fermentation
WO2025219166A1 (en) 2024-04-18 2025-10-23 Basf Se Producing renewable olefins
WO2025224279A1 (en) 2024-04-26 2025-10-30 Basf Se Performing a cracking reaction of hydrocarbons in a moving bed reactor
WO2025233156A1 (en) 2024-05-08 2025-11-13 Basf Se Method for controlling synthesis gas processing from carbonaceous feedstock
WO2025237920A1 (en) 2024-05-14 2025-11-20 Basf Se Method for operating a direct electrically heated moving bed reactor having an adaptive reaction zone
WO2025242537A1 (en) 2024-05-23 2025-11-27 Basf Se Electrically conductive shaped catalyst bodies for use in a chemical reactor
WO2025262254A1 (en) 2024-06-21 2025-12-26 Basf Se An integrated process for the production of lpg and bionaptha from oxygen-containing compounds
WO2026013000A1 (en) 2024-07-10 2026-01-15 Basf Se Performing a Cracking Reaction of Hydrocarbons in a Moving Bed Reactor with Improved Dilution
WO2026013605A1 (en) * 2024-07-11 2026-01-15 Tenova S.P.A. Plant and process for the high-efficiency production of hydrogen by pyrolysis
WO2026017673A1 (en) 2024-07-16 2026-01-22 Basf Se Sustainable production of formaldehyde and downstream products thereof
WO2026027328A1 (en) 2024-08-01 2026-02-05 Basf Se Sustainable production of 1,4-butanediol and downstream products thereof
WO2026027671A1 (en) 2024-08-02 2026-02-05 Basf Se Process for controlling the surface morphology of pyrolytic carbon
WO2026027680A1 (en) 2024-08-02 2026-02-05 Basf Se Process to minimize filament formation or agglomeration in cracking or pyrolysis processes
WO2026027681A1 (en) 2024-08-02 2026-02-05 Basf Se Pyrolytic carbon particle comprising at least two layers of different surface morphology
WO2026027667A1 (en) 2024-08-02 2026-02-05 Basf Se Process for the deposition of pyrolytic carbon material having a d/g ratio below 0.9
WO2026027668A1 (en) 2024-08-02 2026-02-05 Basf Se Process for upcycle carbonaceous material obtained from waste recycling or pyrolysis of biomass as alternative material for fossil-based cokes
WO2026027672A1 (en) 2024-08-02 2026-02-05 Basf Se Process for producing hydrogen
WO2026068360A1 (en) 2024-09-27 2026-04-02 Basf Se Process for hydrogen and solid carbon manufacture from waste
JP7789969B1 (ja) * 2025-02-28 2025-12-22 三菱重工業株式会社 水素製造方法

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1129512A (en) * 1913-09-20 1915-02-23 Int Agricultural Corp Electric furnace.
US1400959A (en) * 1919-04-26 1921-12-20 Ste Chim Usines Rhone Process and apparatus for carrying out chemical reactions by catalysis
US1671673A (en) * 1926-04-22 1928-05-29 Aluminum Co Of America Method of calcining coke
US2161916A (en) * 1936-01-10 1939-06-13 American Magnesium Metals Corp Electric shaft furnace
US2348156A (en) * 1939-06-15 1944-05-02 Petroleum Conversion Corp Conversion of hydrocarbon oils
US2519340A (en) * 1944-03-23 1950-08-22 Babcock & Wilcox Co Process for the heat-treatment of carbon-containing feed stock
US2736686A (en) * 1950-06-12 1956-02-28 Phillips Petroleum Co Pebble heater reactor employed in the conversion of hydrocarbons, with the use of inert solids
US2745932A (en) * 1953-06-03 1956-05-15 American Electro Metal Corp Electric resistor
US2799640A (en) * 1953-12-31 1957-07-16 Texas Co Spark discharge activated chemical reactions
BE590905A (es) 1958-09-02 1900-01-01
GB1026055A (en) * 1962-10-02 1966-04-14 Metalurgitchen Zd Lenin Coating of carbon
JPS4631961Y1 (es) 1968-05-30 1971-11-05
US3695864A (en) * 1970-04-29 1972-10-03 Hal B H Cooper Alkali metal production
DE2656726A1 (de) * 1976-12-15 1978-06-22 Otto & Co Gmbh Dr C Roehrenreaktor zur durchfuehrung endothermer gasreaktionen
US4357210A (en) * 1981-02-08 1982-11-02 Societe Des Electrodes Et Refractaires Savoie/Sers Electric furnace for the calcination of carbonaceous materials
DE4035840C1 (en) * 1990-11-10 1992-04-02 Eckardt Ag, 7000 Stuttgart, De Circuit for differential pressure control between two chambers - ifcluding safety valve which is opened in any limiting values are exceeded
US5946342A (en) * 1998-09-04 1999-08-31 Koslow Technologies Corp. Process and apparatus for the production of activated carbon
US6372018B1 (en) * 2000-03-14 2002-04-16 Harold R. Cowles VOC removal or destruction system
EP1484343A1 (en) 2003-06-06 2004-12-08 Universiteit Twente Process for the catalytic polymerization of olefins, a reactor system and its use in the same process
DE102005048734A1 (de) * 2005-10-12 2007-04-19 Coperion Waeschle Gmbh & Co. Kg Gehäuse für eine Zellenrad-Schleuse
DE102009004750A1 (de) * 2009-01-15 2010-09-02 Highterm Research Gmbh Reaktor und Verfahren zur Aufbereitung eines Eduktgases zu einem Produktgas
DE102009019436A1 (de) 2009-04-29 2010-11-04 Bayer Materialscience Ag Verfahren zur Herstellung von aromatischen Aminen
DE102015015531A1 (de) 2015-12-01 2017-06-01 Basf Se Verfahren zur Erzeugung von Synthesegas
CA3088588A1 (en) * 2018-01-26 2019-08-01 Basf Se Solids-packed apparatus for performance of endothermic reactions with direct electrical heating
DE102018132661B4 (de) * 2018-12-18 2020-10-01 Thyssenkrupp Ag Verfahren zur Kohlenwasserstoffpyrolyse mit räumlich getrennter Beheizungs- und Reaktionszone innerhalb des Reaktorraums

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