NL1003504C2

NL1003504C2 - Rotary reactor and application thereof.

Info

Publication number: NL1003504C2
Application number: NL1003504A
Authority: NL
Inventors: Frederik Kapteijn; Wridzer Jan Willem Bakker; Jacob Adriaan Moulijn
Original assignee: Univ Delft Tech
Priority date: 1996-07-04
Filing date: 1996-07-04
Publication date: 1998-01-07
Also published as: WO1998001222A1; CA2259938A1; AU3360697A; EP0958044A1; NO990004D0; NO990004L

Description

Titel: Roterende reactor en toepassing daarvanTitle: Rotary reactor and its application

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een roterende reactor, meer in het bijzonder op een roterende keramische monoliet reactor, welke geschikt is voor het uitvoeren van cyclische processen.The present invention relates to a rotary reactor, more particularly to a rotary ceramic monolith reactor, which is suitable for performing cyclic processes.

5 Voor het continu uitvoeren van cyclische processen, zoals sorptie/regeneratie processen, katalytische processen in het algemeen, zoals selectieve oxidatie, bijvoorbeeld oxidatie van butaan tot MZA, etheen tot etheenoxide, of propeen tot propeenoxide, 10 alsmede methaan conversie en katalytisch kraken, zijn roterende reactoren een aantrekkelijk alternatief.For continuously performing cyclic processes, such as sorption / regeneration processes, catalytic processes in general, such as selective oxidation, for example oxidation of butane to MZA, ethylene to ethylene oxide, or propylene to propylene oxide, as well as methane conversion and catalytic cracking, rotary reactors an attractive alternative.

In dergelijke reactoren vindt gelijktijdig sorptie en regeneratie, danwel reactie en regeneratie plaats, in aparte secties. Door het roteren van de 15 reactor worden de secties afwisselend onderworpen aan sorptie/reactie omstandigheden, of aan regeneratie omstandigheden, doordat per sectie een verschillend gas doorgeleid wordt. Ook kan men in dergelijke systemen twee- of meerstapsreacties uitvoeren.In such reactors, sorption and regeneration, or reaction and regeneration, take place simultaneously in separate sections. By rotating the reactor, the sections are alternately subjected to sorption / reaction conditions, or to regeneration conditions, in that a different gas is passed through per section. Two- or multi-step reactions can also be carried out in such systems.

20 Dergelijke processen worden momenteel in hoofdzaak uitgevoerd in gepakt bed reactoren, waartussen geschakeld wordt zodra een sorptie/reactie-zone geregenereerd moet worden.Such processes are currently mainly performed in packed bed reactors, which are switched between as soon as a sorption / reaction zone has to be regenerated.

De toepassing van bewegende onderdelen in 25 apparatuur voor continue cyclische processen die meestal bij hoge temperatuur en verhoogde druk uitgevoerd worden, onder veelal corrosieve condities, levert echter problemen op. Bovendien veroorzaakt het schakelen tussen bedden een discontinuïteit in de procesvoering, hetgeen 30 op zich ongewenst is en kan resulteren in variaties in de gassen afkomstig uit de reactor/adsorber.However, the use of moving parts in equipment for continuous cyclic processes, which are usually carried out at high temperature and elevated pressure, under mostly corrosive conditions, presents problems. In addition, switching between beds causes a discontinuity in process management, which is undesirable per se and may result in variations in the gases from the reactor / adsorber.

100 3504 .100 3504.

22

Het ontwikkelen van corrosie-bestendige bewegende onderdelen die ook nog moeten afdichten bij verhoogde temperatuur, bijvoorbeeld temperaturen van 400°C en hoger, wordt gezien als een van de grote 5 uitdagingen van de hedendaagse procesindustrie.Developing corrosion-resistant moving parts that also have to seal at elevated temperatures, for example temperatures of 400 ° C and above, is seen as one of the major challenges of today's process industry.

De uitvinding heeft derhalve onder meer als doelstelling het verschaffen van een reactorsysteem, dat geschikt is voor het continu uitvoeren van cyclische chemische processen, zoals sorptie/desorptie, in een 10 enkele reactor, bij verhoogde temperatuur, en onder veelal corrosieve condities.The object of the invention is therefore, inter alia, to provide a reactor system which is suitable for continuously carrying out cyclic chemical processes, such as sorption / desorption, in a single reactor, at elevated temperature, and often under corrosive conditions.

Dit doel en andere doelen volgens de uitvinding worden bereikt door een roterende reactor bestaande uit een aantal buisvormige reactiecompartimenten, elk 15 voorzien van een eerste uiteinde en een tweede uiteinde, een keramische eerste reactoreindplaat, waarin genoemde eerste uiteinden opgenomen zijn en een tweede eindplaat, waarin genoemde tweede uiteinden opgenomen zijn, welke eindplaten tevens voorzien zijn van middelen voor het 20 toe- en/of afvoeren van gassen, en waarbij tegen de eerste eindplaat een eerste keramische flens aangebracht is van het zelfde materiaal als genoemde eerste eindplaat, welke flens voorzien is van openingen voor toevoer en afvoer van gassen, welke openingen ten minste 25 gedeeltelijk corresponderen met openingen in genoemde eerste eindplaat en waarbij het samenstel van flens en genoemde eerste eindplaat ten opzichte van elkaar roterend en onder druk tegen elkaar aan opgesteld zijn.This object and other objects according to the invention are achieved by a rotary reactor consisting of a number of tubular reaction compartments, each provided with a first end and a second end, a ceramic first reactor end plate, in which said first ends are included and a second end plate, in which said second ends are included, which end plates are also provided with means for supplying and / or discharging gases, and wherein a first ceramic flange is arranged against the first end plate of the same material as said first end plate, which flange is provided of openings for supply and discharge of gases, which openings correspond at least in part to openings in said first end plate and wherein the assembly of flange and said first end plate are rotatable and pressed together.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de 30 reactor volgens de uitvinding is de tweede eindplaat vervaardigd uit keramisch materiaal en is een tweede flens van hetzelfde materiaal als de tweede eindplaat aangebracht tegen de tweede eindplaat.According to a preferred embodiment of the reactor according to the invention, the second end plate is made of ceramic material and a second flange of the same material as the second end plate is arranged against the second end plate.

1003504.1003504.

33

Meer in het bijzonder is de tweede flens voorzien van middelen voor af- en toevoeren van gassen uit de reactiecompartimenten, en/of voor het recirculeren van gassen van één of meer reactiecompartimenten naar één 5 of meer andere reactiecompartimenten.More specifically, the second flange is provided with means for discharging and supplying gases from the reaction compartments, and / or for recirculating gases from one or more reaction compartments to one or more other reaction compartments.

De buisvormige reactiecompartimenten kunnen diverse vormen hebben, waarbij het van belang is dat de lengte groter is dan de grootste diameter. Geschikt zijn onder meer ronde of ovale buizen, maar ook rechthoekige, 10 vierkante of, meer algemeen gedefinieerd, x-hoekige kanalen kunnen goed gebruikt worden.The tubular reaction compartments can have various shapes, it being important that the length is greater than the largest diameter. Suitable include round or oval tubes, but also rectangular, 10 square or, more generally defined, x-angled channels can be used well.

Toepassing van de reactor volgens de onderhavige uitvinding voor het uitvoeren van fysische, chemische en fysisch-chemische cyclische processen heeft 15 het verrassende voordeel, dat geen problemen optreden met de afdichting van de flensen, terwijl toch een goede rotatie mogelijk blijft. De afdichting geschiedt zonder dat moeilijke constructies nodig zijn. Volstaan kan worden met het op elkaar pas maken van de twee vlakken .20 van de keramische platen die de flens vormen, en het in bedrijf toepassen van enige kracht op beide zijden van de flens, waardoor de vlakken tegen elkaar aan geklemd blijven. Dit geldt voor beide flensen. In het algemeen heeft het de voorkeur vlakke platen te gebruiken, hoewel 25 andere roteerbare, afdichtende constructies, zoals conische systemen, niet uitgesloten zijn.The use of the reactor according to the present invention for carrying out physical, chemical and physico-chemical cyclic processes has the surprising advantage that no problems occur with the sealing of the flanges, while still allowing a good rotation. The sealing takes place without the need for difficult constructions. It is sufficient to align the two faces of the ceramic plates forming the flange and apply some force to both sides of the flange in operation, thereby clamping the faces together. This applies to both flanges. In general, it is preferable to use flat plates, although other rotatable sealing structures, such as conical systems, are not excluded.

Het op elkaar pas maken van de twee componenten van de afdichting geschiedt door op elkaar slijpen van de platen. Na reinigen kan het systeem gebruikt worden, 30 zonder dat aanvullende afdichting of smering nodig is. Desgewenst kan éénmalig boornitride, of een ander geschikt materiaal, toegepast worden om zeer kleine oneffenheden in de platen (typisch <0,2 pm) op te vullen.The two components of the seal are matched by grinding the plates together. After cleaning, the system can be used without the need for additional sealing or lubrication. If desired, one-time boron nitride, or other suitable material, can be used to fill very small unevenness in the plates (typically <0.2 µm).

1003504.1003504.

44

Het is ook mogelijk om in de platen een voorziening te treffen voor luchtsmering. Hierbij treedt slechts een minimale lekkage van procesgas op, omdat voor luchtsmering volstaan kan worden met een uiterst dunne 5 gasfilm.It is also possible to make provision for air lubrication in the plates. Only a minimal leakage of process gas occurs here, because an extremely thin gas film is sufficient for air lubrication.

De reactiecompartimenten zullen aan ten minste één zijde eindigen in een reactoreindplaat. Het is mogelijk, dat slechts aan één zijde een flens aanwezig is, met voorzieningen voor toe- en afvoer van gassen, 10 terwijl in de tweede eindplaat vaste verbindingen zijn gemaakt tussen twee of meer reactorcompartimenten. In dat geval is er slechts één roterend afdichtend vlak, hetgeen uit het oogpunt van constructie en afdichting voordelen kan hebben. In geval er sprake moet zijn van een 15 flexibele bedrijfsvoering kan het voordelen hebben aan beide zijden van de reactor voorzieningen te treffen voor het variëren van de verbindingen tussen de reactiecompartimenten.The reaction compartments will terminate on at least one side in a reactor end plate. It is possible that a flange is present on only one side, with provisions for supply and discharge of gases, while in the second end plate fixed connections are made between two or more reactor compartments. In that case, there is only one rotary sealing surface, which can be advantageous from a construction and sealing point of view. In the case of flexible operation, it may be advantageous to make provision on both sides of the reactor for varying the connections between the reaction compartments.

De uitvoering van de reactor volgens de 20 uitvinding zal, afhankelijk van de beoogde toepassing, variëren. Enkele varianten zijn toegelicht in de figuur.The reactor according to the invention will vary depending on the intended application. Some variants are illustrated in the figure.

De variaties in de reactor betreffen onder meer de aard, het aantal en de diameter van de evenwijdig aan elkaar opgestelde buisvormige reactiecompartimenten, en 25 de constructie van de toe- en afvoer openingen in de beide flensen.The variations in the reactor include the nature, number and diameter of the tubular reaction compartments arranged parallel to each other, and the construction of the inlet and outlet openings in both flanges.

Aangezien het aantal buisvormige reactiecompartimenten meestal groter zal zijn dan twee, terwijl voor het uitvoeren van cyclische chemische processen 30 veelal niet meer dan twee reactie-secties gewenst zijn, zal volgens de uitvinding een aantal reactiecompartimenten tegelijk dezelfde functie vervullen. Om dit op juiste wijze gestalte te geven, dat wil zeggen, dat elk reactiecompartiment op dezelfde wijze mo 3 5 0 A .Since the number of tubular reaction compartments will usually be greater than two, while more than two reaction sections are often desired for carrying out cyclic chemical processes, according to the invention a number of reaction compartments will simultaneously perform the same function. To properly shape this, that is, each reaction compartment should be similarly 3 5 0 A.

5 aangestroomd wordt met gas, is het gewenst dat de toevoer en afvoer flensen voorzien zijn van geschikte verdeelkanalen voor het gas.5 is supplied with gas, it is desirable that the supply and discharge flanges are provided with suitable distribution channels for the gas.

In het geval elke cyclus een gelijke lengte 5 heeft, kan men aan de eerste zijde van de reactor een constructie maken, waarbij de toevoer in verbinding staat met de helft van de reactiecompartimenten, terwijl de afvoer in verbinding staat met de andere helft van de compartimenten, bijvoorbeeld zoals getoond in de figuur 10 aan de hand van flens 1. Daarbij wordt er van uitgegaan, dat de eindplaten de constructie hebben zoals eindplaat 2 in de figuur.In case each cycle has the same length 5, a construction can be made on the first side of the reactor, in which the inlet is connected to half of the reaction compartments, while the outlet is connected to the other half of the compartments , for example as shown in figure 10 with reference to flange 1. It is assumed here that the end plates have the construction such as end plate 2 in the figure.

Afhankelijk van de aard van de reactie kan de flens aan de tweede zijde van de reactor dezelfde 15 constructie hebben als de flens aan de eerste zijde van de reactor. In bedrijf krijgt men dan de situatie, dat in een groep reactiecompartimenten sorptie plaatsvindt, terwijl in de andere compartimenten desorptie of regeneratie plaatsvindt. Door de rotatie van de reactor 20 verplaatst zich steeds één compartiment van de sorptie naar regeneratie en omgekeerd. Hierdoor verkrijgt men een situatie waarin steeds een 'vers' compartiment toegevoegd wordt aan de eerste groep, terwijl ook steeds een te regenereren compartiment toegevoegd wordt aan de andere 25 groep. Dit proces kan men continu uitvoeren door de reactor continu te roteren, maar het is ook mogelijk dit stapsgewijs te doen, waarbij na verloop van tijd steeds over één compartiment gedraaid wordt, of zelfs zodanig, dat in één keer de reactiecompartimenten volledig 30 omgewisseld worden. In al deze situaties behoudt men het grote voordeel van de uitvinding, dat het niet nodig is de diverse gasstromen om te schakelen. De uitvinding berust juist op het principe, dat de aansluitingen van de gasstromen niet aangepast worden, maar dat door de 100^504.Depending on the nature of the reaction, the flange on the second side of the reactor may have the same construction as the flange on the first side of the reactor. In operation one then obtains the situation that in one group of reaction compartments sorption takes place, while in the other compartments desorption or regeneration takes place. Due to the rotation of the reactor 20, one compartment of the sorption always moves to regeneration and vice versa. This results in a situation in which a 'fresh' compartment is always added to the first group, while a compartment to be regenerated is also always added to the other group. This process can be carried out continuously by continuously rotating the reactor, but it is also possible to do this step by step, whereby over time one always rotates over one compartment, or even such that the reaction compartments are completely exchanged in one go. In all these situations, the great advantage of the invention is that it is not necessary to switch the various gas flows. The invention is based precisely on the principle that the connections of the gas flows are not adapted, but that by the 100 ^ 504.

6 rotatie van de reactor de gasstromen steeds naar verschillende reactiecompartimenten gestuurd worden.During rotation of the reactor, the gas flows are always sent to different reaction compartments.

In de bovenstaande beschrijving is uitgegaan van de situatie dat er slechts twee verschillende 5 bewerkingen zijn. Het is echter ook mogelijk, dat er meer mogelijkheden zijn. Gedacht kan daarbij worden aan het opsplitsen van de toevoer voor de eerste groep in twee stromen, bijvoorbeeld een eerste en een tweede stroom, waarbij deze bijvoorbeeld kunnen verschillen in mate van 10 reiniging. Ook is het mogelijk, dat de regeneratie plaats vindt met twee afzonderlijke gassen, bijvoorbeeld eerst een desorptie en dan een extra spoeling of stoombehandeling.The description above assumes the situation that there are only two different operations. However, it is also possible that there are more options. One can think of splitting the feed for the first group into two streams, for instance a first and a second stream, whereby these can differ, for example, in the degree of cleaning. It is also possible that the regeneration takes place with two separate gases, for example first a desorption and then an additional rinsing or steam treatment.

In een dergelijk situatie zal men een 15 afwijkende constructie van de flensen kiezen, bijvoorbeeld zoals getoond in flens 3 van de figuur.In such a situation, a different construction of the flanges will be chosen, for example as shown in flange 3 of the figure.

Vanuit het oogpunt van flexibiliteit heeft het de voorkeur de constructie van de eindplaten niet aan te passen en de buisvormige reactiecompartimenten eenvoudig .20 te laten eindigen met de eindplaten, zoals getoond voor eindplaat 2 in de figuur.From the viewpoint of flexibility, it is preferable not to modify the construction of the end plates and simply terminate the tubular reaction compartments with the end plates, as shown for end plate 2 in the figure.

Het is ook mogelijk tussen flens en eindplaat een aanvullende constructie aan te brengen, welke vervangen wordt als de indeling van de secties veranderd 25 moet worden. Het is dan niet nodig de gas toe-en/of afvoer te wijzigen, maar volstaan kan worden met het vervangen van genoemde constructie, veelal een schijf keramisch materiaal met de gewenste configuratie van gasverdeling. Een dergelijke constructie verschaft tevens 30 de mogelijkheid de reactor volgens de onderhavige uitvinding te gebruiken als 'multi-purpose' reactor.It is also possible to provide an additional construction between flange and end plate, which is replaced if the layout of the sections has to be changed. It is then not necessary to change the gas supply and / or discharge, but it is sufficient to replace said construction, usually a disc of ceramic material with the desired configuration of gas distribution. Such a construction also provides the possibility of using the reactor according to the present invention as a 'multi-purpose' reactor.

De reactor volgens de uitvinding wordt bij voorkeur geheel vervaardigd uit hetzelfde keramische, zelfsmerende materiaal, bijvoorbeeld alumina. Dit heeft 1003504.The reactor according to the invention is preferably manufactured entirely from the same ceramic self-lubricating material, for example alumina. This has 1003504.

7 het voordeel, dat bij extreme condities alle onderdelen dezelfde uitzetting vertonen, zodat er geen gevaar is voor het optreden van defecten in de afdichting.7 the advantage that in extreme conditions all parts have the same expansion, so that there is no risk of defects in the seal occurring.

Zeker voor gebruik bij hoge temperaturen is het 5 wenselijk een min of meer zelfsmerend, hittebestendig en vormvast materiaal toe te passen. In de meeste gevallen voldoen keramische materialen aan deze eisen. Opgemerkt wordt daarbij, dat het de voorkeur heeft voor de gehele reactor hetzelfde materiaal toe te passen, maar dat dit 10 geen absolute eis is, Het is ook mogelijk verschillende materialen te gebruiken voor eerst eindplaat, tussenflens tweede eindplaat en/of reactiecompartimenten. Ook is het mogelijk, dat een onderdeel voorzien is van een gedeelte dat van een ander materiaal vervaardigd is.Certainly for use at high temperatures it is desirable to use a somewhat self-lubricating, heat-resistant and dimensionally stable material. In most cases, ceramic materials meet these requirements. It is noted that it is preferred to use the same material for the entire reactor, but that this is not an absolute requirement. It is also possible to use different materials for first end plate, intermediate flange second end plate and / or reaction compartments. It is also possible that a part is provided with a part which is made of a different material.

15 De reactor volgens de uitvinding wordt toegepast voor het uitvoeren van cyclische processen. Voorbeelden daarvan zijn onder meer sorptie/regeneratie processen, selectieve oxidatie, bijvoorbeeld oxidatie van butaan tot MZA, etheen tot etheenoxide, of propeen tot 20 propeenoxide, alsmede methaan conversie en katalytisch kraken. Al deze processen hebben gemeen, dat er aparte secties zijn in het proces, waarin onder verschillende condities, of met verschillende gassen gewerkt wordt.The reactor according to the invention is used to perform cyclic processes. Examples thereof include sorption / regeneration processes, selective oxidation, for example oxidation of butane to MZA, ethylene to ethylene oxide, or propylene to propylene oxide, as well as methane conversion and catalytic cracking. All these processes have in common that there are separate sections in the process, in which work is done under different conditions, or with different gases.

Katalytische processen zijn in het algemeen 25 gebaseerd op een stelsel van elementaire stappen die door de katalysator gekatalyseerd worden. Tijdens het proces is er een complexe fluide fase aanwezig waarvan reactanten en produkten simultaan op het oppervlak aanwezig zijn. Voor een efficient proces moeten de 30 bezettingsgraden optimaal ingesteld worden. Hiertoe worden de condities optimaal gekozen zijnde temperatuur en drukken of concentraties. Dit soort processen kunnen ook uitgevoerd worden in meerdere compartimenten waarbij dan de condities in elk compartiment optimaal gekozen 1 0 0 3 5 0 4 .Catalytic processes are generally based on a system of elementary steps catalyzed by the catalyst. During the process, a complex fluid phase is present, of which reactants and products are simultaneously present on the surface. For an efficient process, the 30 utilization rates must be optimally set. For this, the conditions are optimally chosen, being temperature and pressures or concentrations. These types of processes can also be carried out in several compartments, whereby the conditions in each compartment are optimally chosen 1 0 0 3 5 0 4.

8 kunnen worden. Voorbeelden zijn FCC (riser reactor waarin de voeding wordt gekraakt) en een regenerator (waar de verbranding plaatsvindt), selectieve oxidatie van butaan naar maleinezuur anhydride waarbij in de ene reactor de 5 oxidatie van butaan plaatsvindt en in de tweede reactor de katalystor goxideerd wordt.8 can be. Examples are FCC (riser reactor in which the feed is cracked) and a regenerator (where combustion takes place), selective oxidation of butane to maleic anhydride in which the oxidation of butane takes place in one reactor and the catalyst is oxidized in the second reactor.

De zin van het werken met gescheiden reactoren kan als volgt begrepen worden. Bij een selectieve oxidatie is de uitdaging om volgreacties te voorkomen.The meaning of working with separate reactors can be understood as follows. With selective oxidation, the challenge is to prevent follow-up reactions.

10 Klassiek wordt een mengsel van lucht (of zuurstof) en butaan over het katalysator oppervlak geleid. Op dit oppervlak stellen zich dan afhankelijk van de condities oppervlakteconcentraties van reactanten, intermediairen en produkten in. Een belangrijk onderdeel van 15 procesontwikkeling is het vaststellen van de optimale condities waarbij alle stappen hun eigen optimale condities vragen. Wanneer we het kinetisch schema analyseren kunnen de stappen in twee sets verdeeld worden, de zuurstof overdracht naar het katalysator 20 oppervlak en de overdracht van zuurstof naar de koolwaterstoffen. Het is veel beter om deze twee sets reacties in gescheiden compartimenten uit te voeren waar dan condities geoptimaliseerd kunnen worden.Traditionally, a mixture of air (or oxygen) and butane is passed over the catalyst surface. Depending on the conditions, surface concentrations of reactants, intermediates and products are then set on this surface. An important part of process development is determining the optimal conditions, whereby all steps require their own optimal conditions. When we analyze the kinetic scheme, the steps can be divided into two sets, the oxygen transfer to the catalyst surface and the transfer of oxygen to the hydrocarbons. It is much better to perform these two sets of reactions in separate compartments where conditions can then be optimized.

Bij de continue, hoge temperatuur ontzwaveling 25 van kolengas (tot ca 1000°C) vindt in een eerste sectie sorptie plaats, bijvoorbeeld op een geschikt metaalaluminaat. Nadat in een reactiecompartiment het adsorbens H2S geadsorbeerd heeft, vindt regeneratie plaats, doordat het reactiecompartiment in verbinding 30 komen met een andere toevoer-/afvoerconfiguratie.In the continuous, high temperature desulphurisation of coal gas (up to about 1000 ° C) sorption takes place in a first section, for example on a suitable metal aluminate. After the adsorbent H2S has adsorbed H2S in a reaction compartment, regeneration takes place in that the reaction compartment comes into contact with another supply / discharge configuration.

Gelijktijdig komt een geregenereerd reactiecompartiment weer in verbinding met het kolengas, waaruit weer H2S geadsorbeerd kan worden.At the same time, a regenerated reaction compartment reconnects with the coal gas, from which H2S can be adsorbed again.

1003504.1003504.

99

Bij katalytische processen wordt een uitgewerkte katalysator op dezelfde wijze cyclisch geregenereerd.In catalytic processes, a spent catalyst is cyclically regenerated in the same manner.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de 5 uitvinding zijn de reactiecompartimenten gevuld met monoliet, waarop een actieve component aangebracht is.According to a preferred embodiment of the invention, the reaction compartments are filled with monolith on which an active component is applied.

Het grote voordeel van een dergelijk systeem is, dat bij grote gasstromen slechts een lage drukval optreedt, terwijl het systeem ook vrijwel ongevoelig is voor stof. 10 Dit kan met name van belang zijn bij de toepassing van de reactor voor het behandelen van gassen afkomstig van een kolenvergasser. Het is echter ook mogelijk het actieve materiaal aan te brengen in de vorm van een korrelvormig materiaal, bijvoorbeeld poeder, granulaat of extrusies.The great advantage of such a system is that with large gas flows only a low pressure drop occurs, while the system is also virtually insensitive to dust. This may be of particular importance in the use of the reactor for treating gases from a coal gasifier. However, it is also possible to apply the active material in the form of a granular material, for example powder, granulate or extrusions.

15 De actieve component, katalysator of sorbent, wordt bij voorkeur op het oppervlak van een dragermateriaal, zoals een monoliet, aangebracht. Het voordeel daarvan is onder meer dat de structuur en de regeneratie eigenschappen beter in te stellen zijn. Het 20 is echter ook mogelijk gebruik te maken van dragervrije systemen.The active component, catalyst or sorbent, is preferably applied to the surface of a support material, such as a monolith. The advantage of this is, among other things, that the structure and regeneration properties can be better adjusted. However, it is also possible to use carrier-free systems.

Er is veel onderzoek gedaan naar de toepassing sorbentia voor hoge temperatuur ontzwaveling van bijvoorbeeld kolengas. Bekende materialen zijn 25 bijvoorbeeld zinkferriet, zinkoxide en zinktitanaat. Ook andere sorbentia zijn geschikt voor toepassing in de reactor volgens de uitvinding.Much research has been done into the use of sorbents for high temperature desulfurization of, for example, coal gas. Known materials are, for example, zinc ferrite, zinc oxide and zinc titanate. Other sorbents are also suitable for use in the reactor according to the invention.

In de roterende reactor wordt bij voorkeur een nieuw ontwikkeld, op metaalverbindingen, meer in het 30 bijzonder op mangaanverbindingen gebaseerd sorbent gebruikt. Een kenmerk van dit sorbent is, dat het opgebouwd is uit een combinatie van een metaal aluminaat met op het oppervlak daarvan dispers verdeeld het overeenkomstige metaaloxide. Geschikte metalen daarvoor 1003504.In the rotary reactor, a newly developed metal compound, more particularly manganese based sorbent, is preferably used. A characteristic of this sorbent is that it is built up from a combination of a metal aluminate with a dispersion of the corresponding metal oxide on its surface. Suitable metals therefor 1003504.

10 zijn onder meer mangaan, koper, ijzer, cobalt en andere metalen waarvan bekend is dat deze geschikt zijn voor het sorberen van zwavel. De meeste voorkeur heeft mangaan en de bereiding en toepassing zal hierna besproken worden 5 aan de hand van mangaan hoewel dit zo verstaan moet worden, dat andere metalen vergelijkbaar kunnen zijn.10 include manganese, copper, iron, cobalt, and other metals known to be suitable for sorbing sulfur. Most preferred is manganese, and the preparation and use will be discussed below with reference to manganese, although it should be understood that other metals may be similar.

Het sorbent kan verkregen worden door droge of natte impregnatie van een γ-Α1203 drager met een mangaan oplossing, bijvoorbeeld een 1,5 M oplossing van 10 mangaanacetaat. Na impregnatie en verwijderen van de eventueel overtollige impregnatie vloeistof wordt het monster gedroogd, bijvoorbeeld in een magnetronoven. Daarna wordt het verder gedroogd in een conventionele oven op 363 K. Hierna wordt gecalcineerd bij een 15 temperatuur van bijvoorbeeld 673 tot 973 K. De drager kan bijvoorbeeld bestaan uit γ-Α1203 deeltjes, pure γ-Α1203 monolieten of cordieriet monolieten met een washcoat laagje van bijvoorbeeld 25 wt% γ-Α1203. De concentratie mangaan op het sorbent kan verhoogd worden door een 20 monster een aantal malen te impregneren en te calcineren. Mangaanacetaat wordt, in tegenstelling tot bijvoorbeeld mangaannitraat, zeer goed verspreid over het oppervlak van de γ-Αΐ203 drager. Dit komt door de goede interactie van het mangaanacetaat met externe -OH groepen die op het 25 alumina oppervlak aanwezig zijn. Na iedere impregnatie wordt een monster gecalcineerd in een lucht atmosfeer bij een temperatuur tussen 673-973 K. Er ontstaat dan afhankelijk van de calcinatietemperatuur (dispers) Mn02, Mn203 of Mn304 (of een mengsel) op het oppervlak van de 30 drager. Na inzwaveling ontstaat MnS op γ-Α1203 (zie vgl) . Thermodynamisch gezien heeft het de aanwezigheid γ-Α1203 grote voordelen. Terwijl bulk mangaanoxide pas boven 1273 K goed met S02 of stoom te regenereren is, is de 1 0 0 3 5 04 .The sorbent can be obtained by dry or wet impregnation of a γ-Α1203 support with a manganese solution, for example a 1.5 M solution of 10 manganese acetate. After impregnation and removal of any excess impregnation liquid, the sample is dried, for example in a microwave oven. It is then further dried in a conventional oven at 363 K. After this, it is calcined at a temperature of, for example, 673 to 973 K. The support may consist of, for example, γ-Α1203 particles, pure γ-Α1203 monoliths or cordierite monoliths with a washcoat layer. of, for example, 25 wt% γ-Α1203. The concentration of manganese on the sorbent can be increased by impregnating and calcining a sample a number of times. Unlike manganese nitrate, manganese acetate is very well distributed over the surface of the γ-Αΐ203 carrier. This is due to the good interaction of the manganese acetate with external -OH groups present on the alumina surface. After each impregnation, a sample is calcined in an air atmosphere at a temperature between 673-973 K. Depending on the calcination temperature (dispersion), MnO2, Mn203 or Mn304 (or a mixture) is formed on the surface of the support. After sulfurization, MnS is formed on γ-Α1203 (see cf.). From a thermodynamic point of view, the presence of γ-Α1203 has great advantages. While bulk manganese oxide can only be regenerated with S02 or steam above 1273 K, the 1 0 0 3 5 04.

11 regeneratie van MnS op γ-Al-O? al vanaf ongeveer 1023 K goed mogelijk. Dit komt omdat er bij deze regeneratie MnAl2C>4 wordt gevormd dat thermodynamisch stabieler is dan MnO. Voor regeneratie van de meeste sorbentia wordt 5 verdund zuurstof gebruikt (want regeneratie met zuurstof is zeer exotherm) onder de vorming van S02. S02 in een lage concentratie is een produkt met een lage marktwaarde. H2S is een veel aantrekkelijker produkt omdat dit eenvoudig in een Claus-plant omgezet kan worden 10 naar elementair zwavel. Uiteraard is de directe produktie van S tijdens de regeneratie de meest aantrekkelijke optie. Dit zou kunnen door regeneratie met S02. Voor de meeste sorbentia zorgt sulfaatvorming voor een deactivatie van het sorbent als geregenereerd wordt met 15 S02. Regeneratie met SO; van MnS op γ-Α1202 is echter boven 1023 K zeer goed mogelijk.11 regeneration of MnS on γ-Al-O? already possible from about 1023 K. This is because in this regeneration MnAl2C> 4 is formed which is more thermodynamically stable than MnO. For the regeneration of most sorbents, dilute oxygen is used (because regeneration with oxygen is very exothermic) to form SO2. Low concentration SO2 is a low market value product. H2S is a much more attractive product because it can easily be converted into elemental sulfur in a Claus plant. Of course, the direct production of S during regeneration is the most attractive option. This could be done by regeneration with SO2. For most sorbents, sulfate formation deactivates the sorbent when regenerated with SO2. Regeneration with SO; of MnS on γ-Α1202, however, is very well possible above 1023 K.

Bij de huidige gasreinigingstechnieken wordt het procesgas eerst afgekoeld (T<350 K). Na reiniging wordt het gas weer verwarmd (T > 773K) alvorens het in '20 een gasturbine wordt verbrand. Geschat wordt dat hoge temperatuur gasreiniging een rendementsverbetering geeft van typisch 2-4% (absoluut) en een investeringsbesparing van' ongeveer 6 % .With current gas cleaning techniques, the process gas is first cooled (T <350 K). After cleaning, the gas is heated again (T> 773K) before it is burnt in a gas turbine in '20. It is estimated that high temperature gas cleaning provides an efficiency improvement of typically 2-4% (absolute) and an investment saving of about 6%.

Door toepassing van het mangaansorbent bij hoge 25 temperatuur (T > 873K) treedt oppervlakteafname op. Deze oppervlakteafname heeft echter weinig gevolgen voor de capaciteit van het materiaal (voor het grootste deel bulk mangaanaluminaat) bij een temperatuur van meer dan ca 1023 K omdat de diffusie in de vaste stof bij deze 30 temperatuur voldoende snel is.Surface decrease occurs by using the manganese sorbent at a high temperature (T> 873K). However, this decrease in surface area has little effect on the capacity of the material (mostly bulk manganese aluminate) at a temperature above about 1023 K because the diffusion in the solid at this temperature is sufficiently fast.

De relatief eenvoudige regeneratie met stoom van bulk mangaanaluminaat betekent dat mangaanaluminaat relatief gevoelig is voor water in het kolengas. Kolengas van een vergassingsproces met droge voeding, zoals het 1003504.The relatively simple steam regeneration of bulk manganese aluminate means that manganese aluminate is relatively sensitive to water in the coal gas. Coal gas from a dry feed gasification process, such as 1003504.

1212

Shell vergassingsproces, bevat typisch 0,4-2% water. Het bulk mangaanaluminaat zal daardoor niet voldoende het H2S uit het procesgas kunnen verwijderen. Een oplossing voor de water gevoeligheid zou kunnen zijn het gebruik van een 5 sorbentmateriaal met een hoge reactie evenwichtsconstante zoals bijvoorbeeld MnO. Dit heeft echter het al eerder genoemde probleem dat het bulk materiaal van MnO slecht regenereerbaar is en dat regeneratie zeer veel regeneratiegas kost. Alleen dispers MnO is met een hoge 10 snelheid regenereerbaar bij een temperatuur van 1123K.Shell gasification process, typically contains 0.4-2% water. The bulk manganese aluminate will therefore not be able to sufficiently remove the H2S from the process gas. A solution to the water sensitivity could be to use a sorbent material with a high reaction equilibrium constant such as, for example, MnO. However, this has the aforementioned problem that the bulk material of MnO is poorly regenerable and that regeneration costs a great deal of regeneration gas. Only dispersion MnO can be regenerated at a high speed at a temperature of 1123K.

Bij gebruik van MnO is het dus belangrijk dat dit materiaal zich aan of vlak bij het oppervlak bevindt.When using MnO it is therefore important that this material is on or close to the surface.

Het nieuwe sorbent materiaal dat ontwikkeld is in het kader van de onderhavige uitvinding, en dat zeer 15 geschikt is voor toepassing in de reactor volgens de uitvinding, bevat behalve bulk mangaanaluminaat ook MnO dat dispers (het metaaloxide heeft een gemiddelde deeltjesgrootte van maximaal 100 nm, meer in het bijzonder maximaal 5 nm) aan het oppervlak aanwezig is.The new sorbent material developed in the context of the present invention, which is very suitable for use in the reactor according to the invention, contains besides bulk manganese aluminate also MnO which disperses (the metal oxide has an average particle size of maximum 100 nm, more in particular maximum 5 nm) is present on the surface.

20 De hoeveelheid MnO op het oppervlak wordt kan worden afgestemd op de hoeveelheid H2S die wordt doorgelaten door het bulkmangaanaluminaat. De hoeveelheid die wordt doorgelaten is weer afhankelijk van de hoeveelheid water in de voeding (zie reactieschema figuur 10). Het is van 25 belang dat niet meer MnO aanwezig is dan noodzakelijk, omdat regeneratie van MnO aan het oppervlak weliswaar goed verloopt maar thermodynamisch gezien niet erg gunstig is en veel regeneratiegas kost.The amount of MnO on the surface can be adjusted according to the amount of H2S passed through the bulk manganese aluminate. The amount that is let through again depends on the amount of water in the food (see reaction scheme figure 10). It is important that no more MnO is present than necessary, because regeneration of MnO on the surface proceeds well, but is not very favorable from a thermodynamic point of view and costs a lot of regeneration gas.

Dit "duo" sorbent materiaal wordt verkregen 30 door herhaalde impregnatie met een mangaanacetaat oplossing van het dragermateriaal en calcinatie. (Bulk) mangaanaluminaat bevat maximaal 32 gew.% mangaan. Wordt meer mangaan cp de drager aangebracht dan deze 32 gew.% dan vormen zich na inzwavelen en regeneratie twee fasen, 1003504.This "duo" sorbent material is obtained by repeated impregnation with a manganese acetate solution of the support material and calcination. (Bulk) manganese aluminate contains a maximum of 32% by weight of manganese. If more manganese is applied to the carrier than this 32% by weight, after sulfurization and regeneration two phases, 1003504, are formed.

13 namelijk (bulk) mangaanaluminaat en een disperse mangaanoxide fase die zich (voornamelijk) aan het oppervlak bevindt.13 namely (bulk) manganese aluminate and a disperse manganese oxide phase which is (mainly) on the surface.

Bij het ontwikkelde sorbent zorgt (bulk) 5 mangaan aluminaat voor een hoge capaciteit en een relatief eenvoudige regeneratie. Dispers mangaanoxide zorgt voor de verwijdering van H2S tot lage concentraties. De hoeveelheid mangaanoxide kan, zoals reeds aangegeven binnen ruime grenzen variëren. In het 10 algemeen zal van de hoeveelheid mangaan ca 1 tot 25 % aanwezig zijn in de vorm van mangaanoxide, terwijl de rest als mangaanaluminaat aanwezig is.In the developed sorbent, (bulk) 5 manganese aluminate ensures a high capacity and relatively simple regeneration. Dispersant manganese oxide removes H2S to low concentrations. The amount of manganese oxide can, as already indicated, vary within wide limits. Generally, from the amount of manganese, about 1 to 25% will be present in the form of manganese oxide, the remainder being present as manganese aluminate.

Dit sorbent materiaal is aangebracht op een gewashcoated cordieriet monoliet en is getest gedurende 15 110 cycli (Zie figuur 9). Na een initiële deactivatie van < 10% tijdens de eerste 10 cycli blijft de performance van het materiaal stabiel gedurende deze 110 cycli.This sorbent material is applied to a wash-coated cordierite monolith and has been tested for 15 110 cycles (see figure 9). After an initial deactivation of <10% during the first 10 cycles, the performance of the material remains stable during these 110 cycles.

De mechanische sterkte van het sorbent was na deze 110 cycli onveranderd. Een duurtest met gesimuleerd Shell 20 kolengas gaf een vergelijkbaar resultaat.The mechanical strength of the sorbent was unchanged after these 110 cycles. An endurance test with simulated Shell 20 coal gas gave a similar result.

De uitvinding wordt thans toegelicht aan de hand van de figuur, waarin figuur 1 en IA het basisprincipe van de roterende reactor tonen, 25 figuur 2 de onderdelen van de roterende reactor toont, figuur 3 de roterende reactor in de oven van de benchscale opstelling weergeeft, figuur 4 een voorbeeld geeft van het sorbent materiaal aangebracht op een corderiet monoliet met 25 wt% y-A1203 30 washcoatlaag, figuur 5 een typische inzwavelings en regeneratie curve toont (inzwaveling: [H2S] = 3.5 %, [H2] = 50 % , balance argon; regeneratie: [H20] 15 %, balans argon, 1 00 3 5 0 4 .The invention will now be elucidated with reference to the figure, in which figures 1 and 1A show the basic principle of the rotary reactor, figure 2 shows the components of the rotary reactor, figure 3 shows the rotary reactor in the oven of the bench scale arrangement, Figure 4 gives an example of the sorbent material applied to a corderite monolith with 25 wt% y-A1203 30 washcoat layer, Figure 5 shows a typical sulfurization and regeneration curve (sulfurization: [H2S] = 3.5%, [H2] = 50%, balance argon, regeneration: [H 2 O] 15%, balance argon, 1 00 3 5 0 4.

14 figuren 6A en 6B voorbeelden geven van de H2S concentratie gedurende inzwaveling en regeneratie van de roterende monoliet reactor, figuur 7 het effect van het verhogen van het aantal 5 reactorcompartimenten naar 25 in de regeneratiesectie op de H2S uitgangsconcentratie tijdens de regeneratie toont, figuur 8 de inzwavelingscapaciteit als functie van de temperatuur geeft, figuur 9 de deactivatie van het sorbent gedurende 110 10 cycli toont, en14 Figures 6A and 6B give examples of the H2S concentration during sulfurization and regeneration of the rotary monolith reactor, Figure 7 shows the effect of increasing the number of 5 reactor compartments to 25 in the regeneration section on the H2S output concentration during the regeneration, Figure 8 shows the gives sulfurization capacity as a function of temperature, Figure 9 shows the deactivation of the sorbent for 110 10 cycles, and

Figuur 10 een reactieschema geeft.Figure 10 gives a reaction scheme.

In figuur 1 wordt het basisprincipe van de eenvoudigste reactoruitvoering gegeven. Het 15 reactorcompartiment wordt met A aangeduid, terwijl de eindplaten met B aangegeven zijn. A+B vormen tesamen het roterende deel van de reactor. De flenzen D zijn tegen de eindplaten aangeklemd door middel van een niet getekend druksysteem, bijvoorbeeld een veersysteem.Figure 1 shows the basic principle of the simplest reactor design. The reactor compartment is indicated by A, while the end plates are indicated by B. A + B together form the rotating part of the reactor. The flanges D are clamped against the end plates by means of a pressure system, not shown, for example a spring system.

20 In figuur 2 wordt een roterende reactor getoond, welke gebaseerd is op het principe zoals aangegeven in figuur-1. In de reactor (zie fig. 2+3) bevinden zich nu echter drie flenzen/platen aan beide zijden van de reactorcompartimenten (reactoreindplaat 25 (a), reactortussenflens (b), reactoreindflens (c)), terwijl in figuur 1 aan beide zijden slechts twee flenzen/platen weergegeven zijn. Ook het aantal reactorcompartimenten (buizen) en de indeling van de secties in de reactortussenflenzen verschilt van figuur 30 1.In figure 2 a rotary reactor is shown, which is based on the principle as indicated in figure-1. However, in the reactor (see fig. 2 + 3) there are now three flanges / plates on either side of the reactor compartments (reactor end plate 25 (a), reactor intermediate flange (b), reactor end flange (c)), while in figure 1 on both sides only two flanges / plates are shown. The number of reactor compartments (tubes) and the arrangement of the sections in the reactor intermediate flanges also differs from Figure 30 1.

In figuur 2 zijn de verschillende onderdelen van de roterende reactor te zien. Alle onderdelen zijn gemaakt van alumina met uitzondering van de aandrijfplug. De reactorrotor bestaat uit zestien in hoofdzaak 1003504.Figure 2 shows the different parts of the rotating reactor. All parts are made of alumina with the exception of the drive plug. The reactor rotor consists of sixteen mainly 1003504.

15 evenwijdig aan elkaar opgestelde buizen (reactorcompartimenten) met een inwendige diameter van 1 cm, een wanddikte van 3 mm en een lengte van 30 cm. Deze reactorcompartimenten eindigen aan beide zijden in een 5 reactoreindplaat met een dikte van 1,5 cm en een diameter van 15 cm. Reactorcompartimenten met reactoreindplaten samen vormen het roterende gedeelte van de reactor (de reactorrotor). Tegen de reactoreindplaaten is aan beide zijden een vlakke plaat met een dikte van 1.5 cm en een 10 diameter van 15 cm aangebracht (reactortussenflens). In het getoonde voorbeeld bevinden zich in deze de reactortussenflens vier secties voor toe- en afvoer van gassen. Twee grote secties (vallend over 6 reactorcompartimentuiteinden) die ieder zorgen voor de 15 toe- of afvoer van procesgassen (b.v. regeneratiegas, kolengas, gereinigd kolengas en "gebruikt" regeneratiegas) en twee kleine (vallend over twee reactorcompartiment uiteinden) secties die zorgen voor de toe- en de afvoer van spoelgas.15 tubes arranged parallel to each other (reactor compartments) with an internal diameter of 1 cm, a wall thickness of 3 mm and a length of 30 cm. These reactor compartments terminate on both sides in a reactor end plate with a thickness of 1.5 cm and a diameter of 15 cm. Reactor compartments with reactor end plates together form the rotating part of the reactor (the reactor rotor). A flat plate with a thickness of 1.5 cm and a diameter of 15 cm is arranged on both sides against the reactor end plates (reactor intermediate flange). In the example shown, this reactor intermediate flange contains four sections for the supply and discharge of gases. Two large sections (falling over 6 reactor compartment ends) that each provide the supply or discharge of process gases (eg regeneration gas, coal gas, cleaned coal gas and "used" regeneration gas) and two small sections (falling over two reactor compartment ends) that provide the supply and discharge of purge gas.

20 Tegen beide reactoreindplaten is een dergelijke tussenflens aangebracht met, in de getoonde configuratie, dezelfde verdeling van secties. De secties van beide reactortussenflenzen bevinden zich precies tegenover elkaar. Een spoelsectie tegenover een spoelsectie en etc. 25 De reactortussenflenzen zijn eenvoudig te verwisselen door een reactortussenflens met een andere verdeling van de secties. Als bijvoorbeeld de inzwaveling langer duurt dan de regeneratie dan kan de sectie voor de in- en uitvoer van kolengas groter zijn dan de sectie voor de 30 regeneratie. Bijvoorbeeld 8 reactorcompartimenten in een sectie voor de inzwaveling en 4 voor de regeneratie.Such an intermediate flange is arranged against both reactor end plates with, in the configuration shown, the same division of sections. The sections of both reactor intermediate flanges are exactly opposite each other. A coil section opposite a coil section and etc. The reactor intermediate flanges are easily exchangeable by a reactor intermediate flange with a different distribution of the sections. For example, if the sulfurization takes longer than the regeneration, then the coal gas input and output section may be larger than the regeneration section. For example, 8 reactor compartments in a section for sulfurization and 4 for regeneration.

In iedere sectie van de reactortussenflens zit een rond gat met een diameter van 8 mm welke uitkomt in eenzelfde gat in een reactoreindflens. Op deze eindflens 1003504.In each section of the reactor intermediate flange there is a round hole with a diameter of 8 mm which ends in the same hole in a reactor end flange. On this end flange 1003504.

16 zijn in het verlengde van deze vier ronde gaten vier keramische pijpen aangebracht voor de toe- en afvoer van de verschillende gassen.16 four ceramic pipes are arranged in line with these four round holes for the supply and discharge of the various gases.

In de reactoreindflens en de tussenflens is een 5 rond gat aanwezig waar de aandrijfas doorheen loopt. De aandrijfas loopt verder door een centrale buis welke op de eindflens is gemonteerd. Om onnodige spanningen te in de reactor te vermijden is bij het aandrijfpunt aan de reactor en vlak bij de aandrijfmotor een flexibele cardan 10 koppeling aanwezig.In the reactor end flange and the intermediate flange there is a round hole through which the drive shaft runs. The drive shaft continues through a central tube which is mounted on the end flange. In order to avoid unnecessary stresses in the reactor, a flexible universal joint is provided at the drive point on the reactor and close to the drive motor.

In de reactoreindplaat waar de aandrijvingsas aangrijpt is een cylinder met een rechthoekig gat van het zeer taaie en sterke siliciumnitride aangebracht om extra spanningen tijdens het aandrijven van de reactor op te 15 kunnen vangen. Om de reactorrotor meer stijfheid te geven is ook van de eerste reactoreindplaat naar de tweede reactoreindplaat een buis aangebracht met een diameter van 4 cm en een wanddikte van 0.9 cm. Aan de bovenzijde van de reactor steekt de siliciumnitride plug iets uit om 20 de tussenflens te centreren opzichte van de eindplaat. De eindplaat aan de onderzijde van de rotor heeft ook een uitstekend keramisch cylindertje om de reactor te centreren ten opzichte van de tussenflens De tussenflens is gefixeerd aan de eindflens met twee pinnen. Aan de 25 onderzijde zijn dit twee keramische breekpennen. Aan de bovenzijde zijn dit metalen pennen. Deze metalen pennen zijn dusdanig gemonteerd dat er geen problemen kunnen ontstaan door verschil in uitzettingescoefficient van het keramiek en deze metalen pinnen. De aandrijfmotor is bij 30 voorkeur een stappenmotor. De overbrenging naar de reactor geschied via een vertrager en een koppelbegrenzer. Deze koppelbegrenzer is een beveiliging tegen het mogelijke beschadigen van de reactor bij vastlopen van de reactor. De stappenmotor is volledig 100 35 0 A .In the reactor end plate where the drive shaft engages, a cylinder with a rectangular hole of the very tough and strong silicon nitride is arranged to absorb additional stresses during the driving of the reactor. To give the reactor rotor more rigidity, a tube with a diameter of 4 cm and a wall thickness of 0.9 cm has also been fitted from the first reactor end plate to the second reactor end plate. At the top of the reactor, the silicon nitride plug protrudes slightly to center the intermediate flange relative to the end plate. The end plate at the bottom of the rotor also has a protruding ceramic cylinder to center the reactor relative to the intermediate flange. The intermediate flange is fixed to the two-pin end flange. At the bottom, these are two ceramic shear pins. These are metal pins on the top. These metal pins are mounted in such a way that no problems can arise due to the difference in expansion coefficient of the ceramic and these metal pins. The drive motor is preferably a stepper motor. The transfer to the reactor takes place via a retarder and a torque limiter. This torque limiter is a protection against possible damage to the reactor if the reactor gets stuck. The stepper motor is fully 100 35 0 A.

17 regelbaar in vermogen en draaisnelheid. De reactor zal in het ene geval stapsgewijs worden rondgedraaid waarbij steeds precies een reactiecompartiment in een sectie en een uit een sectie draait (stapgrootte 27i/aantal 5 reactorbuizen) en in het andere geval continu. Het stapsgewijs opereren kan als voordeel hebben dat de duur en grootte van de variatie in de gassnelheid en de drukverhoging, welke kan optreden als een reactorbuis tijdelijk is afgesloten, minimaal is. Hoe groter het 10 aantal reactorcompartimenten per sectie is, hoe kleiner de variatie in de gasstroom en druk zal zijn tijdens het ronddraaien van de reactor. Een sectie dient altijd tenminste twee reactorcompartimenten te bevatten om tijdelijke blokkage van de gasstroom, en dus sterke 15 drukverhoging, tijdens het ronddraaien van de reactorrotor te voorkomen.17 adjustable in power and rotation speed. In one case the reactor will be rotated step by step, with exactly one reaction compartment rotating in one section and one out of one section (step size 27i / number of reactor tubes) and in the other case continuously. Stepwise operation can have the advantage that the duration and magnitude of the variation in the gas velocity and the pressure increase, which can occur when a reactor tube is temporarily closed, is minimal. The larger the number of reactor compartments per section, the smaller the variation in the gas flow and pressure will be during the rotation of the reactor. A section should always contain at least two reactor compartments to prevent temporary blocking of the gas flow, and thus a strong pressure increase, during the rotation of the reactor rotor.

Om te voorkomen dat bij het opwarmen van de reactor door eventuele vervormingen gaslekkages tijdens het roteren van de reactor zouden kunnen ontstaan , is .20 het rotorgedeelte en de flenzen tot twee maal toe verhit tot 1273K en zijn de flenzen op elkaar gelapt zodat een perfecte gasdichte "pas" tussen de flenzen werd verkregen.In order to prevent gas leaks during heating of the reactor during heating of the reactor, as a result of possible deformations, .20 the rotor part and the flanges have been heated twice to 1273K and the flanges have been patched together so that a perfect gastight "pass" between the flanges was obtained.

Op de eindflens aan de bovenzijde van de 25 reactor is een veer aangebracht waarmee de druk op de flenzen ingesteld kan worden. Bij verhoging van de gasdruk in het systeem zal de druk op de flenzen worden verhoogd om gaslekkage te voorkomen.A spring is provided on the end flange at the top of the reactor with which the pressure on the flanges can be adjusted. Increasing the gas pressure in the system will increase the pressure on the flanges to prevent gas leakage.

De uitvinding wordt toegelicht aan de hand van 30 het navolgende, niet beperkende voorbeeld.The invention is illustrated by the following non-limiting example.

1 0 0 3 5 0 A .1 0 0 3 5 0 A.

1818

VOORBEELDEXAMPLE

Een reactor, zoals beschreven in figuur 2, bestaande uit zestien reactorcompartimenten wordt 5 toegepast. De buizen worden geheel of gedeeltelijk gevuld met sorbent materiaal. Als met hoge gassnelheden (> 2 m/s) wordt gewerkt heeft het grote voordelen om een structureerde drager, zoals een monoliet, te gebruiken. Bovendien is een monoliet relatief ongevoelig voor stof. 10 Deze monoliet bestaat geheel of gedeeltelijk uit een op mangaan gebaseerd sorbent materiaal. Uiteraard zal bij toepassing van de reactor voor een andere toepassing dan hoge temperatuur ontzwaveling een ander aktief materiaal op de monoliet of deeltjes worden aangebracht. In de 15 reactortussenflenzen bevinden zich vier secties, waardoor gas wordt aan of afgevoerd. In de getoonde (zie figuur 2) configuratie voeren de twee kleine secties spoelgas af en aan (spoelgas is bijvoorbeeld stikstof of argon). De twee grote secties dienen voor de aanvoer van 20 respectievelijk "inzwavelingsgas" en "regeneratiegas" en voor de afvoer van gereinigd inzwavelingsgas en het regeneratieafgas. Een typische samenstelling van het inzwavelingsgas is: H2S 0,2-3 %, H20 0-4 %, CO 0-50 %, H2 20-50%, C02 0-2%. Stikstof wordt gebruikt als balansgas. 25 Regeneratie gas: H20 20-70% stoom bij regeneratie met S02, 10 tot 100% S02. Stikstof wordt gebruikt als balansgas.A reactor, as described in figure 2, consisting of sixteen reactor compartments is used. The tubes are filled in whole or in part with sorbent material. When working with high gas velocities (> 2 m / s) it has great advantages to use a structured support, such as a monolith. In addition, a monolith is relatively insensitive to dust. 10 This monolith consists wholly or partly of a manganese-based sorbent material. Of course, when the reactor is used for a purpose other than high-temperature desulfurization, another active material will be applied to the monolith or particles. There are four sections in the 15 reactor intermediate flanges, through which gas is supplied or discharged. In the shown (see Figure 2) configuration, the two small sections discharge purge gas on and off (purge gas is, for example, nitrogen or argon). The two main sections serve to supply "sulfurizing gas" and "regeneration gas" and to discharge purified sulfurizing gas and the regeneration offgas, respectively. A typical sulfurization gas composition is: H2S 0.2-3%, H20 0-4%, CO 0-50%, H2 20-50%, CO2 0-2%. Nitrogen is used as a balance gas. Gas regeneration: H20 20-70% steam upon regeneration with SO2, 10 to 100% SO2. Nitrogen is used as a balance gas.

Voor een optimale regeneratie is de richting van het regeneratiegas tegenovergesteld aan de richting 30 van het inzwavelingsgas. Bij een industriële toepassing van de reactor zou waarschijnlijk alleen gebruik gemaakt worden van een spoelgas dat de reactorcompartimenten na regeneratie spoelt. Dit spoelgas zou bij het 1003504.For optimal regeneration, the direction of the regeneration gas is opposite to the direction of the sulfurization gas. In an industrial application of the reactor, use would probably only be made of a purge gas which will purge the reactor compartments after regeneration. This purge gas would be at 1003504.

19 regeneratieafgas gevoegd kunnen worden voor verdere verwerking.19 regeneration off-gas can be added for further processing.

Belangrijke instellingen en gegevens voor de juiste operatie van de reactor zijn: 5 - de concentratie van H2S en of COS, H20, H2 en CO in het inzwavelingsgas, de hoeveelheid en vorm van het sorbentmateriaal dat aanwezig is in reactor compartimenten de gewenste mate van ontzwaveling (b.v. < 100 ppm H.S 10 en COS) de bedrijfstemperatuur van de reactor de grootte van de gasstroom die ontzwaveld moet worden 15 Afhankelijk van bovenstaande instellingen en procesgegevens wordt een bepaalde rotatiesnelheid van de reactor gekozen. Uiteraard kan de rotatiesnelheid instantaan worden aangepast indien veranderende procescondities dat vereisen. De samenstelling van het 20 inzwavelingsgas ligt onder praktijkomstandigheden (min of meer) vast. De flow en de concentratie van het regeneratie gas kan echter naar behoefte worden aangepast. Richtsnoer daarbij is dat het sorbent materiaal volledig geregenereerd moet zijn voordat het 25 sorbent materiaal de regeneratiesectie verlaat. Een hogere concentratie en een hogere flow van het regeneratiegas zal over het algemeen leiden tot een snellere regeneratie. In de praktijk zal door deze mogelijkheid een regeneratiesectie meestal kleiner zijn 30 dan de inzwavelings sectie.Important settings and data for the correct operation of the reactor are: 5 - the concentration of H2S and or COS, H20, H2 and CO in the sulfurization gas, the amount and shape of the sorbent material present in reactor compartments, the desired degree of desulfurization (eg <100 ppm HS 10 and COS) the operating temperature of the reactor the size of the gas flow to be desulfurized. Depending on the above settings and process data, a certain rotation speed of the reactor is chosen. Of course, the rotation speed can be adjusted instantly if changing process conditions require it. The composition of the sulfurizing gas is (more or less) fixed under practical conditions. However, the flow and concentration of the regeneration gas can be adjusted as needed. The guideline here is that the sorbent material must be fully regenerated before the sorbent material leaves the regeneration section. A higher concentration and a higher flow of regeneration gas will generally lead to faster regeneration. In practice, due to this possibility, a regeneration section will usually be smaller than the sulfurization section.

In figuur 5 is een typische inzwavelings en regeneratie curve van een fixed bed reactor weergegeven. In dit figuur is eerst de concentratie van H2S in het inzwavelingsgas weergegeven (1). Daarna wordt het H2SFigure 5 shows a typical sulfurization and regeneration curve of a fixed bed reactor. This figure first shows the concentration of H2S in the sulfurization gas (1). Then it becomes H2S

1 o o ? o 4.1 o o? o 4.

20 bevattende gas over de reactor wordt geschakeld. Er vindt eerst volledige opname van het H2S plaats (2). Na enige tijd breekt het sorbent bed door. Op het doorbraakpunt (aangegeven met de stippellijn) wordt normaal gesproken 5 de inzwaveling gestopt. Bij dit experiment is ingezwaveld totdat de voedingsconcentratie aan H2S weer is bereikt (3) .20 containing gas is switched over the reactor. Complete absorption of the H2S takes place first (2). After some time, the sorbent bed breaks through. At the breakthrough point (indicated by the dotted line), sulfurization is normally stopped. Sulfurization was performed in this experiment until the nutrient concentration of H2S was reached again (3).

Hierna wordt de reactor kortstondig gespoeld. Daarna wordt regeneratiegas (15% stoom in argon) over de 10 reactor geleid. Er volgt een hoge produktie piek van H:S welke snel afneemt. Na enige tijd wordt geen H2S meer waargenomen en is het monster geregenereerd.The reactor is then rinsed briefly. Then regeneration gas (15% steam in argon) is passed over the reactor. A high production peak of H: S follows, which decreases rapidly. After some time, H2S is no longer observed and the sample is regenerated.

In de roterende reactor zal de inzwaveling beëindigd worden voordat een doorbraak plaatsvindt. Het 15 exacte tijdstip waarop inzwaveling moet worden afgebroken (= het tijdstip waarop het reactorcompartiment zich in een andere sectie moet bevinden) hangt mede af van de gewenste ontzwavelingsgraad. De H2S concentratie die uiteindelijk in het gereinigde gas aanwezig is de 20 gemiddelde H2S concentratie uit de reactorcompartimenten in de inzwavelingssectie (6 stuks in dit voorbeeld). De H2S concentratie van het gas dat een individueel reactorcompartiment verlaat mag hoger zijn dan maximaal toelaatbare H2S concentratie in het gereinigde gas.In the rotary reactor, sulfurization will be terminated before a breakthrough occurs. The exact time at which sulfurization must be aborted (= the time at which the reactor compartment must be in another section) depends partly on the degree of desulfurization desired. The H2S concentration ultimately present in the purified gas is the average H2S concentration from the reactor compartments in the sulfurization section (6 in this example). The H2S concentration of the gas leaving an individual reactor compartment may be higher than the maximum permissible H2S concentration in the cleaned gas.

25 Voorwaarde is wel dat de gemiddelde H2S concentratie van de 6 reactorcompartimenten de maximale waarde niet overstijgt. In vergelijking met een fixed bed reactor kan een sorbent dus wat langer worden gebruikt door compensatie van een "te hoge H2S concentratie" met een 30 lagere H2S concentratie dat uit de andere reactorcompartimenten. In figuur 6A en 6B zijn het concentratie verlopen weergegeven tijdens een inzwaveling en regeneratie. Te zien is dat de uitgangsconcentratie van H2S in het gereinigde kolengas nagenoeg stabiel is.25 A condition is that the average H2S concentration of the 6 reactor compartments does not exceed the maximum value. Thus, compared to a fixed bed reactor, a sorbent can be used a little longer by offsetting a "too high H2S concentration" with a lower H2S concentration that from the other reactor compartments. Figures 6A and 6B show the concentration gradients during sulfurization and regeneration. It can be seen that the starting concentration of H2S in the purified coal gas is virtually stable.

1 0 0 ? 5 0 4 .1 0 0? 5 0 4.

2121

De uitgangs concentratie van H;S tijdens regeneratie vertoont een periodiek karakter. Vergeleken met het fixed bed proces is de fluctuatie in de H2S concentratie al veel minder (factor 6). Hoe meer reactorcompartimenten 5 een regeneratiesectie bevat hoe constanter de H2SThe initial concentration of H; S during regeneration has a periodic character. Compared to the fixed bed process, the fluctuation in the H2S concentration is much less (factor 6). The more reactor compartments 5 a regeneration section contains, the more constant the H2S

concentratie die de regeneratie sectie verlaat. In figuur 7, waar regeneratie met een regeneratiesectie met 25 reactorcompartimenten, is gesimuleert komt dat duidelijk naar voren. De H2S uitgangsconcentratie is daarbij 10 nagenoeg constant.concentration leaving the regeneration section. This is clearly shown in figure 7, where regeneration with a regeneration section with 25 reactor compartments is simulated. The H2S starting concentration is virtually constant.

De getoonde bench-scale reactor kan bij een gassnelheid van 10 m/s in de monoliet kanalen, een totaaldruk van 3 bar en een temperatuur van 1123 K, 2.5 1/s (NPT) gas ontzwavelen. Bij een H;S concentratie van 1 15 % , een mangaanbelading van 20 wt%, en een 90% effectief gebruik van de adsorptiecapaciteit kan een compartiment gedurende 268 seconden in de inzwavelingssectie verblijven. De rotatiesnelheid van de reactor moet in hierbij tenminste 1 rotatie in de 12 minuten zijn 20 (16/6*268= 715 sec = 12 minuten).The shown bench-scale reactor can desulphurise at a gas velocity of 10 m / s in the monolith channels, a total pressure of 3 bar and a temperature of 1123 K, 2.5 l / s (NPT) gas. At an H; S concentration of 1 15%, a manganese loading of 20 wt%, and a 90% effective use of the adsorption capacity, a compartment can remain in the sulfurization section for 268 seconds. The rotational speed of the reactor must be at least 1 rotation in the 12 minutes (16/6 * 268 = 715 sec = 12 minutes).

Deze in omvang kleine reactor heeft dus de mogelijkheid om ongeveer 200 m3 gas per etmaal te ontzwavelen, uitgaande van de diameter van de reactorbuizen.This reactor, which is small in size, therefore has the option of desulphurizing approximately 200 m3 of gas per day, based on the diameter of the reactor tubes.

25 Een rotatiesnelheid van een rotatie per twee minuten is een zeer reële maximale rotatie snelheid. Dit betekent bijvoorbeeld: dat met veel minder sorbent kan worden volstaan, of dat relatief veel water in de voeding aanwezig mag zijn, of dat ook gas met een veel hogere 30 (tot 6 maal) H2S concentratie nog effectief ontzwaveld kan worden.A rotation speed of one rotation every two minutes is a very real maximum rotation speed. This means, for example: that much less sorbent will suffice, or that relatively much water may be present in the feed, or that gas with a much higher 30 (up to 6 times) H2S concentration can still be desulphurised effectively.

Vergelijken we een typisch fixed bed systeem voor ontzwaveling waar twee reactoren beurtelings worden ingezwaveld en geregenereerd en de schakeltijd 2 tot 4 1 0 0 7 5 0 4.We compare a typical fixed bed desulfurization system where two reactors are alternately sulfurized and regenerated and the switching time is 2 to 4 1 0 0 7 5 0 4.

22 uur is dan kan de roterende reactor met 60 a 120 maal minder sorbent materiaal toe. Het verschil benodigd reactor volume tussen de fixed bed reactor en de roterende reactor zal van dezelfde orde grootte zijn.The rotating reactor can be run with 60 to 120 times less sorbent material after 22 hours. The difference in reactor volume required between the fixed bed reactor and the rotary reactor will be of the same order of magnitude.

1003504.1003504.

Claims

1. Rotary reactor consisting of a number of tubular reaction compartments arranged substantially parallel to each other, each having a first end and a second end, a ceramic first reactor end plate, in which said first ends are included and a second end plate, in which said second ends are included which end plates are also provided with means for supplying and / or discharging gases, and wherein a first ceramic flange is arranged against the first end plate of the same material as said first end plate, which flange is provided with openings for supply and discharge of gases, which openings correspond at least in part to openings in said first end plate 15 and wherein the assembly of flange and said first end plate are rotatable and pressed together.

Reactor according to claim 1, wherein the second end plate is made of ceramic material and a second flange of the same material as the second end plate is arranged against the second end plate.

Reactor according to claim 2, wherein the second flange is provided with means for discharging and supplying gases from the reaction compartments, and / or for recirculating gases from one or more reaction compartments to one or more other reaction compartments.

Reactor according to claims 1-3, wherein the tubular reaction compartments are at least partially filled with monolith. 1 00 3 5 0 A.

A method for performing cyclic chemical processes using the reactor according to any one of claims 1-4.

6. A method according to claim 5 comprising the high temperature desulfurization of coal gas.

Sorbent suitable for use in the reactor according to claims 1-4 and more particularly in the process according to claim 6, comprising a metal aluminate as carrier / sorbent, on the surface of which dispersion an oxide of the corresponding metal is present.

Sorbent according to claim 7, wherein the metal oxide has an average particle size of at most 100 nm, more in particular at most 5 nm.

Sorbent according to claim 7 or 8, wherein manganese is used as a metal.

10. A method of preparing a sorbent according to claims 7-9, comprising impregnating alumina particles with a solution of a metal compound, optionally drying the impregnated alumina particles, calcining them, treating the particles with H 2 S or another sorbable sulfur compound, and regeneration of the treated particles. 100 ^ 504.