NL1016975C2 - Werkwijze voor het uitvoeren van een kraakreactie in een omkeerstroomreactor. - Google Patents

Description

Werkwijze voor het uitvoeren van een kraakreactie in een om-keerstroomreactor

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het uitvoeren van een kraakreactie in een gepakte bedden omvattende omkeerstroomreactor, waarbij ondermaat zuurstof aan een brandbaar gas dat een te kraken verbin-5 ding bevat wordt toegevoerd voor het door verbranding van een deel van het brandbare gas op temperatuur houden van de omkeer s t roomreac tor,

Een dergelijke werkwijze is in het vak bekend, bijvoorbeeld uit US 2.700.600. Volgens deze werkwijze worden 10 "gom-achtige" componenten gekraakt. Dankzij het gebruik van gepakte bedden waarin warmte wordt opgeslagen, en het periodiek omkeren van de stromingsrichting in de reactor, kan warmte in belangrijke mate in de omkeerstroomreactor behouden blijven. Voor het aanvullen van de onvermijdelijke warmtever-15 liezen, die via de reactorwand en de onvolledige warmte- uitwisseling in de gepakte bedden optreden, alsmede voor het voorzien van voor de kraakreactie benodigde warmte-energie, wordt zuurstof aan de voeding meegegeven. De zuurstof reageert met brandbare componenten van het brandbare gas onder 20 oplevering van warmte.

De bovengenoemde werkwijze heeft enkele nadelen. Bij thermisch kraken, dat wil zeggen kraken in afwezigheid van een katalysator, moet een hogere temperatuur worden bereikt dan voor katalytisch kraken. Hiertoe moet relatief veel 25 brandbaar gas worden verbrand, waardoor de nuttige opbrengst aan van te kraken verbindingen verarmd brandbaar gas daalt. Thermisch kraken biedt in vergelijking met katalytisch kraken wel het voordeel dat, door de afwezigheid van een katalysator, de werkwijze relatief bedrijfszeker kan worden uitge-30 voerd. Ten eerste is er geen katalysator die verontreinigd raken door eventueel in het brandbare gas aanwezige componenten zoals chloor en/of zwavel dan wel kan worden aangetast door zuurstof (waarvoor in het bijzonder nikkelkatalysatoren gevoelig zijn). Daarenboven wordt ook de vaak dure katalysa-35 tor uitgespaard en hoeft deze niet regelmatig te worden ver- t Q1637 5^ 2 vangen. Katalytisch kraken heeft als voordeel dat de kraakre-actie bij lagere temperatuur kan worden uitgevoerd, doch dit gaat met de hiervoor genoemde nadelen gepaard.

De onderhavige uitvinding beoogt de bovengenoemde 5 nadelen ten minste deels op te heffen, als ook een werkwijze te verschaffen welke een betere beheersing over de kraakreac-tie (en dus een betere regelbaarheid van de reactor) mogelijk maakt. Dit is in het bijzonder van belang bij omkeerstroomre-actoren waarin immers sprake kan zijn van een variabele sa-10 menstelling van het te behandelen brandbare gas, en de variërende temperatuur van door een heet gepakt bed opgewarmd brandbaar gas.

Hiertoe wordt de werkwijze volgens de uitvinding gekenmerkt doordat zich tussen twee gepakte bedden een mengka-15 mer bevindt waarin de zuurstof wordt ingebracht en met het brandbare gas wordt gemengd.

Door zuurstof toe te voeren in een mengkamer, welke zich in of nabij het heetste deel van de reactor bevindt, wordt bereikt dat goede menging van zuurstof met het brandba-20 re gas wordt bereikt. Dit betekent dat vaak kwetsbaar kataly-satormateriaal minder wordt blootgesteld aan reactief zuurstof en temperatuurvariaties in het katalysatormateriaal vergaand worden beperkt. Voor zowel niet-katalytische als katalytische werkwijzen geldt dat vermeden wordt dat warmte wordt 25 gevormd door reactie van zuurstof met het brandbare gas op de flanken van de temperatuurgradiënt, d.w.z., niet op de plaatsen waar een verhoging van de temperatuur ertoe bij draagt dat de benodigde temperatuur wordt bereikt. Met de werkwijze volgens de uitvinding kan dus, desgewenst, een hogere tempera-30 tuur worden bereikt dan in een vergelijkbare reactor zonder mengkamer die op conventionele wijze wordt bedreven.

Volgens een voorkeursuitvoering bevindt de mengkamer zich tussen drie bedden, waarbij - het brandbare gas dat de te kraken verbinding bevat via 35 een eerste bed aan de mengkamer wordt toegevoerd, - brandbaar gas dat aan de te kraken verbinding is verarmd via een tweede bed wordt afgevoerd, en een spoelgas aan een derde bed wordt toegevoerd, welk 1 ü I83 7 o i 3 bed was gebruikt voor het daarlangs toevoeren van het brandbare gas dat de te kraken verbinding bevat.

Hiermee kan worden bereikt dat het derde bed gedurende een lange periode (te weten de tijd gedurende welke de 5 reactor in één richting wordt bedreven) worden gespoeld met een gering debiet. Ten eerste betekent dit dat de werkwijze continu bedrijf mogelijk maakt. Ten tweede worden de energiekosten die nodig zijn voor het met een hoog debiet (en daardoor noodzakelijkerwijs ook meer void volumina) spoelen ver-10 minderd. Ook worden hierdoor warmteverliezen beperkt.

In het bij zonder wordt daartoe voor het uitvoeren van een omkering van de gasstroom - het eerste bed gebruikt als het tweede bed; - het tweede bed gebruikt als het derde bed; en 15 - het derde bed gebruikt als het eerste bed.

Aldus kan werkelijk continue bedrijf worden bereikt.

Bij voorkeur wordt als spoelgas brandbaar gas dat aan de te kraken verbinding is verarmd gebruikt.

Hierdoor wordt verdunning van brandbaar gas door 20 spoelgas, zoals stikstof, vermeden. Dit betekent dat brandbaar gas met een relatief hoge calorische waarde kan worden verkregen.

De uitvinding zal thans worden toegelicht aan de hand van een voorbeeld en de figuren, waarin 25 fig. 1 een inrichting voorstelt geschikt voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding; fig. 2 het temperatuurprofiel door de inrichting van fig. 1 langs lijn II-II voorstelt (stippellijn is profiel volgens de stand van de techniek); en 30 fig. 3 een inrichting met drie bedden voorstelt.

In fig. 1 is een inrichting 1 weergegeven met een aanvoerleiding 2 en een afvoerleiding 3. Een eerste klep 4 in de aanvoerleiding 2 en een tweede klep 5 in de afvoerleiding 3 zorgen er voor dat een via aanvoerleiding 2 aangevoerd te 35 behandelen brandbaar gas hetzij via aanvoerleiding 2b naar de omkeerstroomreactor 6 wordt gevoerd en via afvoerleiding 3b wordt afgevoerd, hetzij via aanvoerleiding 2a naar de omkeerstroomreactor 6 wordt gevoerd en via afvoerleiding 3a wordt I /1 -f ..

4 afgevoerd. De stand van de kleppen 4, 5 wordt periodiek ge-wij zigd.

In de omkeerstroomreactor 6 bevindt zich een eerste bed 7 en een tweede bed 8. Tussen de bedden 7 en 8 bevindt 5 zich een mengkamer 9 waarin via een leiding 10 zuurstof kan worden ingebracht. Zuurstof kan worden ingebracht in de vorm van zuivere zuurstof, waardoor een product kan worden verkregen met een relatief hoge calorische waarde of met elk zuurstof houdend gas, zoals met zuurstof verrijkte lucht of lucht 10 waarin verlaging van de calorische waarde van het product een minder groot probleem is dan de kosten voor het verkrijgen van zuivere zuurstof.

Tijdens bedrijf fungeert één van de bedden 7 en 8 als warmte-opslagbed, terwijl het andere bed ertoe dient via 15 aanvoerleiding 2 toegevoerde te behandelen brandbaar gas op te warmen. De stroomrichting door de reactor wordt omgekeerd voordat een warmtefront van het bed waarin warmte wordt opgeslagen de afvoerleiding 3a of 3b bereikt.

In fig. 2 is de temperatuur (T) uitgezet tegen de 20 afstand (D) en toont daarmee het temperatuurprofiel in de omkeerstroomreactor 6.

In de figuur is middels een dikke lijn de tempera-tuurverdeling door de omkeerstroomreactor 6 weergegeven op een moment halverwege tussen twee momenten van omschakelen 25 van de stroomrichting door de omkeerstroomreactor 6. Te zien is dat zich in de mengkamer 9 de hoogste temperatuur bevindt. Ter vergelijking is middels een dunne lijn de temperatuur weergegeven (in een vergelijkbaar stadium) wanneer zuurstof wordt toegevoerd via het te reinigen brandbare gas (stand van 30 de techniek). Door ontbranding van brandbaar gas op de flanken wordt daar een hogere temperatuur bereikt dan bij de werkwijze volgens de uitvinding, doch dit stoort het warmte-wisselingsprincipe doordat dit reeds verwarmde gas geen warmte meer op kan nemen verderop in het bed.

35 Met de werkwijze volgens de uitvinding kunnen twee belangrijke voordelen worden bereikt:

Ten eerste kan ingeval van thermisch kraken een hogere temperatuur worden bereikt (of, met minder warmteverlie- - . - w „ O ^ 5 zen en/of met minder zuurstoftoevoer, een zelfde temperatuur) . Ten tweede kan bij katalytisch kraken worden voorkomen dat er dwars op de stromingsrichting grote verschillen bestaan in temperatuur. Wanneer sensoren in het bed aanwezig 5 zijn (voor het volgen van het warmtefront en/of het beheersen van de kraakreactie) wordt niet op basis van niet-representatieve meetgegevens geregeld.

In fig. 3 is een zeer gunstige uitvoeringsvorm te zien van een inrichting geschikt voor het uitvoeren van de 10 werkwijze volgens de uitvinding. Deze inrichting bevat een derde bed 11. In de figuur zijn zwarte kleppen gesloten en witte kleppen open. In de weergegeven stand van de klep 4' wordt brandbaar gas, bijvoorbeeld afkomstig van een (bio)vergassingsinstallatie, naar bed 7 gevoerd waarin het 15 wordt opgewarmd. Het opgewarmde brandbare gas komt in de kamer 9 terecht waaraan zuurstof via leiding 10 wordt toegevoerd. Er wordt zoveel zuurstof toegevoerd dat de temperatuur toereikend is voor de uit te voeren kraakreactie. Hierdoor wordt ook voor warmteverliezen langs uiteenlopende weg gecom-20 penseerd. Het behandelde gas verlaat de inrichting 1 via bed 11 dat door het hete gas wordt opgewarmd. Bed 8, dat in een eerdere cyclusstap fungeerde als bed waarlangs te behandelen brandbaar gas is toegevoerd, wordt met een laag debiet met een spoelgas A gereinigd, bij voorkeur uit bed 11 afkomstig 25 behandeld brandbaar gas (productgas). Hierdoor komen, zonder hoge (pomp) energiekosten in het bed 8 achtergebleven nog te behandelen brandbare gassen in de kamer 9 terecht. Aldus kan worden voorkomen dat door het omkeren van een stroom in een inrichting 1 nog niet behandeld brandbaar gas in de stroom 30 reeds behandeld gas terechtkomt. Voor het cyclisch toevoeren van spoelgas zijn kleppen 13 voorzien.

De bedden 7, 8 en 11 kunnen desgewenst katalysator-materiaal omvatten. Hierbij kan worden gekozen voor een opzet waarbij, gerekend vanuit een toevoeropening, zich eerst inert 35 materiaal bevindt dat dient voor opslag van warmte, vervolgens katalysatormateriaal dat (wanneer door de mengkamer gevoerd brandbaar gas wordt afgevoerd) zorgdraagt voor een nabehandeling van productgas zonder de katalysator aan zeer ho- λ n «* c· es “7 f ..

6 ge temperaturen, zoals die optreden in en nabij de mengkamer 9, wordt blootgesteld. Tenslotte bevindt zich dan nabij de mengkamer 9 inert materiaal dat wederom dienst doet als warm-te-opslagmateriaal. In deze zone kunnen zich (wanneer gas dat 5 reeds in de mengkamer is geweest via dit deel van het bed wordt afgevoerd) nog thermische kraakreacties optreden. Hierbij kan ook nog aanwezig zuurstof worden verbruikt, hetgeen in het bijzonder gunstig indien de gebruikte katalysator voor zuurstof gevoelig is.

^ ,4 ~ I K ‘l a λ. , é · Γ-» 1 v I Γ, ···*. -¾

Claims (4)

1. Werkwijze voor het uitvoeren van een kraakreactie in een gepakte bedden omvattende omkeerstroomreactor, waarbij ondermaat zuurstof aan een brandbaar gas dat een te kraken verbinding bevat wordt toegevoerd voor het door verbranding 5 van een deel van het brandbare gas op temperatuur houden van de omkeerstroomreactor, met het kenmerk, dat zich tussen twee gepakte bedden een mengkamer bevindt waarin de zuurstof wordt ingebracht en met het brandbare gas wordt gemengd.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, 10 dat de mengkamer zich tussen drie bedden bevindt, waarbij - het brandbare gas dat de te kraken verbinding bevat via een eerste bed aan de mengkamer wordt toegevoerd, - brandbaar gas dat aan de te kraken verbinding is verarmd via een tweede bed wordt afgevoerd, en 15. een spoelgas aan een derde bed wordt toegevoerd, welk bed was gebruikt voor het daarlangs toevoeren van het brandbare gas dat de te kraken verbinding bevat.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat voor het uitvoeren van een omkering van de gasstroom 20. het eerste bed wordt gebruikt als het tweede bed; - het tweede bed wordt gebruikt als het derde bed; en - het derde bed wordt gebruikt als het eerste bed.

4. Werkwijze volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk, dat brandbaar gas dat aan de te kraken verbinding is 25 verarmd wordt gebruikt als spoelgas. ΓJi