NL9300168A - Catalytic conversion of methane - Google Patents

Catalytic conversion of methane Download PDF

Info

Publication number
NL9300168A
NL9300168A NL9300168A NL9300168A NL9300168A NL 9300168 A NL9300168 A NL 9300168A NL 9300168 A NL9300168 A NL 9300168A NL 9300168 A NL9300168 A NL 9300168A NL 9300168 A NL9300168 A NL 9300168A
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
reaction
methane
gas
hydrocarbons
heat
Prior art date
Application number
NL9300168A
Other languages
Dutch (nl)
Original Assignee
Univ Twente
Johannes M L Penninger
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Univ Twente, Johannes M L Penninger filed Critical Univ Twente
Publication of NL9300168A publication Critical patent/NL9300168A/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/1836Heating and cooling the reactor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/06Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes
    • B01J8/067Heating or cooling the reactor
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C01B3/382Multi-step processes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2/00Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a smaller number of carbon atoms
    • C07C2/76Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a smaller number of carbon atoms by condensation of hydrocarbons with partial elimination of hydrogen
    • C07C2/82Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a smaller number of carbon atoms by condensation of hydrocarbons with partial elimination of hydrogen oxidative coupling
    • C07C2/84Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a smaller number of carbon atoms by condensation of hydrocarbons with partial elimination of hydrogen oxidative coupling catalytic
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C4/00Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a larger number of carbon atoms
    • C07C4/02Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a larger number of carbon atoms by cracking a single hydrocarbon or a mixture of individually defined hydrocarbons or a normally gaseous hydrocarbon fraction
    • C07C4/04Thermal processes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2523/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00
    • C07C2523/02Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00 of the alkali- or alkaline earth metals or beryllium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2523/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00
    • C07C2523/10Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00 of rare earths
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/141Feedstock

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Abstract

Method and apparatus for the catalytic conversion of methane to hydrocarbons having at least two carbon atoms, wherein a first feed gas containing methane and oxygen is delivered to a catalyst-containing first reaction chamber, said reaction chamber is kept under such temperature and pressure conditions that an exothermal conversion reaction takes place, and a product gas is discharged from the reaction chamber, which gas is relatively rich in hydrocarbons having at least two carbon atoms and water vapour, a second reaction chamber which is in heat-exchange contact with the first reaction chamber being simultaneously supplied with a second feed gas which contains hydrocarbons with or without steam or carbon dioxide, said second reaction chamber is kept under temperature conditions such as to cause an endothermal reaction to take place therein, and a product gas having the desired composition being discharged from the second reaction chamber, the process being managed in such a way that heat transfer from the first and second reaction chamber allows the temperature in both chambers to be controlled.

Description

KATALYTISCH OMZETTEN VAN METHAANCATALYTIC CONVERTING OF METHANE

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het katalytisch omzetten van methaan tot koolwaterstoffen met ten minste twee koolstofatomen, waarbij men een eerste voedingsgas dat methaan en zuurstof bevat aan een katalysator bevattende eerste reactieruimte toevoert, deze reactieruimte onder zodanige condities van temperatuur en druk houdt dat een exotherme omzettingsreactie plaatsvindt en uit de reactieruimte een produktgas afvoert dat betrekkelijk rijk aan koolwaterstoffen met ten minste twee koolstofatomen en waterdamp is.The invention relates to a process for the catalytic conversion of methane to hydrocarbons with at least two carbon atoms, in which a first feed gas containing methane and oxygen is fed to a catalyst-containing first reaction space, this reaction space is maintained under such conditions of temperature and pressure that an exothermic conversion reaction takes place and discharges from the reaction space a product gas which is relatively rich in hydrocarbons with at least two carbon atoms and water vapor.

Katalytische oxidatieve omzetting van aardgas (methaan) tot koolwaterstoffen met ten minste twee koolstofatomen, met een hogere toegevoegde waarde, bijvoorbeeld ethaan en etheen, is van belang voor het verschaffen van grondstoffen voor nuttige chemicaliën.Catalytic oxidative conversion of natural gas (methane) to hydrocarbons with at least two carbon atoms, with higher added value, for example ethane and ethylene, is important for providing raw materials for useful chemicals.

Katalytische omzetting van methaan tot koolwaterstoffen met ten minste twee koolstofatomen, in het bijzonder ethaan en etheen, is een bekende reactie die doorgaans methaankoppeling wordt genoemd. Methaankoppeling in aanwezigheid van zuurstof is een exotherme reactie, waarbij grote hoeveelheden warmte vrijkomen. De vrijkomende warmte kan op bekende wijze worden gebruikt voor de produktie van stoom en, vervolgens, het opwekken van elektriciteit. De exothermiciteit van de katalytische omzetting van methaan vereist in de praktijk maatregelen om de gegenereerde warmte af te voeren en om te zetten, wat inherent tot conversieverliezen leidt. De vereiste maatregelen en de inherente conversieverliezen zijn er de oorzaak van dat katalytische omzetting van methaan niet op economisch verantwoorde wijze grootschalig kan worden toegepast voor de produktie van koolwaterstoffen met ten minste twee koolstof atomen.Catalytic conversion of methane to hydrocarbons with at least two carbon atoms, especially ethane and ethylene, is a known reaction commonly referred to as methane coupling. Methan coupling in the presence of oxygen is an exothermic reaction, which releases large amounts of heat. The heat released can be used in known manner for the production of steam and, subsequently, for the generation of electricity. In practice, the exothermic nature of the catalytic conversion of methane requires measures to dissipate and convert the generated heat, which inherently leads to conversion losses. The required measures and the inherent conversion losses are the reason why the catalytic conversion of methane cannot be economically used on a large scale for the production of hydrocarbons with at least two carbon atoms.

Doel van de uitvinding is het verschaffen van een werkwijze voor het katalytisch omzetten van methaan waaraan het genoemde economische nadeel niet is verbonden.The object of the invention is to provide a process for the catalytic conversion of methane to which the aforementioned economic disadvantage is not associated.

Dit doel wordt overeenkomstig de uitvinding bereikt met een werkwijze waarbij men gelijktijdig aan een tweede reactieruimte, die met de eerste reactieruimte in warmtewisselingscontact staat, een tweede voedingsgas toevoert dat koolwaterstoffen met of zonder stoom of kooldioxide bevat, deze tweede reactieruimte onder zodanige condities van temperatuur houdt dat daarin een endotherme reactie plaatsvindt en uit de tweede reactieruimte een produktgas met gewenste samenstelling afvoert, een en ander zodanig dat door warmte-overdracht vanuit de eerste naar de tweede reactieruimte de temperatuur in beide ruimtes kan worden beheerst.This object is achieved in accordance with the invention by a process in which a second feed gas containing hydrocarbons with or without steam or carbon dioxide is maintained at such conditions of temperature simultaneously to a second reaction space which is in heat exchange contact with the first reaction space. that an endothermic reaction takes place therein and a product gas of the desired composition is discharged from the second reaction space, such that the temperature in both spaces can be controlled by heat transfer from the first to the second reaction space.

Het uitvoeren van de exotherme methaankoppelingreactie naast een endotherme reactie van het bovengenoemde type, waarbij warmtewisselingscontact plaatsvindt, biedt het belangrijke voordeel dat de methaankoppelingreactie door het wegnemen van een overmaat warmte beter kan worden gecontroleerd. Een minder gecontroleerde reactie leidt bijvoorbeeld tot produktie van C02 in plaats van de gewenste koolwaterstoffen met ten minste twee koolstofatomen en tot een grotere produktie van ongewenste warmte. De reactiewarmte bij de werkwijze volgens de uitvinding wordt gebruikt om een endotherme reactie te laten verlopen. Een bijkomend voordeel is dat de reactiewarmte in situ wordt gebruikt, zodat verliezen als gevolg van transport worden vermeden en de energiewinst maximaal is. Verdere voordelen van het overeenkomstig de uitvinding selectief oxideren van methaan zijn beperkingen van de uitstoot aan C02 en beperking van het grondstoffenverbruik.Conducting the exothermic methane coupling reaction in addition to an endothermic reaction of the above type, in which heat exchange contact takes place, offers the important advantage that the methane coupling reaction can be better controlled by removing an excess of heat. For example, a less controlled reaction leads to production of CO2 instead of the desired hydrocarbons with at least two carbon atoms and to an increased production of undesired heat. The heat of reaction in the process of the invention is used to conduct an endothermic reaction. An additional advantage is that the reaction heat is used in situ, so that losses due to transport are avoided and the energy gain is maximized. Further advantages of the selective oxidation of methane according to the invention are limitations of CO2 emissions and limitation of raw material consumption.

Met voordeel wordt de temperatuur in de tweede reactieruimte nagenoeg gelijk gehouden aan de temperatuur in de eerste reactieruimte.Advantageously, the temperature in the second reaction space is kept substantially equal to the temperature in the first reaction space.

De temperatuur in de eerste reactieruimte wordt in een uitvoeringsvoorbeeld op een waarde tussen circa 600°C en circa 1000°C, bij voorkeur op een waarde tussen circa 700°C en circa 900°C gehouden.In an exemplary embodiment, the temperature in the first reaction space is kept at a value between about 600 ° C and about 1000 ° C, preferably at a value between about 700 ° C and about 900 ° C.

De druk in de eerste reactieruimte stelt men met voordeel in op een waarde van circa 1 atm.The pressure in the first reaction space is advantageously set to a value of approximately 1 atm.

In een uitvoeringsvoorbeeld is de endotherme reactie een thermische kraakreactie, bevat het tweede voedingsgas ethaan, propaan, LPG, butaan, nafta, gasolie of andere koolwaterstoffen en is het produktgas rijk aan alkenen.In an exemplary embodiment, the endothermic reaction is a thermal cracking reaction, the second feed gas contains ethane, propane, LPG, butane, naphtha, gas oil or other hydrocarbons, and the product gas is rich in olefins.

In een ander uitvoeringsvoorbeeld is de endotherme reactie een stoom-kraakreactie, bevat het tweede voedingsgas ethaan, propaan, LPG, butaan, nafta, gasolie of andere koolwaterstoffen en is het produktgas rijk aan alkenen.In another exemplary embodiment, the endothermic reaction is a steam cracking reaction, the second feed gas contains ethane, propane, LPG, butane, naphtha, gas oil or other hydrocarbons, and the product gas is rich in olefins.

In een volgend uitvoeringsvoorbeeld is de endotherme reactie een katalytische of niet-katalytische reformreactie reactie voor het maken van synthesegas, waarbij het tweede voedingsgas methaan, aardgas, LPG of andere koolwaterstoffen naast stoom bevat en is het produktgas rijk aan koolmonoxide en waterstof.In a further exemplary embodiment, the endothermic reaction is a catalytic or non-catalytic reforming reaction for making synthesis gas, wherein the second feed gas contains methane, natural gas, LPG or other hydrocarbons in addition to steam, and the product gas is rich in carbon monoxide and hydrogen.

In weer een volgend uitvoeringsvoorbeeld is de endotherme reactie een katalytische of niet-katalytische reformreactie voor het maken van synthesegas, waarbij het tweede voedingsgas methaan, aardgas, LPG of andere koolwaterstoffen naast kooldioxide bevat en het produktgas rijk is aan koolmonoxide en waterstof.In yet another exemplary embodiment, the endothermic reaction is a catalytic or non-catalytic reforming reaction for making synthesis gas, wherein the second feed gas contains methane, natural gas, LPG or other hydrocarbons in addition to carbon dioxide and the product gas is rich in carbon monoxide and hydrogen.

Bij voorkeur is de katalysator in de eerste reactieruimte deeltjesvormig en wordt deze door middel van het voedingsgas in gefluïdiseerde toestand gehouden. Als katalysator in de eerste reactor brengt men bijvoorbeeld Ca0/Sm203 of α-Α1203 in.Preferably, the catalyst in the first reaction space is particulate and is kept in a fluidized state by means of the feed gas. For example, Ca0 / Sm2O3 or α-201203 is introduced as catalyst in the first reactor.

Methaankoppeling in aanwezigheid van zuurstof genereert veel warmte. Wanneer de selectiviteit van de methaankoppeling voldoende hoog is, is de C02-produktie belangrijk minder dan bij een niet-selectieve methaanomzetting. De selectiviteit van de methaankoppeling is gedefinieerd als de procentuele verhouding van het aantal koolstofatomen in de gevormde C2-koolwaterstoffen en het aantal koolstofatomen uit methaan dat werd omgezet. Bijvoorbeeld wordt de C02-uitstoot per eenheid geproduceerde warmte gehalveerd ten opzichte van een normale verbranding, wanneer de selectiviteit van de methaankoppeling circa 85% bedraagt. Door de exotherme methaankoppeling te koelen door middel van een endotherme reactie, bijvoorbeeld het kraken van ethaan of andere koolwaterstoffen, en beide reacties in hetzelfde vat maar in gescheiden compartimenten uit te voeren, wordt dus zowel de uitstoot aan CO2 als het verbruik aan grondstoffen beperkt.Methan coupling in the presence of oxygen generates a lot of heat. When the selectivity of the methane coupling is sufficiently high, the CO2 production is significantly less than with a non-selective methane conversion. The selectivity of the methane linkage is defined as the percentage ratio of the number of carbon atoms in the C2 hydrocarbons formed to the number of carbon atoms from methane converted. For example, the CO2 emissions per unit of heat produced are halved compared to normal combustion when the selectivity of the methane coupling is about 85%. Thus, by cooling the exothermic methane coupling by means of an endothermic reaction, for example, cracking of ethane or other hydrocarbons, and carrying out both reactions in the same vessel but in separate compartments, both CO2 emissions and consumption of raw materials are limited.

De uitvinding heeft voorts betrekking op een inrichting voor het uitvoeren van de bovenbeschreven werkwijze, omvattende een reactor waarin zich een eerste reactiecompartiment met katalysator voor het uitvoeren van de exotherme reactie bevindt.The invention further relates to an apparatus for carrying out the above-described method, comprising a reactor in which a first reaction compartment with a catalyst for carrying out the exothermic reaction is located.

Overeenkomstig de uitvinding is tevens een tweede reactiecompartiment voor het uitvoeren van de endotherme reactie aanwezig, welk tweede reactiecompartiment in warmtewisselend contact met het eerste reactiecompartiment staat.According to the invention, a second reaction compartment for carrying out the endothermic reaction is also present, which second reaction compartment is in heat-exchanging contact with the first reaction compartment.

In een dergelijke inrichting verloopt de endotherme reactie in een reactieruimte die is gescheiden van de reactieruimte van de methaankoppeling. Dit biedt, in het geval de endotherme reactie bijvoorbeeld de thermische kraking van ethaan is, de volgende voordelen. Eventuele zuurstof die niet met methaan heeft gereageerd kan niet met ethaan of de krakingsprodukten daarvan reageren. Hierdoor wordt voorkomen dat de opbrengst aan nuttige alkenen wordt verlaagd, wat wel het geval zou zijn als eventuele zuurstof wel met ethaan zou kunnen reageren omdat de reactiviteit van ethaan met zuurstof veel hoger dan die van methaan met zuurstof. Een ander voordeel is dat de scheiding van alkenen en nog niet gereageerde uitgangsstoffen efficiënter is wanneer de concentratie van de eerstgenoemde zo hoog mogelijk is. In een separate reactieruimte wordt voorkomen dat het reactieprodukt uit het tweede reactiecompartiment wordt gemengd met de afgassen van het eerste reactiecompartiment.In such a device, the endothermic reaction proceeds in a reaction space separated from the reaction space of the methane coupling. In case the endothermic reaction is, for example, the thermal cracking of ethane, this offers the following advantages. Any oxygen that has not reacted with methane cannot react with ethane or its cracking products. This prevents the yield of useful olefins from being reduced, which would be the case if any oxygen could react with ethane because the reactivity of ethane with oxygen is much higher than that of methane with oxygen. Another advantage is that the separation of olefins and unreacted starting materials is more efficient when the concentration of the former is as high as possible. In a separate reaction space, the reaction product from the second reaction compartment is prevented from being mixed with the waste gases from the first reaction compartment.

In een uitvoeringsvoorbeeld van een inrichting overeenkomstig de uitvinding is de reactor buisvormig en bestaat deze uit twee concentrische buizen, waarbij de compartimenten binnen deze buizen elk met een inlaat voor voedingsgas en een uitlaat voor produktgas zijn verbonden.In an exemplary embodiment of an apparatus according to the invention, the reactor is tubular and consists of two concentric tubes, the compartments within these tubes each being connected to a feed gas inlet and a product gas outlet.

In een ander uitvoeringsvoorbeeld heeft de reactor een opstaand cilindrisch reactievat, voorzien van een inlaat voor voedingsgas en een uitlaat voor produktgas, waarbinnen zich het eerste reactiecompartiment bevindt, en wordt het tweede reactiecompartiment gevormd door een gewonden buis met eigen inlaat en uitlaat, welke buis door het eerste reactiecompartiment loopt.In another exemplary embodiment, the reactor has an upright cylindrical reaction vessel, comprising a feed gas inlet and a product gas outlet, within which the first reaction compartment is located, and the second reaction compartment is formed by a wound tube with its own inlet and outlet, which tube the first reaction compartment is running.

De gewonden buis bestaat bijvoorbeeld uit roestvast staal of een ander metaal. Daar de selectiviteit van de methaankoppelingsreactie evenwel afneemt wanneer het methaan-zuurstofmengsel in direct contact met een metaal op een temperatuur van circa 750°C of hoger is, bestaat de gewonden buis bij voorkeur uit een keramisch materiaal of is deze daarmee bekleed.The wound tube consists of, for example, stainless steel or another metal. However, since the selectivity of the methane coupling reaction decreases when the methane-oxygen mixture is in direct contact with a metal at a temperature of about 750 ° C or higher, the wound tube preferably consists of or is coated with a ceramic material.

Het keramische materiaal is bijvoorbeeld gekozen uit Si02, A1203, SiN, SiC, Zr02, CaO, BaO en ZnO of een ander basisch oxide.The ceramic material is selected, for example, from SiO 2, Al 2 O 3, SiN, SiC, ZrO 2, CaO, BaO, and ZnO or another basic oxide.

Bij voorkeur zijn overeenkomstig de uitvinding in de inrichting warmtewisselaars aanwezig voor warmtewisseling tussen voedingsgassen en produktgassen.According to the invention, heat exchangers are preferably present in the device for heat exchange between feed gases and product gases.

De aanwezigheid van warmtewisselaars verhoogt het energierendement van de inrichting nog verder.The presence of heat exchangers further increases the energy efficiency of the device.

De warmtewisselaars zijn bijvoorbeeld opgenomen in de aanvoer- en afvoerleidingen naar de inlaten respectievelijk vanaf de uitlaten van de reactiecompartimenten, maar kunnen ook in de reactor zijn opgenomen.The heat exchangers are included, for example, in the supply and discharge pipes to the inlets or from the outlets of the reaction compartments, but can also be included in the reactor.

De uitvinding zal in het nu volgende nader worden toegelicht onder verwijzing naar de tekening.The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing.

In de tekening tonen: figuur 1 een schematische voorstelling van een methaankoppelingsreactor waarin een kraakreactor voor ethaan is geïntegreerd; en figuur 2 een schematische voorstelling van een methaankoppelingsreactor waarin een kraakreactor voor ethaan en een warmtewisselaar zijn geïntegreerd.In the drawing: figure 1 shows a schematic representation of a methane coupling reactor in which an ethane cracking reactor is integrated; and Figure 2 is a schematic representation of a methane coupling reactor in which an ethane cracking reactor and a heat exchanger are integrated.

Figuur 1 toont een reactor met een eerste reactiecompartiment 1 waarin een gewonden buis 2 als tweede reactiecompartiment is opgenomen in een (bij een werkende reactor gefluïdiseerd) bed van katalysatormateriaal 14. De werking van de reactor is als volgt. Methaan en zuurstof worden via aanvoerleidingen 3 en 4 door het katalysatorbed 14 geleid, dat in gefluïdiseerde toestand geraakt. De eerste produktgassen die ten gevolge van de katalytische oxidatie van het methaan ontstaan worden via een afvoerleiding 5 afgevoerd en in warmtewisselaars 6 gekoeld met de voedingsgassen methaan en zuurstof in de aanvoerleidingen 3 en 4. Uit de overmaat warmte kan in een warmtewisselaar 7 stoom worden gegenereerd die via een leiding 8 wordt afgevoerd. Het tweede reactiecompartiment 2 wordt via een aanvoerleiding 9 gevoed met ethaan; de tweede-produktgassen worden via afvoerleiding 10 afgevoerd, in warmtewisselend contact met de ethaan-aanvoerleiding 9 in warmtewisselaars 11. Een overmaat warmte wordt in warmtewisselaar 12 gebruikt voor de produktie van stoom die via leiding 13 wordt afgevoerd. De temperatuur in het eerste reactiecompartiment bedraagt bijvoorbeeld 1100 K. In figuur 1 zijn voorts de massastromen aangegeven, uitgedrukt in molairen zoals die uit een reactie-entropiebalans zijn berekend. Voor deze berekeningen is aangenomen dat 70% van de warmte uit de reactieproduktstromen wordt overgedragen en de resterende 30% wordt omgezet in stoom bij hoge druk, waaruit bijvoorbeeld de voor de zuurstofafscheiding benodigde energie kan worden gewonnen. De kraking in de buizen verloopt met een conversiegraad van ethaan van 50%; hiervan wordt 95% (betrokken op koolstof) omgezet in etheen, het restant wordt als methaan gewonnen. De resultaten van een thermodynamische analyse van de geïntegreerde kraking zijn weergegeven in tabel 1.Figure 1 shows a reactor with a first reaction compartment 1 in which a wound tube 2 is incorporated as a second reaction compartment in a bed of catalyst material 14 (fluidized in an operating reactor). The operation of the reactor is as follows. Methane and oxygen are passed through supply lines 3 and 4 through the catalyst bed 14, which becomes fluidized. The first product gases resulting from the catalytic oxidation of the methane are discharged via a discharge pipe 5 and cooled in heat exchangers 6 with the feed gases methane and oxygen in the supply pipes 3 and 4. Steam can be generated from the excess heat in a heat exchanger 7 which is discharged via a pipe 8. The second reaction compartment 2 is fed with ethane via a supply line 9; the second product gases are discharged through discharge line 10, in heat-exchanging contact with the ethane supply line 9 in heat exchangers 11. An excess of heat is used in heat exchanger 12 to produce steam which is discharged via line 13. The temperature in the first reaction compartment is, for example, 1100 K. In addition, figure 1 shows the mass flows, expressed in molar as calculated from a reaction entropy balance. For these calculations, it is assumed that 70% of the heat is transferred from the reaction product streams and the remaining 30% is converted into steam at high pressure, from which, for example, the energy required for oxygen separation can be recovered. Cracking in the tubes proceeds with a conversion rate of 50% ethane; 95% of this (based on carbon) is converted into ethylene, the remainder is recovered as methane. The results of a thermodynamic analysis of the integrated crack are shown in Table 1.

Tabel 1. Geïntegreerde krakingen in gefluïdiseerd bed C-opbrengst 93,8% CH4-verbruik 0,355 t/t C2H4 C2H6-verbruik 0,813 t/t C2H4Table 1. Integrated squats in fluidized bed C yield 93.8% CH4 consumption 0.355 t / t C2H4 C2H6 consumption 0.813 t / t C2H4

Gevormde stoom 1,01 t/t C2H4 = 1,173 GWs elektriciteit 02-consumptie 0,637 t/t C2H4 = 1,127 GWs elektriciteitSteam generated 1.01 t / t C2H4 = 1.173 GWs electricity 02 consumption 0.637 t / t C2H4 = 1.127 GWs electricity

Stoomexport 0,04 t/t C2H4 C02-produktie 219 kg/t C2H4Steam exports 0.04 t / t C2H4 CO2 production 219 kg / t C2H4

Exergieverlies 2,96 GWS/t C2H4Exergy loss 2.96 GWS / t C2H4

De geïntegreerde kraking geeft een grote verbetering ten opzichte van een niet geïntegreerde thermische kraking. De belangrijkste verbeteringen zijn aangegeven in onderstaande tabel 2.The integrated crack provides a great improvement over a non-integrated thermal crack. The main improvements are shown in Table 2 below.

Tabel 2.Table 2.

Geïntegreerde Thermische kraking kraking C-opbrengst, % 93,8 64,2 C2Hó-verbruik, t/t C2H4 0,813 1,141 CH4-verbruik, t/t C2H4 0,355 0,562 C02-produktie, kg/t C2H4 219 1746Integrated thermal crack crack C yield,% 93.8 64.2 C2Hó consumption, t / t C2H4 0.813 1.141 CH4 consumption, t / t C2H4 0.355 0.562 CO2 production, kg / t C2H4 219 1746

Exportstoom, t/t C2H4 0,04 9,15Export steam, t / t C2H4 0.04 9.15

Exergieverlies, GWS/t C2H4 3,0 18,1Loss of exergy, GWS / t C2H4 3.0 18.1

De verbeteringen betekenen grote besparingen in grondstoffenverbruik; dit beïnvloedt direct de produktkosten (etheenkosten) en vermindert de C02-uitstoot met bijna één orde van grootte. Een additioneel voordeel van deze methode is de afwezigheid van rookgassen; CO2 wordt niet ongecontroleerd in de atmosfeer geëmitteerd; N0X vorming is principieel niet mogelijk. Integendeel, de geïntegreerde kraking levert stikstof (uit de luchtscheidingsinstallatie) en C02 als waardevolle bijprodukten.The improvements mean great savings in raw material consumption; this directly affects product costs (ethylene costs) and reduces CO2 emissions by almost one order of magnitude. An additional advantage of this method is the absence of flue gases; CO2 is not released uncontrolled into the atmosphere; N0X formation is in principle not possible. On the contrary, the integrated crack provides nitrogen (from the air separation plant) and CO2 as valuable by-products.

Figuur 2 toont een schematische voorstelling van een methaankoppelingsreactor waarin een kraakreactor 2 voor koolwaterstoffen en twee warmtewisselaars zijn geïntegreerd. Deze inrichting is in het bijzonder bestemd voor geïntegreerde stoom-kraakreacties. In reactiecompartiment 1 is weer een gewonden buis 2 als tweede reactiecompartiment opgenomen in een bed van katalysatormateriaal 14. De werking van de reactor is als volgt. Een methaan-zuurstofmengsel wordt via aanvoerleiding 15 aangevoerd naar het eerste reactiecompartiment 1, waarin het in een warmtewisselaar 16 wordt voorverwarmd alvorens het via een verdeelleiding 17 en verticale buizen 18 onder in het katalysatorbed 14 wordt geleid. De bij de katalytische oxidatie van het methaan gevormde eerste produktgassen worden weer via een afvoerleiding 5 afgevoerd, waarbij de reactiewarmte wordt afgegeven aan respectievelijk een gewonden buis 2 in het katalysatorbed 14, een warmtewisselaar 19 waarin via leiding 20 aangevoerd water wordt omgezet in hoge-drukstoom die wordt afgevoerd via leiding 21 en aan warmtewisselaar 16 waarin het via leiding 15 aangevoerde methaan-zuurstofmengsel wordt voorverwarmd. Het tweede reactiecompartiment 2 wordt via een aanvoerleiding 22 gevoed met een koolwaterstoffen en water bevattend reactiemengsel dat in warmtewisselaar 11 wordt voorverwarmd met de gassen die het produkt zijn van de kraakreactie in het tweede reactiecompartiment 2 en die worden afgevoerd via leiding 10. In deze inrichting wordt de in het eerste reactiecompartiment 1 gegenereerde overmaat warmte, dat wil zeggen de warmte die niet wordt gebruikt bij de kraakreactie in het tweede reactiecompartiment 2, op bijzonder doelmatige wijze overgedragen via de in het eerste reactiecompartiment 1 opgenomen warmtewisselaars 19 en 16.Figure 2 shows a schematic representation of a methane coupling reactor in which a hydrocarbon cracking reactor 2 and two heat exchangers are integrated. This device is particularly intended for integrated steam cracking reactions. In reaction compartment 1, another wound tube 2 is incorporated as a second reaction compartment in a bed of catalyst material 14. The operation of the reactor is as follows. A methane-oxygen mixture is supplied via supply line 15 to the first reaction compartment 1, in which it is preheated in a heat exchanger 16 before it is led via a distribution line 17 and vertical pipes 18 into the bottom of the catalyst bed 14. The first product gases formed during the catalytic oxidation of the methane are again discharged via a discharge pipe 5, the reaction heat being released to a wound tube 2 in the catalyst bed 14, a heat exchanger 19 in which water supplied via line 20 is converted into high-pressure steam, respectively. which is discharged via line 21 and to heat exchanger 16 in which the methane-oxygen mixture supplied via line 15 is preheated. The second reaction compartment 2 is fed via a supply line 22 with a hydrocarbon and water-containing reaction mixture which is preheated in heat exchanger 11 with the gases that are the product of the cracking reaction in the second reaction compartment 2 and which are removed via line 10. In this installation the excess heat generated in the first reaction compartment 1, i.e. the heat not used in the cracking reaction in the second reaction compartment 2, is transferred particularly efficiently via the heat exchangers 19 and 16 incorporated in the first reaction compartment 1.

Opgemerkt moet worden dat de uitvinding niet door uitvoeringsvoorbeelden wordt beperkt. Bijvoorbeeld is het mogelijk een in figuur 1 getoonde inrichting zodanig te modificeren dat het eerste reactiecompartiment wordt gevoed met ethaan, dat daarin wordt gekraakt, en het methaan-zuurstofmengsel wordt toegevoerd aan het tweede reactiecompartiment 2, waarin dan de methaankoppeling plaatsvindt. In het tweede reactiecompartiment 2 is dan een vaste katalysator opgenomen, terwijl het gefluïdiseerde bed 14 bijvoorbeeld zand, AI2O3 of korund kan bevatten.It should be noted that the invention is not limited by embodiments. For example, it is possible to modify a device shown in Figure 1 such that the first reaction compartment is fed with ethane, which is cracked therein, and the methane-oxygen mixture is fed to the second reaction compartment 2, in which the methane coupling then takes place. The second reaction compartment 2 then contains a solid catalyst, while the fluidized bed 14 may contain, for example, sand, Al2O3 or corundum.

VoorbeeldenExamples

Proeven werden uitgevoerd in een buisvormige kwartsreactor met twee afzonderlijke concentrische compartimenten. De reactie vond daarom plaats in gescheiden gasstromen. Het kraken werd uitgevoerd in de binnenste buis en de methaankoppeling in de buitenste buis. De reactie werd uitgevoerd onder adiabatische condities. Dit werd gerealiseerd door het gebruik van een vermogensbron die een vastgestelde hoeveelheid vermogen aan de oven leverde onafhankelijk van de oventemperatuur. Met deze opstelling konden temperatuurfluctuaties in de binnenste ethaankraakbuis worden toegeschreven aan de warmte die werd gegenereerd door de methaankoppelingreactie. Alle proeven werden uitgevoerd in deze configuratie.Tests were conducted in a tubular quartz reactor with two separate concentric compartments. The reaction therefore took place in separate gas flows. Cracking was performed in the inner tube and the methane coupling in the outer tube. The reaction was performed under adiabatic conditions. This was accomplished through the use of a power source that supplied a predetermined amount of power to the oven independent of the oven temperature. With this arrangement, temperature fluctuations in the inner ethane cracker tube could be attributed to the heat generated by the methane coupling reaction. All tests were performed in this configuration.

De katalysator die werd gebruikt gedurende de proeven onder voorbeeld 1 is Ca0/Sm203 (30/70 mol/mol). De keuze van deze katalysator is gebaseerd op proeven die aantonen dat deze combinatie een goede opbrengst levert en een goede stabiliteit vertoont. De hoeveelheid gebruikte katalysator was 3 g en verschafte een voldoende methaanconversie bij 825°C (25 mol%).The catalyst used during the experiments under Example 1 is CaO / Sm 2 O 3 (30/70 mol / mol). The choice of this catalyst is based on tests demonstrating that this combination produces a good yield and exhibits good stability. The amount of catalyst used was 3 g and provided a sufficient methane conversion at 825 ° C (25 mol%).

Het stromingsdebiet van het reactiemengsel CH4+02+He werd vanaf de start ingesteld op 158 ml/min, met de volumeverhouding He:02:CH4 = 44:19:37. Het stromingsdebiet van C2H6 + He in de binnenste buis werd ingesteld op 110 ml/min met de volumeverhouding C2H6:He = 26:74.The flow rate of the reaction mixture CH4 + 02 + He was adjusted from the start to 158 ml / min, with the volume ratio He: 02: CH4 = 44:19:37. The flow rate of C2H6 + He in the inner tube was adjusted to 110 ml / min with the volume ratio C2H6: He = 26:74.

Om de warmteuitwisseling tussen een combinatie van exotherme en endotherme reacties aan te tonen werd de volgende serie proeven uitgevoerd.To demonstrate the heat exchange between a combination of exothermic and endothermic reactions, the following series of tests was performed.

1. Aanvankelijk werd de methaankoppelingreactie uitgevoerd in de buitenste reactor en het kraken van ethaan werd tegelijkertijd uitgevoerd in de binnenste buis (zowel mee- en tegenstroomconfiguraties). Beide reacties konden blijven verlopen totdat de stationaire toestand was bereikt en de omzetting werd gemeten.1. Initially, the methane coupling reaction was conducted in the outer reactor and ethane cracking was simultaneously conducted in the inner tube (both co-and countercurrent configurations). Both reactions were allowed to proceed until steady state and conversion were measured.

2. Het methaankoppelingsreactiemengsel in de buitenste buis werd vervolgens vervangen door helium (helium is inert en produceert geen warmte). Nadat stationaire niveaus werden bereikt werd de omzetting van ethaan in de binnenste buis en de temperatuur gemeten.2. The methane coupling reaction mixture in the outer tube was then replaced with helium (helium is inert and does not produce heat). After stationary levels were reached, the conversion of ethane in the inner tube and the temperature were measured.

Het He in de buitenste buis werd vervolgens vervangen door reactiemengsel en na het bereiken van de stationaire toestand werd de ethaanomzetting in de binnenste buis gemeten.The He in the outer tube was then replaced with reaction mixture and after reaching the stationary state, the ethane conversion in the inner tube was measured.

3. Deze cyclus werd vervolgens herhaald.3. This cycle was then repeated.

De verandering in de mate van de reactie in de binnenste buis bij de overgang van stap 1 naar stap 2 is een maat voor het gebruik van de warmte die wordt geproduceerd door de methaankoppelingreactie in de buitenste buis.The change in the degree of reaction in the inner tube at the transition from step 1 to step 2 is a measure of the use of the heat produced by the methane coupling reaction in the outer tube.

Voorbeeld 1Example 1

Een eerste serie proeven werd uitgevoerd met beide reactiemengsels in de zelfde richting stromend.A first series of tests was performed with both reaction mixtures flowing in the same direction.

Bij 825°C produceerde de koppeling 29,08% C2-produkten en 70,9% C0/C02 voor 27,4% methaanomzetting en 99,9% zuurstofomzetting. Onder deze condities was de temperatuur van het ethaankraakcompartiment 827°C, en de ethaanomzetting was 64,8%. Bij het vervangen van het methaankoppelingmengsel in de buitenste buis door helium zakte de temperatuur in de binnenste buis naar 787°C en zakte de ethaanomzetting overeenkomstig naar 52,1%. Deze resultaten tonen duidelijk aan dat de warmte die werd geproduceerd gedurende de methaankoppelingreactie ertoe leidt dat de ethaanomzetting toeneemt (52,1 -* 64,8%). Deze resultaten konden cyclisch worden gereproduceerd.At 825 ° C, the coupling produced 29.08% C2 products and 70.9% CO2 / CO2 for 27.4% methane conversion and 99.9% oxygen conversion. Under these conditions, the temperature of the ethane cracking compartment was 827 ° C, and the ethane conversion was 64.8%. When replacing the outer tube methane coupling mixture with helium, the temperature in the inner tube dropped to 787 ° C and the ethane conversion dropped correspondingly to 52.1%. These results clearly demonstrate that the heat produced during the methane coupling reaction causes the ethane conversion to increase (52.1 - * 64.8%). These results could be reproduced cyclically.

Voorbeeld 2Example 2

Een tweede serie proeven werd uitgevoerd met α-Α1203 in plaats van Ca0/Sm203. Het volume α-Α1203 was hetzelfde als het volume van de katalysator die werd gebruikt in de vorige proeven, teneinde de condities in de reactie gelijk te houden. Bij 850°C werd de samenstelling van de gassen uit het methaankoppelingcompartiment na de reactie 83,6% C0/C02 en slechts 16,4% C2-produkten. De omzettingen waren: 99,2% voor 02 en 14,8% voor CH4. Deze hoeveelheid reactie had ook een effect op de kraakreactie in de binnenste buis. De temperatuur steeg van 787°C naar 802°C en de ethaanomzetting steeg van 47,92% naar 62,45% toen helium in de buitenste buis werd vervangen door aardgas, zuurstof en helium.A second series of tests was performed with α-Α1203 instead of Ca0 / Sm203. The volume α-Α1203 was the same as the volume of the catalyst used in the previous runs to keep the conditions in the reaction the same. At 850 ° C, the composition of the gases from the methane coupling compartment after the reaction became 83.6% CO2 / CO2 and only 16.4% C2 products. The conversions were: 99.2% for 02 and 14.8% for CH4. This amount of reaction also had an effect on the cracking reaction in the inner tube. The temperature rose from 787 ° C to 802 ° C and the ethane conversion rose from 47.92% to 62.45% when helium in the outer tube was replaced with natural gas, oxygen and helium.

Het meest opvallende aspect van deze proeven is dat in beide gevallen (a-Al203 en Ca0/Sm203) bij de afwezigheid van de methaankoppelingreactie in de buitenste buis (alleen He-stroming) dezelfde ethaanomzetting werd waargenomen in de binnenste buis. Dit betekent dat enig ander warmte-overdrachteffect niet in beschouwing hoeft te worden genomen.The most striking aspect of these tests is that in both cases (α-Al 2 O 3 and CaO / Sm 2 O 3), in the absence of the methane coupling reaction in the outer tube (He flow only), the same ethane conversion was observed in the inner tube. This means that any other heat transfer effect need not be considered.

Voorbeeld 3Example 3

Een derde serie proeven werd uitgevoerd onder dezelfde omstandigheden als de eerste, maar met de reactiemengsels stromend in tegengestelde richtingen. Het effect op het kraken was duidelijk niet groter met dit type stroming. De temperatuur steeg van 795°C naar 828°C en de ethaanomzetting steeg van 49,9% naar 67,3% als de situatie in de buitenste buis werd gewijzigd van geen reactie (alleen He) naar methaan-oxidatie welke warmte produceert.A third series of tests was run under the same conditions as the first, but with the reaction mixtures flowing in opposite directions. The effect on cracking was clearly no greater with this type of flow. The temperature rose from 795 ° C to 828 ° C and the ethane conversion rose from 49.9% to 67.3% when the outer tube situation was changed from no reaction (He only) to methane oxidation producing heat.

Bepaling van de gegenereerde/gebruikte warmtes gedurende de reacties.Determination of the generated / used heat during the reactions.

In het methaankoppelingreactie-compartiment wordt een overmaat warmte gegenereerd als gevolg van de reactie tussen zuurstof en methaan als de gasstroom wordt veranderd van inert (He) naar methaan en zuurstof. Dit veroorzaakt een toename in de omzetting van ethaan in het binnenste compartiment en de additionele warmte die deze incrementele omzetting teweeg zou brengen is berekend. Dit zou overeenkomen met het bepalen van het verschil in concentraties bij de temperaturen 787 en 827°C (dit temperatuurverschil wordt veroorzaakt door het introduceren van het methaankoppelingreactiemengsel in de buitenreactor in de plaats van He). Deze twee waarden met warmtes (de hoeveelheid warmte gegenereerd door de methaankoppelingreactie in de buitenste buis en de warmte die nodig is om ethaan in ethyleen om te zetten in de binnenste reactor) zijn gebruikt om te vergelijken. De resultaten van deze vergelijking zijn verzameld in de onderstaande tabellen 3 en 4.In the methane coupling reaction compartment, an excess of heat is generated as a result of the reaction between oxygen and methane when the gas flow is changed from inert (He) to methane and oxygen. This causes an increase in the conversion of ethane in the inner compartment and the additional heat that this incremental conversion would produce has been calculated. This would correspond to determining the difference in concentrations at temperatures 787 and 827 ° C (this temperature difference is caused by introducing the methane coupling reaction mixture into the outdoor reactor in place of He). These two values of heat (the amount of heat generated by the methane coupling reaction in the outer tube and the heat required to convert ethane to ethylene in the inner reactor) were used to compare. The results of this comparison are summarized in Tables 3 and 4 below.

Tabel 3.Table 3.

Figure NL9300168AD00131

Concentraties van verschillende produkten bij de uitgang van de methaankoppelingreactor en de corresponderende gegenereerde warmte (minteken geeft aan dat de warmte is vrijgekomen (exotherme reactie)) gedurende de reactie. (Katalysator Ca/Sm203) (Voedingconcentratie CH4=33,56.10'4 en 02 = 17,23.10'4 mol/min)Concentrations of different products at the exit of the methane coupling reactor and the corresponding generated heat (minus sign indicates that the heat has been released (exothermic reaction)) during the reaction. (Catalyst Ca / Sm203) (Feed concentration CH4 = 33.56.10'4 and 02 = 17.23.10'4 mol / min)

Totale warmte gegenereerd door de bovenstaande reacties is -0,605 kJ/min.Total heat generated by the above reactions is -0.605 kJ / min.

Tabel 4.Table 4.

Figure NL9300168AD00132

* situatie als de methaanoxidatie plaatsvindt in de buitenste reactor* situation if the methane oxidation takes place in the outer reactor

** geen reactie in de buitenste buis; alleen helium stroomt *** waarde in deze kolom correspondeert met het verschil in de warmte die wordt gebruikt voor de reactie tussen 827 C en 787°C** no reaction in the outer tube; only helium flows *** value in this column corresponds to the difference in the heat used for the reaction 827 C and 787 ° C

Concentraties van verschillende produkten bij de uitgang van de ethaan-kraakreactor en de corresponderende warmte die wordt gegeneerd/gebruikt (minteken geeft vrijgekomen warmte (exothermiciteit) en plusteken geeft geabsorbeerde warmte (endothermiciteit) gedurende de reactie aan.Concentrations of different products at the ethane cracking reactor outlet and the corresponding heat generated / used (minus sign indicates heat released (exothermicity) and plus sign indicates absorbed heat (endothermicity) during the reaction.

Totale warmte die wordt gebruikt voor de extra hoeveelheid reactie is 0,046 kJ/min.Total heat used for the additional amount of reaction is 0.046 kJ / min.

Methaankoppeling onder de reactiecondities volgens bovenstaande voorbeelden produceert 0,605 kJ/min reactiewarmte in de buitenste reactor. Dit is het daadwerkelijke verschil in warmte dat wordt geproduceerd als de stroming in de buitenste reactor wordt veranderd van helium naar het methaankoppelingreactie-mengsel, omdat deze buitenste reactor wordt voorzien van een constante (gefixeerde) warmteflux uit de uitwendige oven.Metane coupling under the reaction conditions of the above examples produces 0.605 kJ / min reaction heat in the outer reactor. This is the actual difference in heat produced when the flow in the outer reactor is changed from helium to the methane coupling reaction mixture because this outer reactor is supplied with a constant (fixed) heat flux from the external furnace.

Bij het veranderen van helium naar het methaankoppelingsreactiemengsel in de buitenste reactor neemt de temperatuur in de binnenste reactor, waar het kraken van ethaan plaatsvindt, toe. Dienovereenkomstig neemt de ethaanomzetting toe daar dit een endotherm proces is en meer warmte beschikbaar is. Deze toename in geabsorbeerde warmte, 0,046 kJ/min moet komen uit de reactiewarmte van het methaankoppelingcompartiment daar, zoals al opgemerkt, de oven-warmteflux constant is.As helium changes to the methane coupling reaction mixture in the outer reactor, the temperature in the inner reactor, where ethane cracking occurs, increases. Accordingly, the ethane conversion increases as this is an endothermic process and more heat is available. This increase in absorbed heat, 0.046 kJ / min, must come from the heat of reaction of the methane coupling compartment since, as already noted, the furnace heat flux is constant.

Uit de tabellen 3 en 4 is te zien dat de hoeveelheid warmte die wordt gebruikt in het binnenste compartiment voor het kraken van ethaan minder is dan die welke wordt geproduceerd in het methaankoppelingcompartiment; dit kan worden veroorzaakt door warmteverliezen die voortkomen uit de geometrie van de reactor. In proeven uit de voorbeelden is de warmte van een exotherme reactie gebruikt om een endotherme reactie, die warmte vereist, te laten voortgaan.Tables 3 and 4 show that the amount of heat used in the inner ethane cracking compartment is less than that produced in the methane coupling compartment; this can be caused by heat losses arising from the geometry of the reactor. In experiments of the examples, the heat of an exothermic reaction has been used to continue an endothermic reaction that requires heat.

Claims (20)

1. Werkwijze voor het katalytisch omzetten van methaan tot koolwaterstoffen met ten minste twee koolstofatomen, waarbij men een eerste voedingsgas dat methaan en zuurstof bevat aan een katalysator bevattende eerste reactieruimte toevoert, deze reactieruimte onder zodanige condities van temperatuur en druk houdt dat een exotherme omzettingsreactie plaatsvindt en uit de reactieruimte een produktgas afvoert dat betrekkelijk rijk aan koolwaterstoffen met ten minste twee koolstofatomen en waterdamp is, met het kenmerk. dat men gelijktijdig aan een tweede reactieruimte, die met de eerste reactieruimte in warmtewisselingscontact staat, een tweede voedingsgas toevoert dat koolwaterstoffen met of zonder stoom of kooldioxide bevat, deze tweede reactieruimte onder zodanige condities van temperatuur houdt dat daarin een endotherme reactie plaatsvindt en uit de tweede reactieruimte een produktgas met gewenste samenstelling afvoert, een en ander zodanig dat door warmte-overdracht vanuit de eerste naar de tweede reactieruimte de temperatuur in beide ruimtes kan worden beheerst.A process for the catalytic conversion of methane to hydrocarbons with at least two carbon atoms, wherein a first feed gas containing methane and oxygen is fed to a catalyst-containing first reaction space, this reaction space is kept under such conditions of temperature and pressure that an exothermic conversion reaction takes place and discharging from the reaction space a product gas which is relatively rich in hydrocarbons having at least two carbon atoms and water vapor, characterized. to simultaneously supply a second feed gas containing hydrocarbons with or without steam or carbon dioxide to a second reaction space which is in heat exchange contact with the first reaction space, the second reaction space is maintained under such conditions of temperature that an endothermic reaction takes place therein and from the second reaction space discharges a product gas of the desired composition, such that the temperature in both spaces can be controlled by heat transfer from the first to the second reaction space. 2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de temperatuur in de tweede reactieruimte nagenoeg gelijk aan de temperatuur in de eerste reactieruimte wordt gehouden.A method according to claim 1, characterized in that the temperature in the second reaction space is kept substantially equal to the temperature in the first reaction space. 3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de temperatuur in de eerste reactieruimte op een waarde tussen circa 600°C en circa 1000°C wordt gehouden.Method according to claim 2, characterized in that the temperature in the first reaction space is kept at a value between about 600 ° C and about 1000 ° C. 4. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de temperatur in de eerste reactieruimte op een waarde tussen circa 700°C en circa 900°C wordt gehouden.Process according to claim 3, characterized in that the temperature in the first reaction space is kept at a value between about 700 ° C and about 900 ° C. 5. Werkwijze volgens een der conclusies 1-4, met het kenmerk. dat men de druk in de eerste reactieruimte instelt op een waarde van circa 1 atm.A method according to any one of claims 1-4, characterized. that the pressure in the first reaction chamber is adjusted to a value of approximately 1 atm. 6. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de endotherme reactie een thermische kraakreactie is en het tweede voedingsgas ethaan, propaan, LPG, butaan, nafta, gasolie of andere koolwaterstoffen bevat en het produktgas rijk is aan alkenen.Process according to claim 1 or 2, characterized in that the endothermic reaction is a thermal cracking reaction and the second feed gas contains ethane, propane, LPG, butane, naphtha, gas oil or other hydrocarbons and the product gas is rich in olefins. 7. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de endotherme reactie een stoom-kraakreactie is en het tweede voedingsgas ethaan, propaan, LPG, butaan, nafta, gasolie of andere koolwaterstoffen bevat en het produktgas rijk is aan alkenen.Process according to claim 1 or 2, characterized in that the endothermic reaction is a steam cracking reaction and the second feed gas contains ethane, propane, LPG, butane, naphtha, gas oil or other hydrocarbons and the product gas is rich in olefins. 8. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de endotherme reactie een katalytische of niet katalytische reformreactie voor het maken van synthesegas is, waarbij het tweede voedingsgas methaan, aardgas, LPG of andere koolwaterstoffen naast stoom bevat en het produktgas rijk is aan koolmonoxide en waterstof.Process according to claim 1 or 2, characterized in that the endothermic reaction is a catalytic or non-catalytic reforming reaction for producing synthesis gas, the second feed gas containing methane, natural gas, LPG or other hydrocarbons in addition to steam and the product gas being rich of carbon monoxide and hydrogen. 9. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de endotherme reactie een katalytische of niet katalytische reformreactie voor het maken van synthesegas is, waarbij het tweede voedingsgas methaan, aardgas, LPG of andere koolwaterstoffen naast kooldioxide bevat en het produktgas rijk is aan koolmonoxide en waterstof.Process according to claim 1 or 2, characterized in that the endothermic reaction is a catalytic or non-catalytic reforming reaction for producing synthesis gas, wherein the second feed gas contains methane, natural gas, LPG or other hydrocarbons in addition to carbon dioxide and the product gas is rich of carbon monoxide and hydrogen. 10. Werkwijze volgens conclusie 1-9, met het kenmerk, dat de katalysator in de eerste reactieruimte deeltjesvormig is en door middel van het voedingsgas in gefluïdiseerde toestand wordt gehouden.Process according to claims 1-9, characterized in that the catalyst in the first reaction space is particulate and is kept in a fluidized state by means of the feed gas. 11. Werkwijze volgens een der conclusies 1-10, met het kenmerk. dat men in de eerste reactor als katalysator Ca0/Sm203 inbrengt.A method according to any one of claims 1-10, characterized. that Ca / Sm 2 O 3 is introduced as catalyst in the first reactor. 12. Werkwijze volgens een der conclusies 1-10, met het kenmerk. dat men in de eerste reactor als katalysator α-Α1203 inbrengt.A method according to any one of claims 1-10, characterized. that α-201203 is introduced as catalyst in the first reactor. 13. Katalysator voor het omzetten van methaan tot C2-koolwaterstoffen volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat deze Ca0/Sm02 bevat.Catalyst for converting methane to C 2 hydrocarbons according to claim 1, characterized in that it contains CaO / SmO 2. 14. Inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze van conclusie 1, omvattende een reactor waarin zich een eerste reactiecompartiment met katalysator voor het uitvoeren van de exotherme reactie bevindt, met het kenmerk, dat tevens een tweede reactiecompartiment voor het uitvoeren van de endotherme reactie aanwezig is, welk tweede reactiecompartiment in warmtewisselend contact met het eerste reactiecompartiment staat.Device for carrying out the method of claim 1, comprising a reactor containing a first reaction compartment with catalyst for carrying out the exothermic reaction, characterized in that a second reaction compartment for carrying out the endothermic reaction is also present which second reaction compartment is in heat-exchanging contact with the first reaction compartment. 15. Inrichting volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat de reactor buisvormig is en uit twee concentrische buizen bestaat, waarbij de compartimenten binnen deze buizen elk met een inlaat voor voedingsgas en een uitlaat voor produktgas zijn verbonden.Device according to claim 14, characterized in that the reactor is tubular and consists of two concentric tubes, the compartments within these tubes each being connected to a feed gas inlet and a product gas outlet. 16. Inrichting volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat de reactor een opstaand cilindrisch reactievat heeft, voorzien van een inlaat voor voedingsgas en een uitlaat voor produktgas, binnen welk reactievat zich het eerste reactiecompartiment bevindt, en dat het tweede reactiecompartiment wordt gevormd door een gewonden buis met eigen inlaat en uitlaat, welke buis door het eerste reactiecompartiment loopt.Device according to claim 14, characterized in that the reactor has an upright cylindrical reaction vessel, provided with a feed gas inlet and a product gas outlet, within which reaction vessel the first reaction compartment is located, and in which the second reaction compartment is formed by a wound tube with its own inlet and outlet, which tube passes through the first reaction compartment. 17. Inrichting volgens conclusie 16, met het kenmerk, dat de gewonden buis uit een keramisch materiaal bestaat of daarmee is bekleed.Device according to claim 16, characterized in that the wound tube consists of or is coated with a ceramic material. 18. Inrichting volgens conclusie 17, met het kenmerk, dat het keramische materiaal is gekozen uit Si02, A1203, SiN, Sic, Zr02, CaO, BaO en ZnO of een ander basisch oxide.Device according to claim 17, characterized in that the ceramic material is selected from SiO 2, Al 2 O 3, SiN, Sic, ZrO 2, CaO, BaO and ZnO or another basic oxide. 19. Inrichting volgens conclusie 14-18, met het kenmerk, dat warmtewisselaars aanwezig zijn voor warmtewisseling tussen voedingsgassen en produktgassen.19. Device as claimed in claims 14-18, characterized in that heat exchangers are present for heat exchange between feed gases and product gases. 20. Inrichting volgens conclusie 19, met het kenmerk, dat ten minste één der warmtewisselaars in de reactor is opgenomen.Device according to claim 19, characterized in that at least one of the heat exchangers is included in the reactor.
NL9300168A 1992-10-27 1993-01-27 Catalytic conversion of methane NL9300168A (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL9201865 1992-10-27
NL9201865 1992-10-27

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NL9300168A true NL9300168A (en) 1994-05-16

Family

ID=19861434

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL9300168A NL9300168A (en) 1992-10-27 1993-01-27 Catalytic conversion of methane

Country Status (1)

Country Link
NL (1) NL9300168A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2711348A1 (en) * 2012-09-20 2014-03-26 Linde Aktiengesellschaft Method and device for producing ethylene
CN110386853A (en) * 2019-07-09 2019-10-29 洛阳理工学院 A kind of coupling technique of Catalyst for Oxidative Coupling of Methane and methane dry reforming preparing synthetic gas

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2711348A1 (en) * 2012-09-20 2014-03-26 Linde Aktiengesellschaft Method and device for producing ethylene
WO2014044387A1 (en) * 2012-09-20 2014-03-27 Linde Aktiengesellschaft Plant and method for producing ethylene
CN104781217A (en) * 2012-09-20 2015-07-15 林德股份公司 Plant and process for preparing ethylene
JP2015529230A (en) * 2012-09-20 2015-10-05 リンデ アクチエンゲゼルシャフトLinde Aktiengesellschaft Equipment and method for producing ethylene
CN104781217B (en) * 2012-09-20 2016-11-09 林德股份公司 For producing the apparatus and method of ethene
RU2636317C2 (en) * 2012-09-20 2017-11-22 Линде Акциенгезелльшафт Plant and production method of ethylene
US9957205B2 (en) 2012-09-20 2018-05-01 Linde Aktiengesellschaft Plant and method for producing ethylene
CN110386853A (en) * 2019-07-09 2019-10-29 洛阳理工学院 A kind of coupling technique of Catalyst for Oxidative Coupling of Methane and methane dry reforming preparing synthetic gas

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1140738B1 (en) Method for converting natural gas to liquid hydrocarons
Huff et al. Ethylene formation by oxidative dehydrogenation of ethane over monoliths at very short contact times
US6602920B2 (en) Method for converting natural gas to liquid hydrocarbons
DK167864B1 (en) PROCEDURE AND REACTOR SYSTEM FOR REFORMING CARBON HYDROIDS DURING HEAT EXCHANGE
US4804797A (en) Production of commodity chemicals from natural gas by methane chlorination
RU2478426C2 (en) Catalyst and method of converting natural gas to high-carbon compounds
US4822521A (en) Integrated process and apparatus for the primary and secondary catalytic steam reforming of hydrocarbons
US4337170A (en) Catalytic steam reforming of hydrocarbons
AU597362B2 (en) Process and apparatus for the production of synthesis gas
US8030532B2 (en) Method for production of styrene from toluene and syngas
US20170240488A1 (en) Method for converting methane to ethylene and in situ transfer of exothermic heat
Schmidt et al. New ways to make old chemicals
WO2018013349A1 (en) Integrated process combining methane oxidative coupling and dry methane reforming
WO2016209811A1 (en) Systems for promoting endothermic conversions with oxygen transfer agents
US11691115B2 (en) Method and device for carrying out endothermic gas phase-solid or gas-solid reactions
US4442020A (en) Catalytic steam reforming of hydrocarbons
CA2495290A1 (en) Isothermal method for dehydrogenating alkanes
NL9300168A (en) Catalytic conversion of methane
US5866745A (en) Catalytic/oxidative promoted hydrocarbon pyrolysis
KR870001911B1 (en) Process for dehydrogenation of carbohydrates
CA3127064A1 (en) Production of synthesis gas and of methanol
CA3126791A1 (en) Methanol production process with increased energy efficiency
WO1995024367A1 (en) Natural gas conversion to higher hydrocarbons
US20230212105A1 (en) Forming acetic acid by the selective oxidation of methane
SU1581215A3 (en) Method of obtaining styrene

Legal Events

Date Code Title Description
A1B A search report has been drawn up
BC A request for examination has been filed
BN A decision not to publish the application has become irrevocable