TWI804654B - 糖類利用電阻加熱的熱解分裂 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種自糖類大規模及節能地製造含氧化合物之方法，其中將糖類原料引入至熱解分裂反應器中，該熱解分裂反應器包含經流體化之載熱粒子流，該經流體化之載熱粒子流係與反應產物分離並且被導向包含電阻加熱系統之再熱器。

Description

糖類利用電阻加熱的熱解分裂
本發明之具體實例係關於將糖類原料轉化為C1-C3含氧化合物之方法以及適用於進行該方法之系統，其中將載熱粒子用於為糖類之熱解分裂提供熱量，且將用過的載熱粒子在配備有電阻加熱系統之再熱器中再加熱。該方法及系統適用於工業應用，並且該方法可作為大規模連續方法而進行。
由於生物質(biomass)具有補充及可能替代石油作為製備商業化學品之原料之潛力，其作為原料係特別受到關注。近年來，已研究各種用於開發生物質之技術。碳水化合物占生物質很大一部分，並且正在建立各種策略以有效地將其用作製備商業化學品之原料。此等策略包括各種基於發酵之方法、熱解及其他方法，諸如氫解、氫甲醯化或酸催化脫水。
由生物質所製造之化學品之實例包括：合成天然氣、生物燃料，諸如乙醇及生物柴油、食物褐變材料、及商業化學品，諸如二醇(乙二醇及丙二醇)、酸(乳酸、丙烯酸及乙醯丙酸)及範圍廣泛之其他重要的化學中間體(環氧氯丙烷、異戊二烯、糠醛及合成氣)。
因此，正在開發C1-C3含氧化合物產物之新用途，並且預期對此等產物之需求增加。此種含氧化合物產物可例如用於藉由將含氧化合物產物經受氫化來製造乙二醇及丙二醇(參見例如WO 2016/001169)，或用於如WO 2017/064267中所述之清除硫化氫。然而，可設想許多其他用途。
已提出數種藉由熱解將糖類轉化為C1-C3含氧化合物之系統(亦稱為糖類之裂解或糖類之熱解分裂)。
在WO 92/17076中，建議使用電爐間接地提供熱量或直接藉由天然氣或丙烷之燃燒來提供熱量。熱源之實例為經加熱之砂。在實例中，似乎使用砂來提供熱量，並且在熱解反應器內發生氣體之燃燒以提供經加熱之砂粒。
在US 7,094,932中，藉由通過熱解反應器之壁之電加熱來提供熱量。在實施例6中，該方法按比例放大，但不為按工業規模放大。
WO 2017/216311揭示一種反應器系統，其包含與再熱器反應器連接之分離式熱解反應器，以提供循環流體化床反應器系統，其中藉由自外部燃燒腔室輸送燃燒氣體至再熱器而將再熱器中之載熱粒子加熱至所需溫度。然後將經加熱之載熱粒子再循環至熱解反應器中，以為糖類之熱解分裂提供熱量。
然而，仍然需要高產率及更高能效的反應器系統及方法，以用於自適合於大規模製造之糖類製備可持續的C1-C3含氧化合物。
本申請案之發明人-希望開發一種用於製造可持續的C1-C3含氧化合物之工業上可應用之方法-其已發現通過經電加熱之反應器壁提供熱量之熱解分裂反應器完全不適合用於工業應用。至反應器蒸氣之有限的熱通量需要延長的滯留時間，此對於工業應用，尤其對於將糖類轉化為C1-C3含氧化合物係非常不利的。本發明人亦發現，在升流管(riser)再熱器中具有用於燃燒甲烷以產生用於加熱載熱粒子之煙道氣之外部燃燒腔室具有一些缺點，因為其需要 大量的煙道氣流來向系統輸送足夠的熱量。本申請案之發明人驚訝地發現，藉由提供以下的反應器系統可獲得許多顯著的優點：該反應器系統包含使用電阻加熱作為熱源之再熱器，其用於加熱反應器系統中之用過的載熱粒子以藉由熱解分裂自糖類製造C1-C3含氧化合物。對於工業應用，值得注意的是，即使產率、選擇性及/或轉化率之小幅增加亦可節省大量成本。
本發明人現在開發一種改良的循環流體化床反應器系統，其包含熱解分裂反應器(亦稱為分裂反應器)及再熱器，該再熱器配備有加熱系統，該加熱系統採用電阻加熱來加熱再熱器內之載熱粒子。
因此，提供一種用於將糖類熱解分裂成C1-C3含氧化合物之反應器系統，其包含：
- 包含載熱粒子之分裂反應器，其用於提供熱量至自糖類至C1-C3含氧化合物之熱解分裂中，該分裂反應器配備有用於將經加熱之載熱粒子引入至分裂反應器中之分裂粒子入口，用於自分裂反應器收集用過的載熱粒子之分裂粒子出口，用於將糖類引入至分裂反應器中之原料入口，包含分裂區並且允許糖類之熱解分裂之分裂升流管，以及用於回收C1-C3含氧化合物之產物出口；
- 再熱器，該再熱器包含：
o 第一再熱器氣體入口
o 再熱器粒子入口
o 再熱器粒子出口
o 再熱器氣體出口
o 電阻加熱系統
- 第一流動裝置，以用於將用過的載熱粒子自分裂粒子出口輸送至再熱器粒子入口；
- 第二流動裝置，以用於將經加熱之載熱粒子自再熱器粒子出口輸送至 分裂粒子入口；其中電阻加熱系統包含導電材料之加熱結構，該加熱結構設置在再熱器內之加熱區中，以向再熱器內之載熱粒子提供熱量。
在本文中，“加熱區”係指再熱器之加熱區。即使在不脫離本發明之情況下可在反應器系統之其他部分中提供熱量。例如，經加熱之載熱粒子將熱量傳遞至分裂升流管內之分裂區中之原料。
第一流動裝置及第二流動裝置應分別建立自分裂粒子出口至再熱器粒子入口及自再熱器粒子出口至分裂粒子入口之流體連接。流動裝置之具體實例包括管(pipe或tube)，其中粒子為流體化的。應選擇第一流動裝置及第二流動裝置之尺寸及角度以促進載熱粒子之流體化。為了維持循環流體化反應器系統，應將載熱粒子保持在流體化狀態，以使載熱粒子流表現得像流體並且循環。通常，較佳使用接近垂直之第一流動裝置及第二流動裝置。其亦較佳具有120°至240°之間之角度。通常，應選擇第一流動裝置及第二流動裝置之直徑以獲得1kg/m2/s至2000kg/m2/s之床材料通量。可增加額外的流體化氣體入口至第一流動裝置及/或第二流動裝置。較佳地，第一流動裝置及/或第二流動裝置配備有流體控制裝置，諸如控制第一流動裝置及/或第二流動裝置中之流體流動之閥。
反應器系統之材料應耐熱及腐蝕。
在反應器系統之具體實例中，導電材料之加熱結構係連接至電源供應器，其中該電源供應器經組態為將載熱粒子加熱至至少300℃且至多900℃，諸如300℃至800℃，400℃至700℃或500℃至650℃之再熱器出口溫度。加熱系統之確切組態將取決於加熱結構之尺寸(橫截面及長度)，以在加熱結構中獲得所需的電阻從而產生所需的能量。經加熱之載熱粒子之出口溫度取決於自加熱結構至載熱粒子之熱通量以及載熱粒子在加熱區中之滯留時間。
載熱粒子可選自由砂、二氧化矽、玻璃、氧化鋁、鋼及碳化矽所組成之群，並且載熱粒子之Sauter平均粒子尺寸可在20μm至400μm範圍內，諸如20μm至300μm範圍內、20μm至200μm範圍內或20μm至100μm範圍內。Sauter平均直徑為粒子尺寸之平均值，該粒子尺寸係定義為具有與目標粒子相同的體積/表面積比之球體直徑。
與已知解決方案相比，此種系統具有若干優點。該系統適用於自糖類工業製造可持續的C1-C3含氧化合物，並且提供了降低所獲得之每種產物之成本之可能性。該系統提供減小再熱器之尺寸及複雜性之可能性，同時為該方法提供相同的熱量，以及簡化將糖類熱解分裂成C1-C3含氧化合物之方法之可能性，從而節省成本。在反應器系統之具體實例中，再熱器之加熱區中之直徑與分裂升流管之分裂區中之直徑之比例可在1：1至30：1範圍內。根據本申請案之反應器系統允許減少進入反應器系統之所需的空氣壓縮。因此，與已知系統相比，可需要更小的壓縮機。在再熱器中使用蒸氣之情況下，甚至可省去壓縮機以允許水蒸發，從而原位產生再熱器流體化氣體。
再熱器為具有反應器壁之反應器，其構成再熱器內部與周圍環境之間之界限。合適的反應器壁材料為鋼。
根據本發明之具體實例之反應器系統之再熱器包含藉由電阻加熱提供熱量之加熱系統。熱量之主要部分，諸如至少70%、80%、90%或100%之熱量係由導電材料所製造之加熱結構所提供。在加熱結構之二個點之間施加電流，使得在二個點之間提供電阻熱。
在根據本發明之具體實例中，加熱結構之導電材料可由在20℃下具有10-7Ω‧m至10-5Ω‧m範圍內之電阻率之材料所組成。加熱結構之導電材料可由提供自加熱結構至載熱粒子之在500W/m2至500,000W/m2範圍內之熱通量之材料所組成。可藉由調節施加至加熱結構之電流及電壓來調節熱通量。 導電材料可包含金屬或金屬合金，其包含銅、銀、鋁、鉻、鐵及鎳中之一或多者。或者或另外，加熱結構之導電材料可包含導電陶瓷材料，諸如包含碳化矽、碳化鉬、碳化鎢、氮化鈦、二矽化鉬、二硫化鎢中之一或多者之材料；或其混合物。
電阻加熱系統可另外包含覆蓋加熱結構之表面之至少50%，諸如加熱結構之表面之至少70%、80%或90%之保護層。因此，保護層可包含具有在20℃下高於109Ω‧m，諸如在20℃下109Ω‧m至1025Ω‧m範圍內之電阻率之材料，諸如選自由碳化矽、氧化鋁、氧化鋯、氮化矽及/或耐火襯裡所組成之群之陶瓷材料。
加熱結構可具有任何形狀。然而，較佳為提供機械及電穩定性及用於將熱量供應至再熱器之加熱區之相當高的表面積之形狀。加熱結構可成形為一或多個桿、圓柱或板，並且其可在加熱區內之任何方向上設置。若使用多個桿、圓柱、板或其他形狀，則其可以並聯或串聯連接，並且其可設置在不同的方向上。加熱結構可通過分離式導體連接至電源供應器，或者加熱結構本身可直接連接至電源供應器。
可將電源供應器設置在再熱器內或再熱器之反應器壁外部。
當將電源供應器設置在反應器壁外部時，將加熱結構藉由連接器連接至電源供應器。加熱結構可穿過反應器壁，在此種情況下，連接器與加熱結構為一體的，或者任何中間導體之連接器可穿過反應器壁以將加熱結構電連接至電源供應器。在一個具體實例中，將加熱結構之端部或任何中間導體引導通過反應器壁之上部。此樣做之一個優點為，在關閉反應器或以其他方式停止經流體化之載熱粒子流之情況下，載熱粒子將不會覆蓋連接器。
當將加熱結構之端部或任何中間導體引導通過反應器壁時，其較佳地與反應器壁電絕緣。其可例如設置在包含電絕緣材料之配件中。配件可 部分地為塑膠及/或陶瓷材料。術語“配件”意指表示允許機械連接二個硬體之裝置。因此，儘管反應器壁被穿孔，仍可維持再熱器內部與周圍環境之間之任何壓力差。配件之非限制性實例可為電絕緣配件、介電質配件、動力壓縮密封件、壓縮配件或凸緣。
根據本發明之具體實例，再熱器具有反應器壁，並且加熱結構係在配件中通過該反應器壁連接至電源供應器，該配件使加熱結構與反應器壁電絕緣。較佳地，加熱區係垂直地設置在再熱器氣體出口下方。較佳地，配件係垂直地設置在再熱器粒子出口上方。較佳地，再熱器粒子出口係垂直地設置在分裂粒子入口上方。
當提及垂直位於第二位置上方之第一位置時，應當理解，當在指向重心之垂直軸上投射第一位置及第二位置時，若第一位置之投射在垂直軸上高於第二位置之投射，則第一位置被認為係垂直地位於第二位置上方。“垂直下方”具有類似的定義。
根據本發明之具體實例，分裂反應器可進一步包含：‧用於引入流體化氣體之流體化氣體入口；及/或‧用於將一部分用過的載熱粒子與C1-C3含氧化合物分離之第一分裂粒子分離器；及/或‧用於淬火冷卻C1-C3含氧化合物之冷卻區段；及/或‧用於將任何剩餘用過的熱載粒子與C1-C3含氧化合物分離之第二分裂粒子分離器；及/或‧分裂汽提區，以改良通過其之任何流體之混合。
根據一個具體實例，第一分裂粒子分離器係設置在分離器容器內，並且分離器容器進一步包含配備有擋板或其他內部構件以改良通過其之任何流體之混合之分裂汽提區以及分離器流體化氣體入口；其中汽提區係垂直地 設置在第一分裂粒子分離器下方，並且分離器流體化氣體入口係垂直地設置在分離器汽提區下方。
根據一個具體實例，分裂粒子出口係垂直地設置在分裂汽提區下方並且垂直地設置在再熱器粒子入口上方。
根據本發明之具體實例，再熱器可進一步包含：‧配備有擋板或其他內部構件以改良通過其之任何流體之混合之再熱器汽提區；及/或‧用於提供氧化氣體至再熱器之汽提區之第二再熱器氣體入口；及/或‧再熱器粒子分離器；及/或‧再熱器壓縮機。
根據一個具體實例，再熱器汽提區係垂直地設置在加熱區下方並且垂直地設置在再熱器粒子出口上方。
根據本發明之反應器系統可有利地用於一種將糖類熱解分裂成C1-C3含氧化合物之方法，該方法包含以下步驟：a.提供適合用於流體化之經加熱之載熱粒子；b.將經加熱之載熱粒子通過分裂粒子入口引入至分裂反應器中，以在分裂反應器之分裂升流管中產生經流體化之粒子流，該升流管包含分裂區；c.提供包含糖類之原料；d.將原料引入至經流體化之粒子流中；e.允許糖類經歷熱解分裂，以產生包含所形成之C1-C3含氧化合物之粒子稠密分裂產物；f.將一部分載熱粒子與粒子稠密分裂產物分離，以產生用過的載熱粒子以及包含所形成之C1-C3含氧化合物之粒子貧乏分裂產物；g.回收C1-C3含氧化合物； h.將步驟f)中所分離之用過的載熱粒子自呈第一載熱粒子流形式之分裂粒子出口中取出，並且經由第一流動裝置輸送此第一載熱粒子流，然後將第一載熱粒子流通過再熱器粒子入口供給至再熱器；i.允許該等載熱粒子在該再熱器內在加熱區中吸收熱量，以產生經加熱之載熱粒子；j.將步驟i)中所產生之經加熱之載熱粒子自呈第二載熱粒子流形式之再熱器粒子出口中取出，並且經由第二流動裝置輸送此第二載熱粒子流，然後將第二載熱粒子流通過分裂粒子入口供給至分裂反應器；然後k.重複步驟c)至k)。
在分裂反應器及再熱器中將載熱粒子流體化。較佳地，亦在第一流動裝置及第二流動裝置將載熱粒子流體化。此種系統可稱為循環流體化床反應器系統(circulating fluidized bed reactor system；CFB)。在一個具體實例中，反應器系統為循環流體化床反應器系統。可單獨調節每個反應器中之表觀氣體速度；或者可一致地調節每個反應器中之表觀氣體速度。在一個具體實例中，分裂反應器中之表觀氣體速度比再熱器中之表觀氣體速度高至少3倍，諸如高至少5倍或10倍。通常，藉由引入流體化氣體及/或藉由在反應器內所形成之任何氣體，例如經加熱並且蒸發成蒸氣相之水，來獲得流體化。在一個具體實例中，再熱器之表觀氣體速度係在0.01m/s至2m/s範圍內。在一個具體實例中，分裂反應器之分裂升流管之分裂區中之表觀氣體速度係在3m/s至22m/s範圍內。
分裂反應器之其他態樣揭示於WO 2017/064267(其亦以US 2018/0312410來公開)中。來自US 2018/0312410之分裂反應器及相關方法之態樣以引用之方式併入本文中。
當與WO 2017/064267中所揭示之再熱器(其藉由例如天然氣之 外部燃燒產生熱量)相比時，根據本申請案之反應器系統之再熱器對於工業應用更具吸引力。避免燃燒氣體，此意指存在有需要自再熱器中移除之非常有限量之污染物。此外，可減少局部釋放CO2。另一個優點為可省去或大大減少包含氧化劑(諸如氧氣)之氣體。設備更簡單，並且再熱器之尺寸可顯著減小。例如，減少對空氣壓縮機、熱交換器、空氣過濾器及煙道氣清潔等之要求。由於煙道氣流量顯著更小，因此空氣壓縮機更小，煙道氣熱損失更少，因此能量效率更好。煙道氣亦可用於任何下游蒸餾方法之蒸餾塔中。
此外，用於向再熱器提供熱量之電力可來自可持續的來源，諸如來自風車能源或太陽能，此改良了最終產物之可持續性程度。根據本發明之具體實例之方法之另一個優點為減少對空氣之需求。
在與分裂反應器分離之再熱器中加熱或再加熱載熱粒子之優點為，可藉由燃燒移除在載熱粒子表面上所形成之任何有機材料(諸如煤焦)而不會污染分裂產物及可避免添加氧氣至分裂反應器中。
儘管將反應器系統描述為二個分離式反應器，但是該二個反應器可以各種方式集成，條件為每個反應器係由反應器壁所界定。然而，該等反應器中之一者之部分或全部反應器壁可與另一個反應器之反應器壁共用。在後一種情況下，第一流動裝置及/或第二流動裝置可簡單地構成共用反應器壁中之第一孔及/或第二孔，從而提供二個反應器之間之流體連接。在根據本發明之一個具體實例中，分裂反應器係垂直地置於再熱器上方，並且二個反應器共用一個反應器壁，該反應器壁具有構成第一流動裝置及第二流動裝置之孔。
根據本發明之反應器系統之一個優點為可獨立於流體化氣體流量調節向載熱粒子之熱傳遞。當使用天然氣作為熱源時，燃燒氣體流量必須至一定程度，並且更多的熱量需要增加的表觀氣體速度。而且，經電阻加熱之再熱器不產生NOx，此在環境上係有利的。
在根據本發明之方法中所製造之C1-C3含氧化合物主要係由甲醛(C1)、乙醇醛(C2)、乙二醛(C2)、丙酮醛(C3)及丙酮醇(C3)組成。然而，對於大多數用途，C2含氧化合物及C3含氧化合物為最有價值的產物。自根據本發明之方法中所回收之粗分裂產物包含該等C1-C3含氧化合物之混合物。此可互換地稱為C1-C3含氧化合物混合物、C1-C3含氧化合物產物及C1-C3含氧化合物。在本發明之一個具體實例中，分裂產物富含乙醇醛，此意指至少50重量%，諸如至少60重量%或70重量%之C1-C3含氧化合物混合物為乙醇醛。在本發明之另一個具體實例中，至少50重量%、諸如至少60重量%、70重量%或80重量%之C1-C3含氧化合物混合物為乙醇醛或乙二醛。在本發明之又另一個具體實例中，至少3重量%、諸如至少5重量%或7重量%之C1-C3含氧化合物混合物為丙酮醛。在本發明之又另一個具體實例中，至少3重量%、諸如至少5重量%或7重量%之C1-C3含氧化合物混合物為丙酮醛或丙酮醇。
根據本發明之方法適用於大規模製造C1-C3含氧化合物。因此，以乾糖類之重量計，其適合於每個反應器每年處理大於1,000噸之糖類之量，諸如每個分裂反應器每年處理大於5,000噸、10,000噸、50,000噸、100,000噸或1000,000噸之糖類之量。
根據一個具體實例，載熱粒子在再熱器之加熱區中之每個橫截面積之通量係在5至10,000kg/m2/s範圍內。根據另一個具體實例，再熱器之加熱區中之表觀氣體速度係在0.01m/s至2m/s範圍內。
可將用過的載熱粒子與氧化性氣體流混合以氧化再熱器之加熱區中之用過的載熱粒子表面上存在之任何煤焦，其中氧化性氣體包含3體積%至21體積%範圍內之氧氣(例如通過第二再熱器進氣口饋入)。可使用再熱器流體化氣體(例如通過第一再熱器氣體入口饋入)在再熱器內將載熱粒子流體化。再熱器流體化氣體較佳為諸如氮氣之惰性氣體，但亦可含有諸如氧化性氣 體之其他組分。再熱器流體化氣體可例如包含1ppm至103ppm範圍內之氧氣。再熱器流體化氣體可包含80體積%至99.9體積%之氮氣。
在根據本發明之一個具體實例中，饋入至再熱器之再熱器流體化氣體(Nm3/小時)與饋入至分裂反應器之糖類(公噸/小時)之比例係在10至1000範圍內，諸如100至300範圍內。
在一個具體實例中，步驟j)中所取出之載熱粒子之溫度係在300℃至800℃範圍內，諸如400℃至800℃範圍內、400℃至700℃範圍內或500℃至700℃範圍內。在步驟j)之前，可在再熱器汽提區中自載熱粒子汽提過量的氧氣。
在發生步驟e)之熱解分裂之後，步驟b)中所引入之經加熱之載熱粒子較佳以足以維持至少250℃，諸如至少300℃、350℃、400℃或450℃之溫度之速率被引入，該速率足以獲得經流體化之粒子流。
根據本發明之方法較佳包含以下步驟：在至少50℃之溫度下淬火步驟f)之粒子貧乏分裂產物，使得自原料被引入至經流體化之粒子流至進行淬火之那一刻起，氣體之平均滯留時間最大值為5秒，諸如最大值為3秒，諸如最大值為2秒、1秒、0.8秒或0.6秒。較佳地，將粒子貧乏分裂產物經受第二次分離以製造包含C1-C3含氧化合物之粗分裂產物。
較佳地，原料包含選自由以下組成之群之糖類之水溶液：蔗糖、乳糖、木糖、阿拉伯糖、核糖、甘露糖、塔格糖、半乳糖、葡萄糖及果糖；或其混合物。較佳地，原料中糖類之濃度係在10重量%至90重量%之間。
在根據本發明之具體實例中，以供應給電阻加熱系統之能量(kW)與供應給經加熱之載熱粒子之能量(kW)之百分比所測量之能量效率為至少80%，諸如至少82%至99%、或90%至98%。在另一個具體實例中，供應給電阻加熱系統之能量(kW)與饋入至分裂反應器之糖類(公噸/小時)之比 例係在800至2500範圍內，諸如1100至2000範圍內。
根據本發明，提供一種自糖類製備C1-C3羥基化合物之方法，其包含以下步驟：- 實施根據申請專利範圍第22至40項中任一項之方法；然後- 將C1-C3含氧化合物經受氫化方法以獲得相應的C1-C3羥基化合物。
1:分裂反應器
2:分裂升流管
3:第一分裂粒子分離器
4:第二分裂粒子分離器
5:冷卻區段
6:流體化氣體入口
7:分裂粒子入口
8:原料入口
9:產物出口
10:分裂粒子出口
11:再熱器
12:第一再熱器氣體入口
13:第二再熱器氣體入口
14:再熱器粒子入口
15:再熱器粒子出口
16:再熱器氣體出口
17:再熱器汽提區
18:再熱器粒子分離器
19:第一流動裝置
20:第二流動裝置
21:加熱區
22:第一流動裝置控制裝置
23:第二流動裝置控制裝置
24:分裂汽提區
25:分裂汽提氣體入口
30:電阻加熱系統
31:加熱結構
32:電源供應器
33:配件
34:連接器
35:絕緣材料
36:反應器壁
37:壓縮配件
圖1為根據本發明之一個具體實例之反應器系統之示意圖。
圖2說明包含加熱區及汽提區之再熱器之一個具體實例。
圖3A及3B說明用於引導加熱結構通過再熱器壁之配件之二個不同的具體實例。
圖4說明本發明之反應器系統之一個具體實例，其適合作為循環流體化床反應器系統。
定義
當使用至少x%之程度時，除非另有指明，否則其係固有地被定義為x至100%範圍內。同樣地，當使用低於y%之程度時，除非另有指明，否則其係固有地被定義為0至y%範圍內。
在百分比沒有給出單位之情況下，應理解，除非另有指明，否則該參考係基於重量計。
當提及每個區域之粒子熱通量時，除非另有指明，否則該區域係定義為有效的。
術語“導電”係指在20℃下具有10-7Ω‧m至10-5Ω‧m範圍內之電阻率之材料。因此，導電材料為例如如銅、銀、鋁、鉻、鐵、鎳等之金屬或包含此等金屬之合金。
術語“電絕緣”係指在20℃下具有高於10Ω‧m之電阻率之材料，例如在20℃下具有109Ω‧m至1025Ω‧m範圍內之電阻率之材料。
在根據本發明之反應器系統之具體實例中，加熱結構之導電材料為在20℃下提供10-5Ω‧m至10-7Ω‧m範圍內之電阻率之材料。在一個具體實例中，加熱結構之導電材料為提供500W/m2至500,000W/m2範圍內之熱通量之材料。在一個具體實例中，加熱結構之導電材料為導電金屬或金屬合金，其包含銅、銀、鋁、鉻、鐵及鎳中之一或多者。在一個具體實例中，導電材料包含Fe-Cr-Al合金。
在根據本發明之反應器系統之具體實例中，電阻加熱系統之導電材料包含覆蓋加熱結構之表面之至少50%，諸如加熱結構之表面之至少70%、80%或90%之保護層。在一個具體實例中，保護層包含在20℃下高於10Ω‧m之電阻率之材料，諸如在20℃下109Ω‧m至1025Ω‧m範圍內之電阻率之材料。在一個具體實例中，保護層包含陶瓷材料；諸如碳化矽、氧化鋁、氧化鋯、氮化矽及/或耐火襯裡。保護層較佳為惰性材料。其用於保護電阻加熱系統之加熱結構。保護層可形成防止電流或機械侵蝕或二者之屏障。
在根據本發明之反應器系統之具體實例中，再熱器可具有反應器壁，並且加熱結構係在配件中通過該反應器壁連接至電源供應器，使得加熱結構與反應器壁電絕緣。
在一個具體實例中，分裂反應器可進一步包括用於引入流體化氣體之流體化氣體入口。
在一個具體實例中，分裂反應器可進一步包括包含分裂區並且 允許分裂之分裂升流管。
在一個具體實例中，分裂反應器可進一步包括第一分裂粒子分離器，其用於將一部分用過的載熱粒子與C1-C3含氧化合物分離。
在一個具體實例中，分裂反應器可進一步包括第二分裂粒子分離器，其用於將在第一分裂粒子分離器中未被分離之任何用過的載熱粒子及C1-C3含氧化合物分離。
在一個具體實例中，分裂反應器可進一步包括用於淬火冷卻C1-C3含氧化合物之冷卻區段。
在一個具體實例中，再熱器可進一步包括配備有擋板或其他內部構件以改良混合之再熱器汽提區。
在一個具體實例中，再熱器可進一步包括用於將氧化氣體提供至再熱器之汽提區之第二再熱器氣體入口。
在根據本發明之方法之具體實例中，載熱粒子可選自由砂、二氧化矽、玻璃、氧化鋁、鋼及碳化矽所組成之群。在一個具體實例中，載熱粒子之Sauter平均粒子尺寸係在20μm至400μm範圍內，諸如20μm至300μm範圍內、20μm至200μm範圍內或20μm至100μm範圍內。在一個具體實例中，載熱粒子之每個橫截面積之通量係在5kg/m2/s至10,000kg/m2/s範圍內。然而，在不脫離本申請案之情況下，可在對分裂反應具有催化作用之材料中選擇載熱粒子。
在根據本發明之方法之具體實例中，可進一步定義該方法，使得再熱器之表觀氣體速度係在0.01m/s至2m/s範圍內。
在一個具體實例中，將再熱器內之用過的載熱粒子與氧化性氣體流混合以氧化該等用過的載熱粒子表面上存在之至少一些煤焦，其中氧化性氣體包含3體積%至21體積%範圍內之氧氣。
在一個具體實例中，使用包含1ppm至103ppm範圍內之氧氣之再熱器流體化氣體在再熱器內將載熱粒子流體化。
在一個具體實例中，離開再熱器粒子出口之載熱粒子之溫度係在300℃至800℃範圍內，諸如400℃至800℃範圍內、400℃至700℃範圍內或500至700℃範圍內。
在一個具體實例中，在將粒子自再熱器轉移至分裂反應器之前，自汽提區中之粒子中汽提過量的氧氣。
在一個具體實例中，藉由引入流體化氣體(諸如氮氣)以產生經流體化之粒子流。在一個具體實例中，流體化氣體為惰性氣體。
在一個具體實例中，載熱粒子係以足以在分裂升流管頂部處維持至少250℃，諸如至少300℃、350℃、400℃或450℃之溫度之速率被引入，該速率足以獲得經流體化之粒子流。
在一個具體實例中，該方法進一步包括以下步驟：在至少50℃下淬火粒子貧乏分裂產物，使得自原料被引入至經流體化之粒子流至進行淬火之那一刻起，氣體之平均滯留時間最大值為5秒，諸如最大值為3秒，諸如最大值為2秒、1秒、0.8秒或0.6秒。
在一個具體實例中，該方法進一步包括將粒子貧乏分裂產物經受第二次分離以製造包含C1-C3含氧化合物之粗分裂產物。
在一個具體實例中，原料包含選自由以下組成之群之糖類之水溶液：蔗糖、乳糖、木糖、阿拉伯糖、核糖、甘露糖、塔格糖、半乳糖及葡萄糖及果糖；或其混合物。在一個具體實例中，水溶液中糖類之濃度係在10重量%至90重量%之間。
所製造之C1-C3含氧化合物隨後可轉化為C1-C3羥基化合物，諸如藉由如上所述在反應器系統中進行將糖類熱解分裂成C1-C3含氧化合物之方 法，然後將C1-C3含氧化合物經受氫化以獲得相應的C1-C3羥基化合物之步驟。
根據本發明之將糖類轉化為C1-C3含氧化合物之方法可藉由控制裝置來控制，該等控制裝置(諸如閥)係用於控制流向分裂反應器之氣體流量或用於控制流向再熱器之氣體流量。另外，可提供控制裝置，以用於控制壓縮機之功能，以將流體化氣體壓縮至再熱器中。可藉由諸如閥之控制裝置控制第一流動裝置及/或第二流動裝置中之經流體化之粒子流。
在再熱器中使用電加熱來分裂糖類，再熱器中唯一需要的氣體為用於使容器內之載熱粒子流體化之氣體。此種流體化可使用氣體鼓泡器(sparger)或氣體分配器板來進行，其對於流體化技術領域中之技術者來說為已知者。假設以約6cm/s之最小流體化速度之10倍操作電加熱再熱器，電阻加熱裝置所需的氣體量比使用天然氣作為再熱器之熱源之已知系統之再熱器升流管小約60倍。在所需氣體量之計算中，僅考慮電加熱管之間之自由空隙率。此外，使用電阻加熱之方法就熱輸入/經處理之糖類饋料之質量方面來說效率假設高了40%。
就所需的淨能量輸入及與熱解分裂單元之前所需之設備相關之成本而言，此種減少的氣體需求對該方法之能量效率具有顯著的影響。
在已知分裂系統中，經再加熱之載熱粒子及再熱器出口氣體係在相同的溫度下離開設備。在已知製程中，在與用過的載熱粒子進行熱交換之前離開燃燒器之氣體具有1000℃至1400℃之溫度。然後可大致計算製程加熱效率(解釋為自來源直接轉移至熱解分裂之能量)為(1000℃-600℃)/1000℃*100%=40%及(1400℃-600℃)/1400℃*100%=57%之間。剩餘的能量(不直接自能量源轉移至熱解分裂製程之能量)係作為經加熱之氣體離開製程。與直接轉移至分裂製程之能量相比，此種以此等氣體進行熱解分裂所剩下之能量更難以利用。由於經電阻加熱之熱解分裂反應器具有離開再生器(regenerator) 之60倍低的氣體流量，因此使用電阻加熱，製程加熱效率係顯著提高。此可為環境及製程中之成本帶來顯著的益處。
如上所述，比較燃氣熱解分裂及電阻加熱分裂，可顯著節省氣體需求。對於在增加的壓力下所操作之熱解分裂方法，在使用天然氣加熱之情況下壓縮功率亦將顯著更高，因為在此種情況下氣體燃燒器之空氣需求亦約高60倍。
假設工業規模之熱解分裂反應器每小時處理18噸乾基單糖原料，則天然氣燃燒再熱器之能量需求為約25MW。此種設備之空氣需求量為約40000m3/h至60000m3/h。假設將50000m3/h之流量壓縮至例如1.5barg會需要至壓縮機之2.1MW之電熱輸入(假設典型壓縮機效率)。相比之下，壓縮氣體至經電阻加熱之分裂反應器之流量會約低60倍或僅需要0.035MW之壓縮機功率消耗。
圖1至圖4提供了反應器及加熱結構之示意圖。圖1及圖2以方塊圖顯示系統之功能，圖3及圖4顯示本發明之特定具體實例之實例。
圖3A及圖3B說明連接加熱結構及外部電源供應器之連接器之具體實例。在圖3A中，藉由連接器34將加熱結構31連接至電源供應器32。連接器34係設置在穿過反應器壁36之配件33內。圖3A說明連接器藉由絕緣體35與反應器壁絕緣之具體實例，在當前具體實例中，該絕緣體35為聚合物材料。藉由壓縮配件37確保連接器及反應器壁之間之密封，壓縮配件37密封反應器壁36、絕緣體35及連接器34之間之任何間隙，同時仍然使反應器壁36及連接器彼此電絕緣。圖3B為圖3A之簡化形式，其中僅反應器壁36、絕緣體35及連接器34顯示該具體實例之最低要求。
參考圖4，通過第二流動裝置(20)且經由分裂粒子入口(7)將熱載熱材料(亦稱為經加熱之載熱粒子)輸送至分裂升流管(2)之下部區 域。藉由通過升流管(6)之下部區域中之流體化氣體入口添加氣體來將升流管之下部區域流體化。通過連接(8)(亦稱為原料入口)將糖類原料添加至升流管之下部區域中之經流體化之載熱材料中。在將原料注入至升流管之下部時，可藉由噴嘴(未示出)將原料轉化成小液滴。在原料與升流管底部之經流體化之熱載熱材料接觸後，其將開始蒸發並且反應形成所欲的產物(C1-C3含氧化合物)。在該蒸發及反應期間，形成大量氣體，此增加升流管(2)中之向上氣體速度，從而將此刻較冷的載熱材料向上輸送通過升流管(2)。在第一分裂粒子分離器(3)中將產物氣體與載熱粒子分離。於此，第一粒子分離器顯示為氣旋裝置。然而，不限於該方法，因為可使用其他離心或基於方向變化之分離裝置。然後，將來自第一粒子分離器(3)之粒子貧乏產物氣體在冷卻區段(5)中快速冷卻。於此，冷卻區段顯示為添加液體，其在蒸發時降低了粒子貧乏產物氣體之溫度。可將二級粒子分離裝置(4)增加至該單元中以自產物氣體中移除粒子之最終部分。二級分離裝置可基於離心分離原理之分離原理，例如旋風器或渦流管等。產物氣體通過產物出口(9)離開。將來自(3)之經分離之載熱材料引入至分裂汽提區(24)，自來自第一粒子分離器(3)之富含粒子之部分(亦稱為粒子稠密分裂產物)中汽提產物氣體。汽提裝置可以先前技術中已知之不同的方式組態，例如光柵托盤或圓盤及環形管(donut)。通過分裂汽提氣體入口(25)添加用於汽提塔適當作用之氣體。較冷的(亦稱為用過的)載熱粒子經由第一流動裝置(19)(在此具體實例中為管)通過分裂粒子出口(10)離開，其流速係由第一流動裝置控制裝置(22)(在此具體實例中為閥)控制，並且經由再熱器入口(14)進入再熱器(11)中。在再熱器中，藉由通過第一再熱器氣體入口(12)及第二再熱器氣體入口(13)所引入之流體化氣體將載熱材料流體化。在加熱區(21)中，藉由電阻加熱結構與經流體化之載熱材料之間之直接接觸，電阻加熱結構提供熱量至較 冷的(用過的)之載熱材料。在再熱器(11)之上部，放置再熱器粒子分離器(18)以將自經流體化之再熱器區所夾帶之載熱粒子與再熱器氣體分離。再熱器粒子分離器亦可為離心式分離器，例如氣旋分離器(如圖所示)，但並不限於此。再熱器氣體通過再熱器氣體出口(16)離開再熱器。來自原料分裂之固體煤焦殘餘物可附著至再熱器粒子上，並且可通過第二再熱器氣體入口(13)添加氧化劑來燃燒該煤焦。為了增加分裂反應器(1)之產率及效率，將再熱器汽提區(17)置於再熱器中以自經加熱之載熱粒子中移除任何氧化氣體之殘餘物。汽提裝置可以先前技術中已知之不同的方式組態，例如光柵托盤或圓盤及環形管。熱載熱粒子通過再熱器粒子出口(15)及經由第二流動裝置(20)(在此具體實例中為管)離開再熱器(11)，其流速由第二流動裝置控制裝置(23)(在此具體實例中為閥)控制。
在另一個具體實例中，可設想，粒子分離器(3)係設計成在分離器之出口處具有用於汽提載熱材料之經集成之汽提器(24)之粒子分離器。從而消除粒子分離器(3)周圍之容器。然後可將產物氣體(5)之淬火整合至粒子分離裝置(9)之產物出口或粒子分離器之後之單獨裝置中。
在又另一個具體實例中，可設想，將粒子分離器(3)及汽提塔與再熱器整合，使得第一流動裝置為反應器壁中之孔，從而消除圍繞粒子分離器(3)之單獨容器。然後可將汽提塔(24)集成至再熱器中。然後可將產物氣體(5)之淬火整合至粒子分離器(9)之出口或粒子分離器之後之單獨裝置中。
實施例1
在一個實施例中，再熱器之工業規模熱需求為25MW。假設再生之載熱粒子溫度為600℃，電加熱內部構件溫度為800℃，外部傳熱係數為400W/m2/K，則所需的表面積為： 25*106[W]/((800[℃]-600[℃])*400W/m2/K)=312m2
此區域可以不同的方式組態。一種雖然仍然維持合理的電流之途徑，但是其具有外徑為0.9”(26.3mm)之桿。使用外徑為26.3mm且面積之設計餘裕為14%之桿，5m電加熱內部構件之所需的數量為約1000。使用0.1m之間距，再熱器容器之最終內徑為約3.4m。此為相對小的尺寸並且顯示出使用流體化床之電阻加熱之優點及簡單性。
假設以約6cm/s之最小流體化速度之10倍操作電加熱再熱器，所需的氣體量比先前已知的再熱器小約60倍。此顯然致使上述節省。取決於煤焦燃燒需求，電加熱再熱器中之氣流可更大。
實施例2
假設以約6cm/s之最小流體化速度之10倍操作電加熱再熱器，所需的氣體量比先前已知的再熱器升流管小約60倍。
合理的電流為具有外徑為0.9”(26.3mm)之棒。使用外徑為26.3mm且面積之設計餘裕為14%之桿，5m電加熱內部構件之所需的數量為約1000。使用0.1m之間距，再熱器容器之最終內徑為約3.4m。此為相對小的尺寸並且顯示出使用流體化床之電阻加熱之優點及簡單性。
再熱器容器之內徑將為約2.6m。該容器傳熱之淨有效容積將為約25m3。此本身將致使節省安裝設備之數量以及與此相關之益處。
實施例3
假設以約6cm/s之最小流體化速度之10倍操作電加熱再熱器，實施例1中之電加熱裝置之所需的氣體量比先前專利之再熱器升流管小約60倍。在所需氣體量之計算中，僅考慮電加熱管之間之自由空隙。
此外，使用電加熱之方法就熱輸入/經處理之糖類饋料之質量方面來說效率假設高了40%。(亦參見實施例2中之後段)。
然後可大致計算製程加熱效率(解釋為自來源直接轉移至熱解分裂製程之能量)為(1000℃-600℃)/1000℃*100%=40%及(1400℃-600℃)/1400℃*100%=57%之間。剩餘的能量(不直接自能量源轉移至熱解分裂製程之能量)係作為經加熱之氣體離開製程。與直接轉移至分裂製程之能量相比，此種以此等氣體進行熱解分裂所剩下之能量更難以利用。
由於經電加熱之熱解分裂反應器具有60倍低的離開再熱器之氣體流量，因此使用電加熱之製程加熱效率顯著更高。此在該方法中對於環境及節省OPEX帶來顯著的益處。
實施例4
假設將50000m3/h之流量壓縮至例如1.5barg會需要至壓縮機之2.1MW之電熱輸入(假設典型壓縮機效率)。相比之下，壓縮氣體至經電加熱之熱解反應器之流量會約低60倍或僅需要0.035MW之壓縮機功率消耗。
本發明之其他具體實例
具體實例1. 如申請專利範圍第1項所述之反應器系統，其中系統經組態為使用再熱器流體化氣體將再熱器內之載熱粒子流體化，其中系統經組態為以a)m3/小時之再熱器流體化氣體與b)以乾基計之kg/小時之糖類組成物之比例(a：b)為10至1000，諸如100至300來操作。
具體實例2. 如申請專利範圍第1項所述之反應器系統，其中導電材料具有表面積，其中系統經組態為以a)表面積(m2)與b)以乾基計之kg/小時之糖類組成物之比例(a：b)為1至1000，諸如10至100來操作。
具體實例3. 如申請專利範圍第1項所述之反應器系統，其中再熱器具有平均直徑，其中系統經組態為以a)平均值徑(m)與b)以乾基計之kg/小時之糖類組成物之比例(a：b)為0.01至1，諸如0.05至0.5來操作。
具體實例4. 如申請專利範圍第1項所述之反應器系統，其中系 統之以供應給電阻加熱系統之能量(kW)與供應給載熱粒子之能量(kW)之百分比所測量之製程加熱效率為至少80%，諸如至少82%至99%、或90%至98%。
具體實例5. 如申請專利範圍第1項所述之反應器系統，其中系統經組態為以a)供應給電阻加熱系統之能量(MW)與b)以乾基計之kg/小時之糖類組成物之比例(a：b)為800至2500，諸如1100至2000來操作。
具體實例6. 如申請專利範圍第1項所述之反應器系統，其中系統經組態為使用再熱器流體化氣體將再熱器內之載熱粒子流體化，其中再熱器進一步包含壓縮機以壓縮再熱器流體化氣體，其中系統經組態為以a)供應給壓縮機之能量(MW)與b)以乾基計之kg/小時之糖類組成物之比例(a：b)為1至20，諸如2至8來操作。
1‧‧‧分裂反應器
2‧‧‧分裂升流管
3‧‧‧第一分裂粒子分離器
7‧‧‧分裂粒子入口
8‧‧‧原料入口
9‧‧‧產物出口
10‧‧‧分裂粒子出口
11‧‧‧再熱器
12‧‧‧第一再熱器氣體入口
14‧‧‧再熱器粒子入口
15‧‧‧再熱器粒子出口
16‧‧‧再熱器氣體出口
19‧‧‧第一流動裝置
20‧‧‧第二流動裝置
21‧‧‧加熱區
30‧‧‧電阻加熱系統

Claims (43)

  1. 一種用於將糖類熱解分裂成C1-C3含氧化合物之反應器系統，其包含：- 包含載熱粒子之分裂反應器，其用於提供熱量至自該糖類至該C1-C3含氧化合物之熱解分裂中，該分裂反應器配備有用於將經加熱之載熱粒子引入至該分裂反應器中之分裂粒子入口，用於自該分裂反應器收集用過的載熱粒子之分裂粒子出口，用於將該糖類引入至該分裂反應器中之原料入口，包含分裂區並且允許該糖類之熱解分裂之分裂升流管，以及用於回收該C1-C3含氧化合物之產物出口；- 再熱器，該再熱器包含：o 第一再熱器氣體入口o 再熱器粒子入口o 再熱器粒子出口o 再熱器氣體出口o 電阻加熱系統- 第一流動裝置，用於將用過的載熱粒子自該分裂粒子出口輸送至該再熱器粒子入口；- 第二流動裝置，用於將經加熱之載熱粒子自該再熱器粒子出口輸送至該分裂粒子入口；其中該電阻加熱系統包含導電材料之加熱結構，該加熱結構設置在該再熱器內之加熱區中，以向該再熱器內之該等載熱粒子提供熱量。
  2. 如請求項1所述之反應器系統，其中該導電材料之加熱結構係連接至電源供應器，其中該電源供應器經組態為將該等載熱粒子加熱至至少300℃之再熱器出口溫度。
  3. 如請求項1所述之反應器系統，其中該加熱結構之該導電材料為在20℃下具有10-7Ω‧m至10-5Ω‧m範圍內之電阻率之材料。
  4. 如請求項1所述之反應器系統，其中該加熱結構之該導電材料為提供自該加熱結構至該等載熱粒子之在500W/m2至500,000W/m2範圍內之熱通量之材料。
  5. 如請求項1所述之反應器系統，其中該加熱結構之該導電材料為包含銅、銀、鋁、鉻、鐵及鎳中之一或多者之導電金屬或金屬合金。
  6. 如請求項1所述之反應器系統，其中該加熱結構之該導電材料為導電陶瓷材料。
  7. 如請求項1所述之反應器系統，其中該加熱結構之該導電材料為包含碳化矽、碳化鉬、碳化鎢、氮化鈦、二矽化鉬、二硫化鎢中之一或多者之材料；或其混合物。
  8. 如請求項1所述之反應器系統，其中該電阻加熱系統另外包含覆蓋該加熱結構之表面之至少50%之保護層。
  9. 如請求項8所述之反應器系統，其中該保護層包含具有在20℃下高於109Ω‧m之電阻率之材料。
  10. 如請求項8所述之反應器系統，其中該保護層包含陶瓷材料。
  11. 如請求項8所述之反應器系統，其中該保護層包含碳化矽、氧化鋁、氧化鋯、氮化矽及/或耐火襯裡。
  12. 如請求項1所述之反應器系統，其中該等載熱粒子係選自由砂、二氧化矽、玻璃、氧化鋁、鋼及碳化矽所組成之群。
  13. 如請求項1所述之反應器系統，其中該等載熱粒子之Sauter平均粒子尺寸係在20μm至400μm範圍內。
  14. 如請求項1所述之反應器系統，其中該再熱器具有反應器壁， 並且該加熱結構係在配件中通過該反應器壁連接至電源供應器，該配件使該加熱結構與該反應器壁電絕緣。
  15. 如請求項14所述之反應器系統，其中該加熱區係垂直地設置在該再熱器氣體出口下方。
  16. 如請求項14所述之反應器系統，其中該等配件係垂直地設置在該再熱器粒子出口上方。
  17. 如請求項1所述之反應器系統，其中該再熱器粒子出口係垂直地設置在該分裂粒子入口上方。
  18. 如請求項1所述之反應器系統，其中該第一流動裝置及/或該第二流動裝置配備有流體控制裝置。
  19. 如請求項1所述之反應器系統，其中該分裂反應器進一步包含：‧用於引入流體化氣體之流體化氣體入口；及/或‧用於將一部分該用過的載熱粒子與該C1-C3含氧化合物分離之第一分裂粒子分離器；及/或‧用於淬火冷卻該C1-C3含氧化合物之冷卻區段；及/或‧用於將任何剩餘用過的熱載粒子與該C1-C3含氧化合物分離之第二分裂粒子分離器；及/或‧分裂汽提區，以改良通過其之任何流體之混合。
  20. 如請求項19所述之反應器系統，其中該第一分裂粒子分離器係設置在分離器容器內，並且該分離器容器進一步包含配備有擋板或其他內部構件以改良通過其之任何流體之混合之分裂汽提區以及分離器流體化氣體入口；其中該汽提區係垂直地設置在該第一分裂粒子分離器下方，並且該分離器流體化氣體入口係垂直地設置在該分離器汽提區下方。
  21. 如請求項20所述之反應器系統，其中該分裂粒子出口係垂直地設置在該分裂汽提區下方並且垂直地設置在該再熱器粒子入口上方。
  22. 如請求項1所述之反應器系統，其中該再熱器進一步包含：‧配備有擋板或其他內部構件以改良通過其之任何流體之混合之再熱器汽提區；及/或‧用於提供氧化氣體至該再熱器之汽提區之第二再熱器氣體入口；及/或‧再熱器粒子分離器；及/或‧再熱器壓縮機。
  23. 如請求項22所述之反應器系統，其中該再熱器汽提區係垂直地設置在該加熱區下方並且垂直地設置在該再熱器粒子出口上方。
  24. 一種將糖類熱解分裂成C1-C3含氧化合物之方法，該方法包含以下步驟：a.提供適合用於流體化之經加熱之載熱粒子；b.將該等經加熱之載熱粒子通過分裂粒子入口引入至分裂反應器中，以在該分裂反應器之分裂升流管中產生經流體化之粒子流，該升流管包含分裂區；c.提供包含糖類之原料；d.將該原料引入至該經流體化之粒子流中；e.允許該糖類經歷熱解分裂，以產生包含所形成之該C1-C3含氧化合物之粒子稠密分裂產物；f.將一部分該等載熱粒子與該粒子稠密分裂產物分離，以產生用過的載熱粒子以及包含所形成之該C1-C3含氧化合物之粒子貧乏分裂產物；g.回收該C1-C3含氧化合物；h.將步驟f)中所分離之該等用過的載熱粒子自呈第一載熱粒子流形式之 分裂粒子出口中取出，並且經由第一流動裝置輸送該第一載熱粒子流，然後將該第一載熱粒子流通過再熱器粒子入口供給至再熱器；i.允許該等載熱粒子在該再熱器內在加熱區中吸收熱量，以產生經加熱之載熱粒子；j.將步驟i)中所產生之該等經加熱之載熱粒子自呈第二載熱粒子流形式之再熱器粒子出口中取出，並且經由第二流動裝置輸送該第二載熱粒子流，然後將該第二載熱粒子流通過該分裂粒子入口供給至該分裂反應器；然後k.重複步驟c)至k)，其中該再熱器利用電阻加熱作為加熱該等用過的載熱粒子的熱源。
  25. 如請求項24所述之方法，其中該等載熱粒子係選自由砂、二氧化矽、玻璃、氧化鋁、鋼及碳化矽所組成之群。
  26. 如請求項24所述之方法，其中該等載熱粒子之Sauter平均粒子尺寸係在20μm至400μm範圍內。
  27. 如請求項24所述之方法，其中該等載熱粒子在該再熱器之該加熱區中之每個橫截面積之通量係在5至10,000kg/m2/s範圍內。
  28. 如請求項24所述之方法，其中該再熱器之該加熱區中之表觀氣體速度係在0.01m/s至2m/s範圍內。
  29. 如請求項24所述之方法，其中在步驟i)中，將該等用過的載熱粒子與氧化性氣體流混合以氧化該再熱器之該加熱區中之該等用過的載熱粒子表面上存在之任何煤焦，其中該氧化性氣體包含3體積%至21體積%範圍內之氧氣。
  30. 如請求項24所述之方法，其中使用再熱器流體化氣體在該再熱器內將該等載熱粒子流體化。
  31. 如請求項30所述之方法，其中饋入至該再熱器之該再熱器流體 化氣體(Nm3/小時)與饋入至該分裂反應器之糖類(公噸/小時)之比例係在10至1000範圍內。
  32. 如請求項30所述之方法，其中該再熱器流體化氣體包含1ppm至103ppm範圍內之氧氣。
  33. 如請求項24所述之方法，其中步驟j)中所取出之該等載熱粒子之溫度係在300℃至800℃範圍內。
  34. 如請求項24所述之方法，其中在步驟j)之前，在再熱器汽提區中自該等載熱粒子汽提過量的氧氣。
  35. 如請求項30所述之方法，其中該再熱器流體化氣體包含氮氣。
  36. 如請求項24所述之方法，其中在發生步驟e)之熱解分裂之後，步驟b)中所引入之該等經加熱之載熱粒子以足以維持至少250℃之溫度之速率被引入，該速率足以獲得經流體化之粒子流。
  37. 如請求項24所述之方法，其進一步包含以下步驟：在至少50℃之溫度下淬火步驟f)之該粒子貧乏分裂產物，使得自該原料被引入至該經流體化之粒子流至進行該淬火之那一刻起，氣體之平均滯留時間最大值為5秒。
  38. 如請求項24所述之方法，其進一步包含將該粒子貧乏分裂產物經受第二次分離以製造包含該C1-C3含氧化合物之粗分裂產物。
  39. 如請求項24所述之方法，其中該原料包含選自由以下組成之群之糖類之水溶液：蔗糖、乳糖、木糖、阿拉伯糖、核糖、甘露糖、塔格糖、半乳糖、葡萄糖及果糖；或其混合物。
  40. 如請求項39所述之方法，其中該原料中糖類之濃度係在10重量%至90重量%之間。
  41. 如請求項24所述之方法，其中以供應給電阻加熱系統之能量(kW)與供應給該等經加熱之載熱粒子之能量(kW)之百分比所測量之能量 效率為至少80%。
  42. 如請求項24所述之方法，其中供應給電阻加熱系統之能量(kW)與饋入至該分裂反應器之糖類(公噸/小時)之比例係在800至2500範圍內。
  43. 一種自糖類製備C1-C3羥基化合物之方法，其包含以下步驟：- 實施如請求項24至42中任一項之方法；然後- 將C1-C3含氧化合物經受氫化方法以獲得相應的C1-C3羥基化合物。
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