WO2023099005A1 - Method and device for a low-temperature cracking of a hydrocarbon-containing starting material - Google Patents

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WO2023099005A1
WO2023099005A1 PCT/EP2021/084032 EP2021084032W WO2023099005A1 WO 2023099005 A1 WO2023099005 A1 WO 2023099005A1 EP 2021084032 W EP2021084032 W EP 2021084032W WO 2023099005 A1 WO2023099005 A1 WO 2023099005A1
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hydrocarbon
reactor
gas
hydrogen
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Sahabi BEHZAD
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Behzad Sahabi
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    • C10K3/00—Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide
    • C10K3/001—Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide by thermal treatment
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C10J2300/12—Heating the gasifier
    • C10J2300/123—Heating the gasifier by electromagnetic waves, e.g. microwaves
    • C10J2300/1238—Heating the gasifier by electromagnetic waves, e.g. microwaves by plasma

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for the low-temperature cracking of a hydrocarbon-containing starting material.
  • hydrocarbons are produced that cannot be put to any meaningful use.
  • Gases containing hydrocarbons are often flared off using gas flares, e.g. associated gases in oil production, unusable quantities of gas in biogas production, landfill gas and unusable parts of sewage gas in sewage treatment plants.
  • the gases to be flared are therefore also called flare gases or flare gases.
  • hydrocarbons that cannot be used can also come from waste plastics, for example from landfills, plastic waste that can no longer be mechanically recycled, bilge oil or natural gas.
  • microwave technology for the pyrolysis of organic material, in particular used tires or similar rubber mixtures, is proposed in DE 3880155 T2.
  • the organic material is preheated by a stream of hot gas and the preheated material is introduced directly into a microwave discharge zone in a substantially oxygen-free superatmospheric gas atmosphere. Solid fission products containing elemental carbon and gaseous by-products are formed.
  • DE 10 2015 218 098 A1 discloses a method and a device for the thermal cracking of hydrocarbons, thermal energy being generated by an arc in a plasma gas between at least two electrodes.
  • the heated plasma gas is mixed with the hydrocarbons to be split, the hydrocarbons being at a temperature heated by more than 600 °C.
  • a mixture of carbon and hydrogen is formed.
  • EP 1643001 A1 discloses a method and a device for the thermal cracking of hydrocarbons, in which the plasma of a microwave discharge is used for cracking and which serves to produce polycrystalline diamond layers.
  • WO 2004033368 A1 discloses a device for fuel reforming, with which a reformed fuel gas containing hydrogen and which is free of carbon monoxide is to be generated.
  • a mixture of hydrocarbon fuel is passed through a first reformer unit.
  • the reformed gas stream is then passed through a non-thermal plasma generated in a microwave reactor to convert any remaining carbon monoxide. Thereafter, the fuel can be supplied to a fuel cell.
  • WO 2019032554 A1 discloses a method and a device of the type mentioned at the outset, according to which microwave radiation from a radiation source is fed via a waveguide to a resonator which includes a reaction space.
  • Plasma-generating material is fed into the reaction space from a first material source and a starting material containing hydrocarbons is fed from a second source.
  • the hydrocarbon-containing starting material is thermally split, resulting in a carbon-enriched intermediate product and a hydrogen-enriched intermediate product.
  • the carbon in the form of graphite or graphene can be separated from the resulting split material.
  • sponge iron also known as DRI (“direct reduced iron”) for short, by reducing iron ore by adding hydrogen (US 2018/0221947 A1).
  • hydrogen used for iron reduction to thermally decompose a hydrocarbon-containing gas, for example methane, in particular using a high-temperature bubble column reactor in which the hydrocarbon-containing gas is passed through molten metal Hydrogen is collected in gaseous form, while the carbon is deposited as a solid in the molten metal (https://www.chemie.de/news/142290/wasserstoff-aus-methan-ohne-co2-ausstoss.html, online on June 27th. 2019; Tobias Günter G complicatler, "Methane pyrolysis in a liquid metal bubble column reactor (process engineering)", ISBN-10: 3843933448).
  • the invention is based on the object of providing a more efficient use or treatment of hydrocarbon-containing starting materials.
  • Starting materials in particular flare gases or flare gases, which have hitherto not been used or used little for economic or technical reasons, should preferably be put to an economically reasonable use.
  • the object is achieved by a method for low-temperature cracking, in particular for non-thermal cracking, of a hydrocarbon-containing starting material, having the following steps:
  • a core idea of the invention is to use a non-thermal plasma to split the hydrocarbon-containing starting material.
  • the starting material is split into a carbon portion and a hydrogen portion.
  • a non-thermal plasma is understood to mean a plasma in which there is no thermal equilibrium between the electrons excited by the plasma and the hydrocarbon-containing starting material at the macroscopic level.
  • the non-thermal plasma is also referred to as non-thermal microwave plasma in the context of the present invention.
  • an excitation frequency in a range between 900 MHz and 2.5 GHz, for example an excitation frequency of 2.45 GHz, can be selected.
  • Vibrational excitation of the electrons in the hydrocarbon-containing starting material preferably occurs at these excitation frequencies. This leads to a significant mismatch between the temperature of the excited electrons and associated ions of the hydrocarbonaceous feedstock.
  • the aforementioned thermal imbalance between the excited electrons and the hydrocarbon-containing starting material can thus be generated in order to obtain a non-thermal plasma.
  • the macroscopic ambient temperature of the non-thermal plasma is far below the temperature of thermal plasmas and usually does not exceed approx. 150°C if the process is carried out efficiently.
  • the generation of the non-thermal plasma can take place without using an additional plasma-generating substance. This makes the process particularly efficient and economical. After splitting in the non-thermal plasma, the carbon content and the hydrogen content are separated from one another in a separating process.
  • no working gas is used to generate the non-thermal plasma.
  • no feed for a working gas is required in the device for low-temperature cracking described below.
  • the inventive method for the cleavage of the hydrocarbonaceous feedstock no pyrolysis of the hydrocarbonaceous feedstock. Rather, the generation of the non-thermal plasma causes a chemical-physical splitting of the hydrocarbon-containing starting material.
  • the hydrocarbonaceous feedstock is not preheated prior to the generation of the non-thermal plasma. This increases the efficiency of the method according to the invention and the device according to the invention.
  • the at least one process parameter is preferably selected from the following list: pressure, volume throughput and/or temperature of the gaseous, hydrocarbon-containing starting material before the microwave plasma is generated, for example directly before the microwave plasma is generated, pressure and/or temperature at the microwave plasma generation site, amount of substance and/or composition of matter after the separation of the carbon fraction and the hydrogen fraction, pressure, volume flow rate and/or temperature of the carbon fraction and/or the hydrogen fraction after the separation.
  • Conventional sensors can be used to monitor the process parameters.
  • the non-thermal plasma is preferably generated by means of microwave radiation acting on the hydrocarbon-containing starting material.
  • a non-thermal plasma in this case a non-thermal microwave plasma—is generated from at least a portion of the hydrocarbon-containing starting material.
  • the microwave radiation is generated in a microwave plasma device.
  • the frequency of the microwaves is preferably in a range between 900 MHz and 2.5 GHz and is particularly preferably 2.45 GHz.
  • the microwave plasma device is preferably operated at pressures between 1 bar and 8 bar.
  • the method step for generating the non-thermal plasma involves generating a non-thermal microwave plasma from (at least a proportion of the gas or vapor present or brought into gas or vapor form or from) the hydrocarbon-containing starting material by means of the starting material acting microwave radiation in a microwave plasma device for splitting the hydrocarbon-containing starting material into a carbon portion and a hydrogen portion.
  • the carbon portion and the hydrogen portion are separated in a separating process outside of the microwave plasma device.
  • the invention is not limited to the generation of a non-thermal microwave plasma for fission. Generation of the non-thermal plasma can also be accomplished by other means. The only decisive factor is that a non-thermal plasma is used for the cleavage, which enables the low-temperature cleavage according to the invention.
  • the hydrocarbon-containing starting material can already be present in the gas phase and can be formed, for example, by a hydrocarbon-containing gas and/or hydrocarbon-containing vapor. Likewise, the starting material can initially be in the liquid phase and brought into the gaseous phase before or during the generation of the non-thermal microwave plasma.
  • the hydrocarbon-containing starting material preferably comprises associated gas or is generated from this. This provides an alternative to the usual flaring of associated gas.
  • Other hydrocarbon-containing raw materials intended for flaring can also be used as starting material.
  • the use of these gases, which are otherwise used as flare gases or flare gases, is environmentally friendly because on the one hand the emission of CO2 is reduced and on the other hand energy can be generated.
  • the hydrocarbon-containing starting material can include liquefied plastic, in particular from waste plastic, or bilge oil, from petroleum, from biogas or natural gas or can be generated from these substances.
  • the hydrocarbon-containing starting material can in particular come from waste plastics, for example from landfills, plastic waste that can no longer be mechanically recycled, biomass, biogas, clathrates, biogenic methane, bilge oil, crude oil or natural gas.
  • the invention can also be used in the utilization of conventional hydrocarbon-containing starting materials, in particular crude oil or natural gas.
  • the advantage of the invention lies in the very high energy efficiency of the process, which enables gentle handling of the bottleneck resource of the CCh-neutral electricity.
  • the starting material is preferably in a purified form.
  • the associated petroleum gas used or the other hydrocarbon-containing base material can be subjected to purification, e.g. desulfurization and possibly further purification measures.
  • Suitable cleaning processes are known from the prior art, e.g. for various gases containing hydrocarbons, e.g. digester gas, landfill gas, gases from anaerobic industrial wastewater treatment and natural gas.
  • the starting material can be reacted with iron oxide hydroxide (FeO(OH)), e.g. in a fixed bed absorber or a fluidized bed absorber.
  • the method therefore preferably comprises a purification of the hydrocarbon-containing starting material.
  • the purification of the hydrocarbon-containing starting material is particularly preferably carried out by passing the hydrocarbon-containing starting material through an absorption reactor is passed to be reacted with iron oxide hydroxide (FeO(OH)).
  • passing the hydrocarbonaceous feedstock through the absorption reactor comprises passing the hydrocarbonaceous feedstock through one or more fractals.
  • passing the hydrocarbonaceous feedstock through the absorption reactor comprises passing the hydrocarbonaceous feedstock through one or more fractals.
  • the iron oxide hydroxide is preferably provided as a bed in the absorption reactor.
  • the hydrocarbon-containing starting material is preferably passed through the bed of iron oxide hydroxide in the absorption reactor.
  • sulfur is eliminated from the hydrocarbonaceous feedstock. This produces iron sulfide (FeS/FezSs).
  • the purification step comprises feeding iron oxide hydroxide, preferably continuously, into the absorption reactor (e.g. by means of a feed screw conveyor) and removing iron sulphide from the absorption reactor, preferably continuously (e.g. by means of a discharge screw conveyor).
  • the cleaning step by means of suitable sensors, for example by recording the volume throughput of the hydrocarbon-containing starting material that is fed into the absorption reactor and/or the volume throughput of the cleaned hydrocarbon-containing starting material that is discharged from the absorption reactor. This information can be used, for example, to adjust the amount of iron oxide hydroxide fed to the absorption reactor.
  • the cleaning step can be carried out before and/or after the generation of the non-thermal microwave plasma.
  • the separation process includes a separation of at least part of the carbon content.
  • the deposition can e.g. B. as graphite and / or graphene.
  • at least one electrostatic separator in particular a corona reactor, can be used, alternatively, a centrifugal separator, z. B. in the form of a cyclone device, or for example a molten metal can be used.
  • the invention also provides for the method according to the invention to be used to carry out a method for reducing a solid, in particular silicon dioxide or one or more iron oxides, e.g. as they occur in iron ores, such as FezCh or FeaO, using at least one for the reduction process Part of the hydrogen generated during thermal cracking is used.
  • part of the hydrogen generated during thermal cracking can be used to generate energy.
  • the object of the invention is also achieved by a device for low-temperature cracking, in particular for non-thermal cracking, of a starting material containing hydrocarbons, having a microwave plasma device with a reactor chamber and a microwave source, a separating device connected to the reactor chamber via a discharge line, and at least one sensor for measuring or monitoring a process parameter, the microwave plasma device being set up to generate a non-thermal plasma from at least part of the hydrocarbon-containing starting material located in the reactor chamber for non-thermal cracking or low-temperature cracking of the hydrocarbon-containing starting material into a carbon component and a hydrogen component produce, and wherein the separating device is set up to separate the carbon content from the hydrogen content.
  • the same advantages can be achieved that were described above in relation to the method according to the invention.
  • Features of the device in particular functional features of the structural elements of the device, can be transferred as method steps to the method according to the invention.
  • features of the method according to the invention can be transferred to the device according to the invention by configuring the device in such a way that it is used for Execution of the corresponding process features is trained and suitable.
  • the device according to the invention is preferably designed and used for carrying out the method according to the invention described above, it is preferred that the method according to the invention is carried out with a device according to the invention.
  • the present invention also includes the use of the device according to the invention for carrying out the method according to the invention.
  • the device has a feed line for the hydrocarbon-containing starting material to the reactor space.
  • the hydrocarbonaceous feedstock is provided in the gas phase.
  • the feed line is designed as a gas (pipe) line.
  • the device has a plasma device with a reactor space and plasma source, a separating device and a sensor.
  • a microwave source is preferably used to generate the plasma.
  • one or more of these elements may be provided multiple times in the device.
  • a larger number of microwave plasma devices can be provided as separating devices in the device, so that several microwave plasma devices are assigned to one separating device.
  • the device has at least one sensor for measuring or monitoring at least one process parameter.
  • the at least one sensor is preferably designed to measure the process parameter to be monitored continuously or at predetermined time intervals.
  • the at least one sensor is preferably a pressure sensor, a temperature sensor, a volume flow sensor, a particle counter and/or a particle analyzer, for example a gas chromatograph.
  • a pressure, temperature or volumetric flow sensor is preferably arranged in front of the reactor chamber, for example on the supply line, or on or in the discharge line. If the sensor is formed by a particle counter and/or a particle analyzer, it is preferable to arrange the sensor after the reactor space in order to detect the fission products from be able to characterize or quantify the values obtained in the reactor space.
  • the measured values determined with the at least one sensor can also be used to control the device.
  • the at least one separating device or at least one of the separating devices comprises a separating unit.
  • the separating unit can include an electrostatic separator such as a corona reactor and/or a centrifugal separator. It is also possible that the at least one separating device or at least one of the separating devices comprises a molten metal washer.
  • the device has a reduction unit which is connected to the at least one separating device or to at least one of the separating devices via an intermediate line and is set up to reduce a substance by means of the hydrogen content.
  • the device has at least one absorption reactor which is designed to clean the hydrocarbon-containing starting material, in particular to separate sulfur-containing components.
  • the at least one absorption reactor can be arranged before and/or after the at least one microwave plasma device.
  • the absorption reactor preferably has a closed reaction space which is designed to carry out the reaction required for purification.
  • the absorption reactor preferably also has at least one gas inlet for connection to a gas supply line.
  • the at least one gas inflow is preferably formed in a lower region of the absorption reactor.
  • the absorption reactor preferably also has at least one gas outlet for connection to a gas outlet.
  • the at least one gas outlet is preferably formed in an upper region of the absorption reactor.
  • the reaction material in the absorption reactor is preferably formed by iron oxide hydroxide.
  • the reaction reactor preferably has at least one fractal, which is arranged at the at least one gas inflow and is designed to homogenize the flow of the supplied hydrocarbon-containing starting material and to distribute it over a broader cross section.
  • a fractal is to be understood as meaning an element through which gas can flow, which enables a targeted distribution and homogenization of the gas flow over a large flow area.
  • the structure of such a fractal with at least two successive inflow layers with a large number of flow openings is particularly advantageous, with successive inflow layers having an increasing number of flow openings with a decreasing cross-sectional area of the individual flow openings.
  • the gas flowing through the fractal can be successively distributed over a larger number of flow openings with decreasing cross-sections as it flows through the successive layers. In this way, a targeted distribution and homogenization of the gas flow over a large flow area is achieved.
  • the absorption reactor has a feed means for feeding reaction material.
  • the feeding means is arranged in the upper part of the absorption reactor. Reaction material that is fed in then falls into the absorption reactor due to gravity and can be accumulated there to form a bed.
  • the feeding means comprises an infeed auger.
  • the absorption reactor has a discharge means for discharging spent reaction material after reaction with the hydrocarbonaceous feedstock has taken place.
  • the discharge means is located in the lower part of the absorption reactor. Consumed reaction material falling down in the reaction reactor can then be discharged from the reaction reactor.
  • the discharge means preferably has a discharge screw conveyor.
  • the invention also provides for the use of the device according to the invention described above for low-temperature cracking, in particular for the non-thermal cracking of hydrocarbon-containing starting materials, in particular flare gas.
  • advantageous exemplary embodiments of the method according to the invention possible uses of the method and the device according to the invention are presented using figures.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a first unit (upper level) of a device according to the invention in an oblique view
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a second unit (lower level) of the device according to the invention in an oblique view
  • FIG. 6 shows a schematic cross-sectional view of an absorption reactor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows a flow chart of an exemplary variant of the method according to the invention, not all of the method steps shown being obligatory, but possibly also being replaced by alternative method steps or else being omitted.
  • hydrocarbons for example natural gas, bilge oil, oil from plastics processing or conventional hydrocarbon-containing starting materials
  • the starting material should be brought into a state suitable for the process, in particular a state of aggregation if necessary, cleaned and/or free from undesirable substances, for example sulphur.
  • the starting material is conveyed from a starting material source 1, optionally via a heat-supplying unit, preferably via a heat exchanger 2, and optionally via a feed pump 3, to a microwave plasma unit 4, hereinafter referred to as MWP unit 4 for short, in which the starting material a non-thermal plasma, in the present exemplary embodiment a non-thermal microwave plasma, is generated.
  • the feed pump can be dispensed with if the starting material is introduced into a device carrying out the process with sufficient pressure.
  • the non-thermal plasma the hydrocarbon of the starting material is split into a carbon portion and a hydrogen portion.
  • the mixture of carbon content and hydrogen content is then fed to an electrostatic separator 5, which serves as a separating device for separating the carbon content from the hydrogen content.
  • the carbon can essentially occur in nanoform, for example as graphene. However, the carbon can also occur as graphite or in some other form.
  • the carbon is collected separately and can be used for other purposes.
  • separating devices can also be used, e.g. a device based on centrifugal force, for example a cyclone separator or a metal melt, through which the hydrogen-carbon mixture is passed. Separating or separating devices of this type are known from the prior art.
  • the hydrogen can be used for various purposes, e.g. in particular SiCh, with which pure silicon 9 can be produced.
  • SiCh silicon carbide
  • water 10 is produced in addition to the reduced material obtained.
  • a further optional alternative or further use of the hydrogen produced can be the operation of a combined heat and power plant 11 , in which water 10 is obtained and used to produce electricity 12 and heat 13 can be.
  • the heat 13 and/or the current 12 can be used in full or in part for the device according to the invention, e.g. B. for the optional heat exchanger 2 or for the optional feed pump 3 or for the MWP unit 4.
  • At least one process parameter is monitored while the method is being carried out.
  • process steps and transitions that are particularly suitable for this purpose are marked with an asterisk.
  • the parameters affected in the respective method step are particularly suitable as process parameters for monitoring during the method steps.
  • the quantity characterised, for example, by the volume throughput
  • parameters such as the pressure and/or temperature of the process gas.
  • the sensors required for this are inexpensive to purchase, easy to attach and robust in operation
  • these process parameters provide relevant information about the process sequence, which allows both control of the process and targeted error analysis during operation.
  • FIGS. 2 and 3 show two sub-systems of an exemplary embodiment of the device according to the invention, namely FIG. 2 a first sub-system 14 and FIG .
  • both subsystems 14 and 15 work together, with the first subsystem 14 being arranged above the second subsystem 15, for example.
  • a raw material here for example flare gas
  • a cleaning unit here for example consisting of two absorption reactors 17, where the flare gas is freed from foreign substances, e.g. sulfur, as far as possible .
  • the absorption reactors 17 can be, for example, fixed-bed absorbers or acting fluidized bed absorber.
  • the flare gas to be cleaned can be reacted in the absorption reactors 17, for example with iron oxide hydroxide FeO(OH).
  • the cleaned flare gas is optionally fed as starting material via a second pipe system 18 to a distributor unit 19, which preferably can have a fractal (not visible here) and supplies the starting material via distributor pipe systems 20 to microwave plasma reactors 21, hereinafter referred to as MWP reactors 21.
  • MWP reactors 21 microwave plasma reactors 21, hereinafter referred to as microwave plasma reactors 21, hereinafter referred to as MWP reactors 21.
  • MWP reactors 21 For the sake of clarity, only one distributor pipe system 20 and two MWP reactors 21 are provided with reference numbers. 2 shows a total of six MWP reactors 21. However, MWP reactors 21 can also be provided in a smaller or larger number and/or in a different arrangement.
  • the MWP reactors 21 are each fed by a microwave source 22 that preferably has a controller.
  • sensors 51 are also shown schematically at various points in the device, which allow process parameters to be monitored while the method is being carried out.
  • the sensors in the pipe systems are preferably pressure, temperature and/or volume flow sensors.
  • Fig. 4 shows a MWP reactor 21 schematically in cross section with a reactor inlet 23, which is followed in the flow direction symbolized by the arrow by a distribution device 24, which preferably has a fractal causing a uniform distribution of the cleaned starting material over the reactor cross section, as indicated here.
  • a reactor space 25 is preferably delimited by a reactor space wall 26, for example made of quartz glass, and surrounded by a microwave waveguide 27, which is fed by the microwave source 22 (see FIG. 2), not shown in FIG.
  • a non-thermal microwave plasma is generated with the feedstock. Other additives are not required to generate the plasma.
  • the generation of the non-thermal plasma causes the hydrocarbons in the starting material to be split into hydrogen and carbon at comparatively low temperatures.
  • the fission products hydrogen and carbon are present as a mixture.
  • the hydrogen/carbon mixture leaves the MWP reactor 21 in the flow direction (arrow) through the reactor outlet 28 into a reactor outlet pipe 29, not shown in Fig. 4.
  • the reactor outlet pipes 29 connected to the reactor outlets 28 of the MWP reactors 21 when the overall system is complete are shown with open ends in FIG. 3, which connect to the reactor outlets 28 (FIG. 4) in the overall system.
  • reference numeral 51 again indicates sensors which are designed to monitor process parameters.
  • the sensor 51 at the reactor inlet 23 is designed to measure properties of the inflowing reaction gas and preferably comprises a pressure, temperature and/or volume flow sensor. The same applies to the sensor 51 at the reactor outlet 28.
  • the sensor 51 inside the reactor space 25 is designed to characterize the non-thermal plasma and detects at least one process variable of the plasma, such as its temperature.
  • the hydrogen/carbon mixture passes via the reactor outlet pipes 29 into a second distribution pipe system 30, which leads the hydrogen/carbon mixture to six outer electrostatic precipitators 5a (only three of which are provided with a reference number) and a central electrostatic precipitator 5z.
  • the outer electrostatic separators 5a are each assigned to a MWP reactor 21.
  • the central electrostatic separator 5z serves as a backup separator, which is then served with the hydrogen/carbon mixture of one of the MWP reactors 21 when the outer electrostatic separator 5a assigned to this MWP reactor 21 is removed from the process for cleaning or maintenance purposes.
  • the hydrogen/carbon mixture can be controlled, for example, via a three-way valve (not shown here) assigned to the corresponding outer electrostatic separator 5a.
  • the terms "outer electrostatic separator 5a" and "central electrostatic separator 5z” describe the exemplary spatial arrangement given in the figures. Of course, other spatial arrangements are possible.
  • a backup separator can also be dispensed with, or multiple backup separators can be provided.
  • An electrostatic precipitator 5a or 5z is shown in Fig. 5 schematically in cross section. The hydrogen/carbon mixture reaches the electrostatic separator 5a or 5z via a separator inlet 31 and rises there in a separator tower 32 .
  • the carbon On the way through the separator tower 32, the carbon is electrostatically separated from the hydrogen/carbon mixture by means of a discharge electrode 34 and a collecting electrode 35, between which a voltage is built up, and strikes the collecting electrode 35, which at the same time forms the inner peripheral wall of the separator tower 32 is, and at the discharge electrode 34 down.
  • the carbon is shown here as carbon mass 36 .
  • the carbon 36 is thrown off by vibration, e.g. by hitting the separator tower 36, and leaves the separator 5 via a chute 37. It passes through a carbon collection pipe system 38 (Fig. 3) and, if necessary, by means of propulsion means, such as at least one screw conveyor, not shown here the carbon from all separators 5a or 5z into a solids collection container 39 and can be supplied with or from it for further uses.
  • a sensor 51 on the power supply of the electrostatic precipitator 5a, 5z is designed as a current and/or voltage sensor in order to detect the operating properties of the electrostatic precipitator 5a, 5z.
  • a further sensor 51 for detecting the volume throughput, pressure and/or temperature of the outflowing gas is arranged at the separator outlet 33 . It is also possible to use a sensor 51 (not shown) at the separator inlet 31 in order to record the properties of the gases supplied, such as volume throughput, pressure and/or temperature.
  • sensors can be provided both at the separator inlet 31 and at the separator inlet 33, which sensors can determine the material composition of the gases flowing through. This can be used to monitor whether the splitting and separating processes are working properly.
  • the hydrogen from the hydrogen/carbon mixture separated in the separator tower 36 continues to rise and leaves the electrostatic generator 5a or 5z via a separator outlet 33 and reaches a hydrogen collection container via a hydrogen distribution pipe system 40 41.
  • the hydrogen can also be used directly or indirectly for other uses, such as e.g. B. a combined heat and power plant or a plant for the reduction of a material such as iron oxide or silicon oxide or silicon dioxide.
  • FIG. 6 shows a schematic view of an absorption reactor 17 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the absorption reactor 17 has an essentially closed housing which delimits a reactor interior 46 .
  • the absorption reactor 17 At the upper end of the absorption reactor 17 there is a feed screw conveyor 42 which is used to feed reaction material.
  • the absorption reactor is used to clean sulfur-containing flare gases.
  • iron oxide hydroxide provided as granules as the reaction material.
  • Granular iron oxide hydroxide is fed in as reaction material by means of the feed screw conveyor 42 and is shown schematically by unfilled circles and accumulates in the absorption reactor 17 to form an iron oxide hydroxide bed 49 with a certain filling level in the reactor interior 46 .
  • Gases to be cleaned are fed to the absorption reactor 17 via gas supply lines 44 .
  • the gas supply lines 44 are connected to the absorption reactor 17 via gas inlets (not specifically shown) which are arranged at a lower end of the absorption reactor 17 and are in direct fluid connection with the reactor interior 46 or are arranged in this.
  • the flare gas In order to maximize the efficiency of the absorption reactor 17, it is desirable for the flare gas to be cleaned to flow through the iron oxide hydroxide bed 49 as uniformly as possible over as large an area as possible.
  • fractals 48 are provided at the lower end of the absorption reactor 17, which are configured and arranged in such a way that introduced gases to be cleaned flow through the fractals 48.
  • the gas flow introduced is homogenized and distributed over as wide a cross-section as possible. In this way it can be ensured that essentially the entire cross-sectional area of the absorption reactor 17 is covered by gas to be cleaned is flowed through and thus the entire existing reaction material is used.
  • reaction material in the bed 49 binds sulfur from the flare gas.
  • the resulting reaction product is iron sulfide. Due to the tapering shape of the lower part of the absorption reactor 17, the reaction material that has reacted to form iron sulfide collects at the lowest point of the absorption reactor 17.
  • a discharge screw conveyor 43 is arranged there, which removes the iron sulfide from the reactor interior 46.
  • the reaction material is conveyed directly into the reactor interior 46 .
  • the reaction material in the reactor interior 46 is filled up to a predetermined bed height, with the reaction material 46 being poured directly onto the fractals 48 .
  • the bed height is maintained by conveying reaction material at a predetermined rate per unit time via the feed screw conveyor 42 into the reactor interior 46, while the same rate per unit time of reaction material reacted with the gas is at the bottom of the absorption reactor 17 is deducted via the discharge screw conveyor 43.
  • the schematically illustrated sensors 51 can be provided in the gas supply line 44, which can characterize the kinetic and thermodynamic properties of the supplied gas (for example volume throughput, pressure and/or temperature) and/or its material composition.
  • at least one sensor 51 is provided on the gas discharge line 45, which is designed to characterize kinetic and thermodynamic properties of the discharged, cleaned gas (e.g. volume throughput, pressure and/or temperature) and/or its material composition.
  • the reaction in the absorption reactor 17 can thus be monitored easily.
  • the material composition of the discharged, cleaned gas can also be used to determine whether further reaction material should be introduced into the absorption reactor 17 and in what quantities. reference list

Abstract

The invention relates to a method for a low-temperature cracking, in particular a non-thermal cracking, of a hydrocarbon-containing starting material, having the following steps: providing the hydrocarbon-containing starting material in the gas phase; generating a non-thermal plasma from the hydrocarbon-containing starting material in order to crack the hydrocarbon-containing starting material into a carbon component and a hydrogen component; and separating the carbon component and the hydrogen component; wherein at least one process parameter is monitored while the method is carried out, preferably using sensor measurements. The invention additionally relates to the use of the method in order to carry out a method for reducing a solid material, to a device for a low-temperature cracking, in particular for a non-thermal cracking, of a hydrocarbon-containing starting material, and to the use of the device for a low-temperature cracking, in particular for a non-thermal cracking, of flare gas.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Niedertemperaturspaltung eines kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterials Process and device for the low-temperature cracking of a hydrocarbonaceous starting material
BESCHREIBUNG DESCRIPTION
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Niedertemperaturspaltung eines kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterials. The invention relates to a method and a device for the low-temperature cracking of a hydrocarbon-containing starting material.
Es sind zahlreiche Situationen bekannt, bei denen Kohlenwasserstoffe anfallen, die keiner sinnvollen Verwendung zugeführt werden können. So werden kohlenwasserstoffhaltige Gase oftmals mittels Gasfackeln abgefackelt, z.B. Begleitgase bei der Erdölförderung, nicht verwertbare Gasmengen bei der Biogaserzeugung, Deponiegas und nicht verwertbare Teile von Klärgas in Kläranlagen. Die abzufackelnden Gase werden daher auch Fackelgase oder Flaregase genannt. Nicht verwendbare Kohlenwasserstoffe können aber auch aus Altkunststoffen, zum Beispiel aus Mülldeponien, nicht mehr werkstofflich recycelbaren Kunststoffabfällen, Bilgenöl oder Erdgas stammen. Numerous situations are known in which hydrocarbons are produced that cannot be put to any meaningful use. Gases containing hydrocarbons are often flared off using gas flares, e.g. associated gases in oil production, unusable quantities of gas in biogas production, landfill gas and unusable parts of sewage gas in sewage treatment plants. The gases to be flared are therefore also called flare gases or flare gases. However, hydrocarbons that cannot be used can also come from waste plastics, for example from landfills, plastic waste that can no longer be mechanically recycled, bilge oil or natural gas.
Es sind daher Ansätze entwickelt worden, derartige Kohlenwasserstoffe einer sinnvollen Verwertung zu unterziehen. Approaches have therefore been developed to subject such hydrocarbons to sensible recycling.
Die thermische Spaltung von Kohlenwasserstoffen enthaltenden Materialien unter Einsatz von Mikrowellen ist bekannt. So wird die Mikrowellentechnik zur Pyrolyse von organischem Material, insbesondere von Altreifen oder ähnlichen Gummimischungen, in der DE 3880155 T2 vorgeschlagen. Dabei wird das organische Material mittels eines heißen Gasstromes vorerhitzt und der vorerhitzte Stoff direkt in eine Mikrowellenentladungszone in einer im wesentlichen sauerstofffreien Gasatmosphäre mit überatmosphärischem Druck eingeführt. Es entstehen feste Spaltprodukte, die elementaren Kohlenstoff enthalten, und gasförmige Nebenprodukte. The thermal cracking of hydrocarbon-containing materials using microwaves is known. For example, microwave technology for the pyrolysis of organic material, in particular used tires or similar rubber mixtures, is proposed in DE 3880155 T2. The organic material is preheated by a stream of hot gas and the preheated material is introduced directly into a microwave discharge zone in a substantially oxygen-free superatmospheric gas atmosphere. Solid fission products containing elemental carbon and gaseous by-products are formed.
Die DE 10 2015 218 098 Al offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur thermischen Spaltung von Kohlenwasserstoffen, wobei in einem Plasmagas zwischen mindestens zwei Elektroden thermische Energie durch einen Lichtbogen erzeugt wird. Das aufgeheizte Plasmagas wird mit den zu spaltenden Kohlenwasserstoffen gemischt, wobei die Kohlenwasserstoffe auf eine Temperatur von mehr als 600 °C erwärmt werden. Es entsteht ein Gemisch aus Kohlenstoff und Wasserstoff. DE 10 2015 218 098 A1 discloses a method and a device for the thermal cracking of hydrocarbons, thermal energy being generated by an arc in a plasma gas between at least two electrodes. The heated plasma gas is mixed with the hydrocarbons to be split, the hydrocarbons being at a temperature heated by more than 600 °C. A mixture of carbon and hydrogen is formed.
Aus der EP 1643001 Al sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur thermischen Spaltung von Kohlenwasserstoffen bekannt, bei dem zur Spaltung das Plasma einer Mikrowellen-Entladung eingesetzt wird und welches dazu dient, polykristalline Diamantschichten zu erzeugen. EP 1643001 A1 discloses a method and a device for the thermal cracking of hydrocarbons, in which the plasma of a microwave discharge is used for cracking and which serves to produce polycrystalline diamond layers.
Die WO 2004033368 Al offenbart eine Vorrichtung zur Brennstoffreformierung, mit der ein reformiertes, Wasserstoff enthaltendes Brennstoffgas erzeugt werden soll, welches frei von Kohlenmonoxid ist. In einer Ausführungsform der bekannten Vorrichtung durchläuft eine Mischung eines Kohlenwasserstoff-Brennstoffes eine erste Reformer-Einheit. Der reformierte Gasstrom wird anschließend durch ein nicht-thermisches Plasma geführt, welches in einem Mikrowellen-Reaktor erzeugt wird, um verbliebenes Kohlenmonoxid umzuwandeln. Hiernach kann der Brennstoff einer Brennstoffzelle zugeführt werden. Es erfolgt gemäß diesem Stand der Technik somit keine Spaltung von Kohlenwasserstoffen im nichtthermischen Mikrowellenplasma. WO 2004033368 A1 discloses a device for fuel reforming, with which a reformed fuel gas containing hydrogen and which is free of carbon monoxide is to be generated. In one embodiment of the known device, a mixture of hydrocarbon fuel is passed through a first reformer unit. The reformed gas stream is then passed through a non-thermal plasma generated in a microwave reactor to convert any remaining carbon monoxide. Thereafter, the fuel can be supplied to a fuel cell. According to this prior art, there is therefore no splitting of hydrocarbons in the non-thermal microwave plasma.
Aus der WO 2019032554 Al sind ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bekannt, wonach Mikrowellenstrahlung einer Strahlungsquelle über einen Wellenleiter einem Resonator zugeführt wird, welcher einen Reaktionsraum umfasst. Aus einer ersten Materialquelle wird plasmaerzeugendes Material und aus einer zweiten Quelle ein Kohlenwasserstoff aufweisendes Ausgangsmaterial in den Reaktionsraum geführt. Im Plasma kommt es zur thermischen Spaltung des kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterials, wodurch ein mit Kohlenstoff angereichertes Zwischenprodukt sowie ein mit Wasserstoff angereichertes Zwischenprodukt entstehen. Aus dem so entstandenen aufgespaltenen Material kann der Kohlenstoff in Form von Graphit oder Graphen abgeschieden werden. WO 2019032554 A1 discloses a method and a device of the type mentioned at the outset, according to which microwave radiation from a radiation source is fed via a waveguide to a resonator which includes a reaction space. Plasma-generating material is fed into the reaction space from a first material source and a starting material containing hydrocarbons is fed from a second source. In the plasma, the hydrocarbon-containing starting material is thermally split, resulting in a carbon-enriched intermediate product and a hydrogen-enriched intermediate product. The carbon in the form of graphite or graphene can be separated from the resulting split material.
Es ist bekannt, Eisenschwamm, abgekürzt auch DRI („direct reduced iron") genannt, durch Reduktion von Eisenerz mittels Zugabe von Wasserstoff zu erzeugen (US 2018/0221947 Al). Es ist des Weiteren bekannt, zur Herstellung des für die Eisenreduktion eingesetzten Wasserstoffes ein kohlenwasserstoffhaltiges Gas, z.B. Methan, thermisch zu zerlegen, insbesondere unter Einsatz eines Hochtemperatur-Blasensäulenreaktors, in dem das kohlenwasserstoffhaltige Gas durch eine Metallschmelze geführt wird. Der Wasserstoff wird in Gasform aufgefangen, während der Kohlenstoff sich in der Metallschmelze als Feststoff absetzt (https://www.chemie.de/news/142290/wasserstoff-aus-methan-ohne-co2- ausstoss.html, im Internet am 27.06.2019; Tobias Günter Geißler, „Methanpyrolyse in einem Flüssigmetall-Blasensäulenreaktor (Verfahrenstechnik)", ISBN-10: 3843933448). It is known to produce sponge iron, also known as DRI (“direct reduced iron”) for short, by reducing iron ore by adding hydrogen (US 2018/0221947 A1). It is also known for producing the hydrogen used for iron reduction to thermally decompose a hydrocarbon-containing gas, for example methane, in particular using a high-temperature bubble column reactor in which the hydrocarbon-containing gas is passed through molten metal Hydrogen is collected in gaseous form, while the carbon is deposited as a solid in the molten metal (https://www.chemie.de/news/142290/wasserstoff-aus-methan-ohne-co2-ausstoss.html, online on June 27th. 2019; Tobias Günter Geißler, "Methane pyrolysis in a liquid metal bubble column reactor (process engineering)", ISBN-10: 3843933448).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine effizientere Nutzung bzw. Aufbereitung für kohlenwasserstoffhaltige Ausgangsmaterialien bereitzustellen. Vorzugsweise sollen bislang aus wirtschaftlichen oder technischen Gründen nicht oder wenig genutzte Ausgangsmaterialien, insbesondere Fackelgase oder Flaregase, einer wirtschaftlich vernünftigen Nutzung zugeführt werden. The invention is based on the object of providing a more efficient use or treatment of hydrocarbon-containing starting materials. Starting materials, in particular flare gases or flare gases, which have hitherto not been used or used little for economic or technical reasons, should preferably be put to an economically reasonable use.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem Gegenstand von Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß dem Gegenstand von Anspruch 12 vorgeschlagen. Ferner wird die Aufgabe durch eine Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem Gegenstand von Anspruch 10, sowie eine Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß dem Gegenstand von Anspruch 19 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. This object is proposed by a method according to the subject-matter of claim 1 and an apparatus according to the subject-matter of claim 12. Furthermore, the object is achieved by using the method according to the subject matter of claim 10 and by using the device according to the invention according to the subject matter of claim 19 . Advantageous developments result from the dependent claims.
Insbesondere wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Niedertemperaturspaltung, insbesondere zur nicht-thermischen Spaltung, eines kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterials, aufweisend die folgenden Schritte: In particular, the object is achieved by a method for low-temperature cracking, in particular for non-thermal cracking, of a hydrocarbon-containing starting material, having the following steps:
• Bereitstellen des kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterials in der Gasphase; • providing the hydrocarbonaceous starting material in the gas phase;
• Erzeugen eines nicht-thermischen Plasmas aus dem kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterial zur Spaltung des kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterials in einen Kohlenstoffanteil und einen Wasserstoffanteil; und • generating a non-thermal plasma from the hydrocarbonaceous feedstock to split the hydrocarbonaceous feedstock into a carbon portion and a hydrogen portion; and
• Trennen des Kohlenstoffanteils und des Wasserstoffanteils; wobei mindestens ein Prozessparameter des Verfahrens während der Durchführung überwacht wird, vorzugsweise unter Verwendung von Sensormessungen. Ein Kerngedanke der Erfindung besteht darin, zur Spaltung des kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterials ein nicht-thermisches Plasma zu nutzen. Dabei wird das Ausgangsmaterial in einen Kohlenstoffanteil und einen Wasserstoffanteil gespalten. • Separating the carbon fraction and the hydrogen fraction; wherein at least one process parameter of the method is monitored during performance, preferably using sensor measurements. A core idea of the invention is to use a non-thermal plasma to split the hydrocarbon-containing starting material. The starting material is split into a carbon portion and a hydrogen portion.
Unter einem nicht-thermischen Plasma wird vorliegend ein Plasma verstanden, in dem kein thermisches Gleichgewicht zwischen den durch das Plasma angeregten Elektronen und dem kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterial auf makroskopischer Ebene vorliegt. In the present case, a non-thermal plasma is understood to mean a plasma in which there is no thermal equilibrium between the electrons excited by the plasma and the hydrocarbon-containing starting material at the macroscopic level.
Erfolgt die Erzeugung des nicht-thermischen Plasmas mittels Mikrowellen, wird das nicht-thermische Plasma im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch als nicht-thermisches Mikrowellenplasma bezeichnet. Hierzu kann beispielsweise eine Anregungsfrequenz in einem Bereich zwischen 900 MHz und 2,5 GHz, beispielsweise eine Anregungsfrequenz von 2,45 GHz gewählt werden. Bei diesen Anregungsfrequenzen tritt bevorzugt eine Schwingungsanregung der Elektronen im kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterial auf. Dies führt zu einer signifikanten Abweichung zwischen der Temperatur der angeregten Elektronen und zugehörigen Ionen des kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterials. Es kann somit das erwähnte thermische Ungleichgewicht zwischen den angeregten Elektronen und dem kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterial erzeugt werden, um ein nicht-thermisches Plasma zu erhalten. Die makroskopische Umgebungstemperatur des nicht-thermischen Plasmas liegt weit unterhalb der Temperatur von thermischen Plasmen und überschreitet bei einer effizienten Prozessführung üblicherweise nicht ca. 150°C. If the non-thermal plasma is generated by means of microwaves, the non-thermal plasma is also referred to as non-thermal microwave plasma in the context of the present invention. For this purpose, for example, an excitation frequency in a range between 900 MHz and 2.5 GHz, for example an excitation frequency of 2.45 GHz, can be selected. Vibrational excitation of the electrons in the hydrocarbon-containing starting material preferably occurs at these excitation frequencies. This leads to a significant mismatch between the temperature of the excited electrons and associated ions of the hydrocarbonaceous feedstock. The aforementioned thermal imbalance between the excited electrons and the hydrocarbon-containing starting material can thus be generated in order to obtain a non-thermal plasma. The macroscopic ambient temperature of the non-thermal plasma is far below the temperature of thermal plasmas and usually does not exceed approx. 150°C if the process is carried out efficiently.
Es ist hierbei zu bemerken, dass das Erzeugen des nicht-thermischen Plasmas ohne Verwendung eines zusätzlichen plasmaerzeugenden Stoffs erfolgen kann. Dies macht das Verfahren besonders effizient und wirtschaftlich, nach der Spaltung in dem nicht-thermischen Plasma werden der Kohlenstoffanteil und der Wasserstoffanteil in einem Trennvorgang voneinander getrennt. It should be noted here that the generation of the non-thermal plasma can take place without using an additional plasma-generating substance. This makes the process particularly efficient and economical. After splitting in the non-thermal plasma, the carbon content and the hydrogen content are separated from one another in a separating process.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird zur Erzeugung des nicht-thermischen Plasmas kein Arbeitsgas eingesetzt. Entsprechend ist bei der untenstehend beschriebenen Vorrichtung zur Niedertemperaturspaltung keine Zuführung für ein Arbeitsgas erforderlich. Ebenso umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zur Spaltung des kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterials keine Pyrolyse des kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterials. Vielmehr erfolgt durch die Erzeugung des nicht-thermischen Plasmas eine chemisch-physikalische Spaltung des kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterials. Vorzugsweise erfolgt keine Vorerhitzung des kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterials vor der Erzeugung des nicht-thermischen Plasmas. Dies erhöht die Effizienz des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung. In the method according to the invention and the device according to the invention, no working gas is used to generate the non-thermal plasma. Correspondingly, no feed for a working gas is required in the device for low-temperature cracking described below. Likewise, the inventive method for the cleavage of the hydrocarbonaceous feedstock no pyrolysis of the hydrocarbonaceous feedstock. Rather, the generation of the non-thermal plasma causes a chemical-physical splitting of the hydrocarbon-containing starting material. Preferably, the hydrocarbonaceous feedstock is not preheated prior to the generation of the non-thermal plasma. This increases the efficiency of the method according to the invention and the device according to the invention.
Die Verwendung eines nicht-thermischen Plasmas zur Spaltung des kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterials birgt zahlreiche Vorteile. Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass eine Spaltung mittels eines nichtthermischen Plasmas eine äußerst hohe Spalteffizienz bereitstellt, bei gleichzeitiger Reduktion des hierfür erforderlichen Energiebedarfs. Dabei bleibt die Temperatur auf einem niedrigen Niveau. Dadurch sind die Anforderungen an die zu verwendenden Materialien des Plasmareaktors deutlich reduziert, da die Komponenten des Plasmareaktors bei der Durchführung des Verfahrens deutlich geringeren Temperaturen ausgesetzt werden. There are numerous advantages to using a non-thermal plasma to split the hydrocarbonaceous feedstock. Surprisingly, it has been found that splitting by means of a non-thermal plasma provides an extremely high splitting efficiency while at the same time reducing the energy requirement required for this. The temperature remains at a low level. As a result, the requirements for the materials to be used in the plasma reactor are significantly reduced, since the components of the plasma reactor are exposed to significantly lower temperatures when the method is carried out.
Es ist dabei besonders vorteilhaft, während der Durchführung des Verfahrens mindestens einen Prozessparameter zu überwachen, beispielsweise indem entsprechende Sensoren vorgesehen werden und der zu überwachende Prozessparameter (vorzugsweise kontinuierlich oder in vorgegebenen Zeitintervallen) gemessen wird. Vorzugsweise ist der mindestens eine Prozessparameter ausgewählt aus der folgenden Liste: Druck, Volumendurchsatz und/oder Temperatur des gasförmigen, kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterials vor Erzeugung des Mikrowellenplasmas, beispielsweise direkt vor dem Ort der Erzeugung des Mikrowellenplasmas, Druck und/oder Temperatur am Ort der Mikrowellenplasmaerzeugung, Stoffmenge und/oder Stoffzusammensetzung nach der Trennung des Kohlenstoffanteils und des Wasserstoffanteils, Druck, Volumendurchsatz und/oder Temperatur des Kohlenstoffanteils und/oder des Wasserstoffanteils nach der Trennung. Für die Überwachung des Prozessparameters können übliche Sensoren eingesetzt werden. Durch die Überwachung des mindestens einen Prozessparameters können Schwankungen im Verfahrensablauf erkannt und entsprechende Maßnahmen ergriffen werden, um die Effizienz des Verfahrens zu verbessen. Vorzugsweise wird das Erzeugen des nicht-thermischen Plasmas mittels auf das kohlenwasserstoffhaltige Ausgangsmaterial wirkender Mikrowellenstrahlung durchgeführt. Dadurch wird aus zumindest einem Anteil des kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterials ein nicht-thermisches Plasma - in diesem Fall ein nicht-thermisches Mikrowellenplasma - erzeugt. Dabei ist es insbesondere bevorzugt, dass die Mikrowellenstrahlung in einer Mikrowellen- Plasmavorrichtung erzeugt wird. Vorzugsweise liegt die Frequenz der Mikrowellen in einem Bereich zwischen 900 MHz und 2,5 GHz und beträgt besonders bevorzugt 2,45 GHz. Die Mikrowellen-Plasmavorrichtung wird ferner vorzugsweise bei Drücken zwischen 1 bar und 8 bar betrieben. Es ist damit insgesamt bevorzugt, dass der Verfahrensschritt zum Erzeugen des nicht-thermischen Plasmas ein Erzeugen eines nicht-thermischen Mikrowellenplasmas aus (zumindest einem Anteil des gas- oder dampfförmig vorliegenden oder in Gasoder Dampfform gebrachten bzw. aus) dem kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterial mittels auf das Ausgangsmaterial wirkender Mikrowellenstrahlung in einer Mikrowellen-Plasmavorrichtung zur Spaltung des kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterials in einen Kohlenstoffanteil und einen Wasserstoffanteil umfasst. It is particularly advantageous to monitor at least one process parameter while the method is being carried out, for example by providing appropriate sensors and measuring the process parameter to be monitored (preferably continuously or at predetermined time intervals). The at least one process parameter is preferably selected from the following list: pressure, volume throughput and/or temperature of the gaseous, hydrocarbon-containing starting material before the microwave plasma is generated, for example directly before the microwave plasma is generated, pressure and/or temperature at the microwave plasma generation site, amount of substance and/or composition of matter after the separation of the carbon fraction and the hydrogen fraction, pressure, volume flow rate and/or temperature of the carbon fraction and/or the hydrogen fraction after the separation. Conventional sensors can be used to monitor the process parameters. By monitoring the at least one process parameter, fluctuations in the course of the process can be identified and appropriate measures can be taken to improve the efficiency of the process. The non-thermal plasma is preferably generated by means of microwave radiation acting on the hydrocarbon-containing starting material. As a result, a non-thermal plasma—in this case a non-thermal microwave plasma—is generated from at least a portion of the hydrocarbon-containing starting material. It is particularly preferred that the microwave radiation is generated in a microwave plasma device. The frequency of the microwaves is preferably in a range between 900 MHz and 2.5 GHz and is particularly preferably 2.45 GHz. Furthermore, the microwave plasma device is preferably operated at pressures between 1 bar and 8 bar. It is therefore preferred overall that the method step for generating the non-thermal plasma involves generating a non-thermal microwave plasma from (at least a proportion of the gas or vapor present or brought into gas or vapor form or from) the hydrocarbon-containing starting material by means of the starting material acting microwave radiation in a microwave plasma device for splitting the hydrocarbon-containing starting material into a carbon portion and a hydrogen portion.
Bezüglich des Trennvorgangs ist es in diesem Fall bevorzugt, dass das Trennen des Kohlenstoffanteils und des Wasserstoffanteils in einem Trennvorgang außerhalb der Mikrowellen-Plasmavorrichtung erfolgt. With regard to the separating process, it is preferred in this case that the carbon portion and the hydrogen portion are separated in a separating process outside of the microwave plasma device.
Es sei an dieser Stelle bemerkt, dass die Erfindung nicht auf die Erzeugung eines nicht-thermischen Mikrowellenplasmas zur Spaltung beschränkt ist. Die Erzeugung des nicht-thermischen Plasmas kann auch durch andere Mittel erfolgen. Entscheidend ist lediglich, dass zur Spaltung ein nicht-thermisches Plasma zum Einsatz kommt, das die erfindungsgemäße Niedertemperaturspaltung ermöglicht. It should be noted at this point that the invention is not limited to the generation of a non-thermal microwave plasma for fission. Generation of the non-thermal plasma can also be accomplished by other means. The only decisive factor is that a non-thermal plasma is used for the cleavage, which enables the low-temperature cleavage according to the invention.
Das kohlenwasserstoffhaltige Ausgangsmaterial kann bereits in der Gasphase vorliegen und beispielsweise durch ein kohlenwasserstoffhaltiges Gas und/oder kohlenwasserstoffhaltigen Dampf gebildet sein. Ebenso kann als Ausgangsmaterial zunächst in flüssiger Phase vorliegen und vor oder bei der Erzeugung des nicht-thermischen Mikrowellenplasmas in die gasförmige Phase gebracht werden. Vorzugsweise umfasst das kohlenwasserstoffhaltige Ausgangsmaterial Erdölbegleitgas bzw. wird aus diesem generiert. Damit ist eine Alternative zur gängigen Abfackelung des Erdölbegleitgases gegeben. Auch andere zur Abfackelung vorgesehene kohlenwasserstoffhaltige Grundstoffe können als Ausgangsmaterial eingesetzt werden. Die Verwendung dieser ansonsten als Fackelgase oder Flaregase eingesetzten Gase ist umweltfreundlich, da zum einen die Emission von CO2 reduziert wird und zum anderen Energie gewonnen werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann das kohlenwasserstoffhaltige Ausgangsmaterial verflüssigten Kunststoff, insbesondere aus Altkunststoff, oder Bilgenöl, aus Erdöl, aus Biogas oder Erdgas umfassen bzw. aus diesen Stoffen generiert werden. Das kohlenwasserstoffhaltige Ausgangsmaterial kann insbesondere aus Altkunststoffen, zum Beispiel aus Mülldeponien, nicht mehr werkstofflich recycelbaren Kunststoffabfällen, Biomasse, Biogasen, Clathraten, biogenem Methan, Bilgenöl, Erdöl oder Erdgas stammen. The hydrocarbon-containing starting material can already be present in the gas phase and can be formed, for example, by a hydrocarbon-containing gas and/or hydrocarbon-containing vapor. Likewise, the starting material can initially be in the liquid phase and brought into the gaseous phase before or during the generation of the non-thermal microwave plasma. The hydrocarbon-containing starting material preferably comprises associated gas or is generated from this. This provides an alternative to the usual flaring of associated gas. Other hydrocarbon-containing raw materials intended for flaring can also be used as starting material. The use of these gases, which are otherwise used as flare gases or flare gases, is environmentally friendly because on the one hand the emission of CO2 is reduced and on the other hand energy can be generated. Alternatively or additionally, the hydrocarbon-containing starting material can include liquefied plastic, in particular from waste plastic, or bilge oil, from petroleum, from biogas or natural gas or can be generated from these substances. The hydrocarbon-containing starting material can in particular come from waste plastics, for example from landfills, plastic waste that can no longer be mechanically recycled, biomass, biogas, clathrates, biogenic methane, bilge oil, crude oil or natural gas.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die Erfindung auch bei der Verwertung konventioneller kohlenwasserstoffhaltiger Ausgangsmaterialien, insbesondere Erdöl oder Erdgas, verwendet werden kann. Der Vorteil der Erfindung liegt in der sehr hohen Energieeffizienz des Verfahrens, das einen schonenden Umgang mit der Engpassressource des CCh-neutralen Stroms ermöglicht. It should be pointed out at this point that the invention can also be used in the utilization of conventional hydrocarbon-containing starting materials, in particular crude oil or natural gas. The advantage of the invention lies in the very high energy efficiency of the process, which enables gentle handling of the bottleneck resource of the CCh-neutral electricity.
Das Ausgangsmaterial liegt vorzugsweise in gereinigter Form vor. Hierfür kann das eingesetzte Erdölbegleitgas oder der sonstige kohlenwasserstoffhaltige Grundstoff einer Reinigung, z.B. einer Entschwefelung und möglicherweise weiterer Reinigungsmaßnahmen, zuzuführen. Geeignete Reinigungsverfahren sind aus dem Stand der Technik bekannt, z.B. für diverse kohlenwasserstoffhaltige Gase, z.B. Faulgas, Deponiegas, Gase aus der anaeroben Industrieabwasserbehandlung und Erdgas. Beispielsweise kann hierfür das Ausgangsmaterial zu einer Reaktion mit Eisenoxidhydroxid (FeO(OH)) gebracht werden, z.B. in einem Festbettabsorber oder einem Fließbettabsorber. The starting material is preferably in a purified form. For this purpose, the associated petroleum gas used or the other hydrocarbon-containing base material can be subjected to purification, e.g. desulfurization and possibly further purification measures. Suitable cleaning processes are known from the prior art, e.g. for various gases containing hydrocarbons, e.g. digester gas, landfill gas, gases from anaerobic industrial wastewater treatment and natural gas. For example, the starting material can be reacted with iron oxide hydroxide (FeO(OH)), e.g. in a fixed bed absorber or a fluidized bed absorber.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren also ein Reinigen des kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterials. Besonders bevorzugt erfolgt das Reinigen des kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterials, indem das kohlenwasserstoffhaltige Ausgangsmaterial durch einen Absorptionsreaktor geleitet wird, um zur Reaktion mit Eisenoxidhydroxid (FeO(OH)) gebracht zu werden. The method therefore preferably comprises a purification of the hydrocarbon-containing starting material. The purification of the hydrocarbon-containing starting material is particularly preferably carried out by passing the hydrocarbon-containing starting material through an absorption reactor is passed to be reacted with iron oxide hydroxide (FeO(OH)).
Vorzugsweise umfasst das Leiten des kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterials durch den Absorptionsreaktor ein Leiten des kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterials durch einen oder mehrere Fraktale. Damit kann ein äußerst gleichmäßiger Gasfluss des kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterials über einen breiten Querschnitt im Absorptionsreaktor erzielt werden und die Effizienz des Reinigungsschritts verbessert werden. Preferably, passing the hydrocarbonaceous feedstock through the absorption reactor comprises passing the hydrocarbonaceous feedstock through one or more fractals. With this, an extremely uniform gas flow of the hydrocarbon-containing starting material can be achieved over a wide cross-section in the absorption reactor and the efficiency of the purification step can be improved.
Vorzugsweise wird das Eisenoxidhydroxid als Schüttung in dem Absorptionsreaktor bereitgestellt. Das kohlenwasserstoffhaltige Ausgangsmaterial wird im Absorptionsreaktor vorzugsweise durch die Schüttung von Eisenoxidhydroxid geleitet. Bei der Reaktion des kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterials mit dem Eisenoxidhydroxid wird Schwefel aus dem kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterial ausgeschieden. Hierbei entsteht Eisensulfid (FeS/FezSs). Vorzugsweise umfasst der Reinigungsschritt ein, vorzugsweise kontinuierliches, Zuführen von Eisenoxidhydroxid in den Absorptionsreaktor (beispielsweise mittels einer Eintrags-Förderschnecke) und ein, vorzugsweise kontinuierliches, Abführen von Eisensulfid aus dem Absorptionsreaktor (beispielsweise mittels einer Austrags-Förderschnecke). The iron oxide hydroxide is preferably provided as a bed in the absorption reactor. The hydrocarbon-containing starting material is preferably passed through the bed of iron oxide hydroxide in the absorption reactor. Upon reaction of the hydrocarbonaceous feedstock with the iron oxide hydroxide, sulfur is eliminated from the hydrocarbonaceous feedstock. This produces iron sulfide (FeS/FezSs). Preferably, the purification step comprises feeding iron oxide hydroxide, preferably continuously, into the absorption reactor (e.g. by means of a feed screw conveyor) and removing iron sulphide from the absorption reactor, preferably continuously (e.g. by means of a discharge screw conveyor).
Ferner ist es bevorzugt, den Reinigungsschritt mittels geeigneter Sensorik zu überwachen, beispielsweise indem der Volumendurchsatz des kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterials, das in den Absorptionsreaktor geführt wird, und/oder der Volumendurchsatz des gereinigten kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterials, das aus dem Absorptionsreaktor ausgeleitet wird, erfasst wird. Diese Information kann beispielsweise genutzt werden, um die Menge an Eisenoxidhydroxid, das dem Absorptionsreaktor zugeführt wird, einzustellen. Furthermore, it is preferred to monitor the cleaning step by means of suitable sensors, for example by recording the volume throughput of the hydrocarbon-containing starting material that is fed into the absorption reactor and/or the volume throughput of the cleaned hydrocarbon-containing starting material that is discharged from the absorption reactor. This information can be used, for example, to adjust the amount of iron oxide hydroxide fed to the absorption reactor.
Der Reinigungsschritt kann vor und/oder nach der Erzeugung des nichtthermischen Mikrowellenplasmas durchgeführt werden. The cleaning step can be carried out before and/or after the generation of the non-thermal microwave plasma.
Es kann vorteilhaft sein, das erfindungsgemäße Verfahren so auszuführen, dass der Trennvorgang eine Abscheidung zumindest eines Teils des Kohlenstoffanteils umfasst. Die Abscheidung kann z. B. als Graphit und/oder Graphen erfolgen. Für den Trennvorgang kann z. B. mindestens ein elektrostatischer Separator, insbesondere ein Korona -Reaktor, eingesetzt werden, alternativ können ein Fliehkraftabscheider, z. B. in Form einer Zyklonvorrichtung, oder beispielsweiseeine Metallschmelze eingesetzt werden. It can be advantageous to carry out the method according to the invention in such a way that the separation process includes a separation of at least part of the carbon content. The deposition can e.g. B. as graphite and / or graphene. For the separation process z. B. at least one electrostatic separator, in particular a corona reactor, can be used, alternatively, a centrifugal separator, z. B. in the form of a cyclone device, or for example a molten metal can be used.
Im Rahmen der Erfindung ist ferner vorgesehen, das erfindungsgemäße Verfahren zur Durchführung eines Verfahrens zur Reduktion eines Feststoffes, insbesondere von Siliziumdioxid oder einem oder mehreren Eisenoxiden, z.B. wie sie in Eisenerzen vorkommen, wie beispielsweise FezCh oder FeaO , einzusetzen, wobei für den Reduktionsprozess zumindest ein Teil des bei der thermischen Spaltung generierten Wasserstoffanteils eingesetzt wird. The invention also provides for the method according to the invention to be used to carry out a method for reducing a solid, in particular silicon dioxide or one or more iron oxides, e.g. as they occur in iron ores, such as FezCh or FeaO, using at least one for the reduction process Part of the hydrogen generated during thermal cracking is used.
Alternativ oder parallel zur Feststoffreduktion kann ein Teil des bei der thermischen Spaltung generierten Wasserstoffanteils zur Energiegewinnung eingesetzt werden. As an alternative or parallel to the solids reduction, part of the hydrogen generated during thermal cracking can be used to generate energy.
Die Aufgabe der Erfindung wird ferner gelöst durch eine Vorrichtung zur Niedertemperaturspaltung, insbesondere zur nicht-thermischen Spaltung, eines kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterials, aufweisend eine Mikrowellen- Plasmavorrichtung mit einem Reaktorraum und einer Mikrowellenquelle, eine über eine Ableitung mit dem Reaktorraum verbundene Trennvorrichtung, und mindestens einen Sensor zur Messung bzw. Überwachung eines Prozessparameters, wobei die Mikrowellen-Plasmavorrichtung eingerichtet ist, aus zumindest einem Teil des im Reaktorraum befindlichen, kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterials ein nicht-thermisches Plasma zur nicht-thermischen Spaltung bzw. Niedertemperaturspaltung des kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterials in einen Kohlenstoffanteil und einen Wasserstoffanteil zu erzeugen, und wobei die Trennvorrichtung eingerichtet ist, den Kohlenstoffanteil vom Wasserstoffanteil zu trennen. The object of the invention is also achieved by a device for low-temperature cracking, in particular for non-thermal cracking, of a starting material containing hydrocarbons, having a microwave plasma device with a reactor chamber and a microwave source, a separating device connected to the reactor chamber via a discharge line, and at least one sensor for measuring or monitoring a process parameter, the microwave plasma device being set up to generate a non-thermal plasma from at least part of the hydrocarbon-containing starting material located in the reactor chamber for non-thermal cracking or low-temperature cracking of the hydrocarbon-containing starting material into a carbon component and a hydrogen component produce, and wherein the separating device is set up to separate the carbon content from the hydrogen content.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich dieselben Vorteile erzielen, die obenstehend in Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben wurden. Merkmale der Vorrichtung, insbesondere funktionale Merkmale der strukturellen Elemente der Vorrichtung, sind als Verfahrensschritte auf das erfindungsgemäße Verfahren übertragbar. Ebenso sind Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die erfindungsgemäße Vorrichtung übertragbar, indem die Vorrichtung derart konfiguriert wird, dass sie zur Ausführung der entsprechenden Verfahrensmerkmale ausgebildet und geeignet ist. Genauso wie die erfindungsgemäße Vorrichtung vorzugsweise zur Durchführung des vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist und eingesetzt wird, ist es bevorzugt, dass das erfindungsgemäße Verfahren mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt wird. Die vorliegende Erfindung umfasst ferner die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. With the device according to the invention, the same advantages can be achieved that were described above in relation to the method according to the invention. Features of the device, in particular functional features of the structural elements of the device, can be transferred as method steps to the method according to the invention. Likewise, features of the method according to the invention can be transferred to the device according to the invention by configuring the device in such a way that it is used for Execution of the corresponding process features is trained and suitable. Just as the device according to the invention is preferably designed and used for carrying out the method according to the invention described above, it is preferred that the method according to the invention is carried out with a device according to the invention. The present invention also includes the use of the device according to the invention for carrying out the method according to the invention.
Es ist bevorzugt, dass die Vorrichtung eine Zuleitung für das kohlenwasserstoffhaltige Ausgangsmaterial zum Reaktorraum aufweist. Vorzugsweise ist das kohlewasserstoffhaltige Ausgangsmaterial in der Gasphase bereitgestellt. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass die Zuleitung als Gas(rohr)leitung ausgebildet ist. It is preferred that the device has a feed line for the hydrocarbon-containing starting material to the reactor space. Preferably, the hydrocarbonaceous feedstock is provided in the gas phase. In this case, it is preferred that the feed line is designed as a gas (pipe) line.
Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung eine Plasmavorrichtung mit Reaktorraum und Plasmaquelle, eine Trennvorrichtung und einen Sensor auf. Bevorzugt wird für die Erzeugung des Plasmas eine Mikrowellenquelle verwendet. Es ist jedoch auch möglich, dass eines oder mehrere dieser Elemente in der Vorrichtung mehrfach vorgesehen sind. So ist es beispielsweise denkbar, mehrere Mikrowellen-Plasmavorrichtungen mit jeweiligem Reaktorraum und Mikrowellenquelle vorzusehen. Ebenso ist es möglich, jeder dieser Mikrowellen- Plasmavorrichtungen genau eine Trennvorrichtung zuzuordnen. Alternativ können in der Vorrichtung eine größere Anzahl an Mikrowellen-Plasmavorrichtungen als Trennvorrichtungen vorgesehen sein, so dass mehrere Mikrowellen- Plasmavorrichtungen einer Trennvorrichtung zugeordnet sind. According to the invention, the device has a plasma device with a reactor space and plasma source, a separating device and a sensor. A microwave source is preferably used to generate the plasma. However, it is also possible for one or more of these elements to be provided multiple times in the device. For example, it is conceivable to provide several microwave plasma devices with a respective reactor space and microwave source. It is also possible to assign exactly one separating device to each of these microwave plasma devices. Alternatively, a larger number of microwave plasma devices can be provided as separating devices in the device, so that several microwave plasma devices are assigned to one separating device.
Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung mindestens einen Sensor zur Messung bzw. Überwachung mindestens eines Prozessparameters auf. Vorzugsweise ist der mindestens eine Sensor ausgebildet, den zu überwachenden Prozessparameter kontinuierlich oder in vorgegebenen Zeitabständen zu messen. Der mindestens eine Sensor ist vorzugsweise ein Drucksensor, ein Temperatursensor, ein Volumenstromsensor, ein Partikelzähler und/oder ein Partikelanalysator, beispielsweise ein Gaschromatograph. Ein Druck-, Temperatur- oder Volumenstromsensor ist vorzugsweise vor dem Reaktorraum, beispielsweise an der Zuleitung, angeordnet, oder am bzw. in der Ableitung. Ist der Sensor durch einen Partikelzähler und/oder ein Partikelanalysator gebildet, ist es bevorzugt, den Sensor nach dem Reaktorraum anzuordnen, um die Spaltprodukte, die aus dem Reaktorraum erhalten werden, charakterisieren bzw. quantifizieren zu können. Die mit dem mindestens einen Sensor ermittelten Messwerte können auch zur Steuerung der Vorrichtung eingesetzt werden. According to the invention, the device has at least one sensor for measuring or monitoring at least one process parameter. The at least one sensor is preferably designed to measure the process parameter to be monitored continuously or at predetermined time intervals. The at least one sensor is preferably a pressure sensor, a temperature sensor, a volume flow sensor, a particle counter and/or a particle analyzer, for example a gas chromatograph. A pressure, temperature or volumetric flow sensor is preferably arranged in front of the reactor chamber, for example on the supply line, or on or in the discharge line. If the sensor is formed by a particle counter and/or a particle analyzer, it is preferable to arrange the sensor after the reactor space in order to detect the fission products from be able to characterize or quantify the values obtained in the reactor space. The measured values determined with the at least one sensor can also be used to control the device.
Es ist ferner bevorzugt, dass die mindestens eine Trennvorrichtung oder mindestens eine der Trennvorrichtungen eine Abscheideeinheit umfasst. Damit kann die Trennung der Wasserstoff- und Kohlenstoffanteile verbessert werden. Die Abscheideeinheit kann dabei einen elektrostatischen Separator wie einen Korona-Reaktor, und/oder einen Fliehkraftabscheider umfassen. Es ist ferner möglich, dass die mindestens eine Trennvorrichtung oder mindestens eine der Trennvorrichtungen einen Metallschmelze-Wäscher umfasst. It is further preferred that the at least one separating device or at least one of the separating devices comprises a separating unit. This can improve the separation of the hydrogen and carbon components. The separating unit can include an electrostatic separator such as a corona reactor and/or a centrifugal separator. It is also possible that the at least one separating device or at least one of the separating devices comprises a molten metal washer.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine mit der mindestens einen Trennvorrichtung oder mit mindestens eine der Trennvorrichtungen über eine Zwischenleitung verbundene Reduktionseinheit auf, welche eingerichtet ist, eine Substanz mittels des Wasserstoffanteils zu reduzieren. According to a further preferred embodiment, the device has a reduction unit which is connected to the at least one separating device or to at least one of the separating devices via an intermediate line and is set up to reduce a substance by means of the hydrogen content.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung mindestens einen Absorptionsreaktor auf, der zur Reinigung des kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterial, insbesondere zur Separation von schwefelhaltigen Anteilen, ausgebildet ist. Der mindestens eine Absorptionsreaktor kann vor und/oder nach der mindestens einen Mikrowellen- Plasmavorrichtung angeordnet sein. According to a further preferred embodiment, the device has at least one absorption reactor which is designed to clean the hydrocarbon-containing starting material, in particular to separate sulfur-containing components. The at least one absorption reactor can be arranged before and/or after the at least one microwave plasma device.
Der Absorptionsreaktor weist vorzugsweise einen geschlossenen Reaktionsraum auf, der zur Durchführung der zur Reinigung erforderlichen Reaktion ausgebildet ist. Der Absorptionsreaktor weist bevorzugt ferner mindestens einen Gaszufluss zur Verbindung mit einer Gaszuleitung auf. Vorzugsweise ist der mindestens eine Gaszufluss in einem unteren Bereich des Absorptionsreaktors ausgebildet. Zur Abführung des gereinigten kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterials weist der Absorptionsreaktor bevorzugt ferner mindestens einen Gasauslass zur Verbindung mit einer Gasableitung auf. Vorzugsweise ist der mindestens eine Gasauslass in einem oberen Bereich des Absorptionsreaktors ausgebildet. Das Reaktionsmaterial im Absorptionsreaktor ist vorzugsweise durch Eisenoxidhydroxid gebildet. Vorzugsweise weist der Reaktionsreaktor mindestens ein Fraktal auf, das an dem mindestens einen Gaszufluss angeordnet ist und ausgebildet ist, die Strömung des zugeführten kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterials zu homogenisieren und auf einen breiteren Querschnitt zu verteilen. The absorption reactor preferably has a closed reaction space which is designed to carry out the reaction required for purification. The absorption reactor preferably also has at least one gas inlet for connection to a gas supply line. The at least one gas inflow is preferably formed in a lower region of the absorption reactor. In order to discharge the cleaned carbonaceous starting material, the absorption reactor preferably also has at least one gas outlet for connection to a gas outlet. The at least one gas outlet is preferably formed in an upper region of the absorption reactor. The reaction material in the absorption reactor is preferably formed by iron oxide hydroxide. The reaction reactor preferably has at least one fractal, which is arranged at the at least one gas inflow and is designed to homogenize the flow of the supplied hydrocarbon-containing starting material and to distribute it over a broader cross section.
Unter einem Fraktal soll im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein von Gas durchströmbares Element verstanden werden, das eine gezielte Verteilung und Homogenisierung des Gasstroms auf eine große Strömungsfläche ermöglicht. Besonders vorteilhaft ist der Aufbau eines derartigen Fraktals mit mindestens zwei aufeinanderfolgende Anströmschichten mit einer Vielzahl von Strömungsöffnungen, wobei aufeinanderfolgende Anströmschichten durch eine wachsende Anzahl an Strömungsöffnungen bei abnehmender Querschnittsfläche der einzelnen Strömungsöffnungen aufweisen. Dadurch kann das durch das Fraktal strömende Gas beim Strömen durch die aufeinanderfolgenden Schichten sukzessive auf eine größere Anzahl von Strömungsöffnungen mit absteigendem Querschnitt verteilt werden. Somit wird eine gezielte Verteilung und Homogenisierung des Gasstroms auf eine große Strömungsfläche erreicht. In the context of the present invention, a fractal is to be understood as meaning an element through which gas can flow, which enables a targeted distribution and homogenization of the gas flow over a large flow area. The structure of such a fractal with at least two successive inflow layers with a large number of flow openings is particularly advantageous, with successive inflow layers having an increasing number of flow openings with a decreasing cross-sectional area of the individual flow openings. As a result, the gas flowing through the fractal can be successively distributed over a larger number of flow openings with decreasing cross-sections as it flows through the successive layers. In this way, a targeted distribution and homogenization of the gas flow over a large flow area is achieved.
Es ist ferner bevorzugt, dass der Absorptionsreaktor ein Zuführmittel für die Zuführung von Reaktionsmaterial aufweist. Vorzugsweise ist das Zuführmittel im oberen Teil des Absorptionsreaktors angeordnet. Zugeführtes Reaktionsmaterial fällt dann aufgrund der Schwerkraft in den Absorptionsreaktor und kann dort zu einer Schüttung angehäuft werden. Vorzugsweise weist das Zuführmittel eine Eintrags-Förderschnecke auf. It is further preferred that the absorption reactor has a feed means for feeding reaction material. Preferably, the feeding means is arranged in the upper part of the absorption reactor. Reaction material that is fed in then falls into the absorption reactor due to gravity and can be accumulated there to form a bed. Preferably, the feeding means comprises an infeed auger.
Analog ist es bevorzugt, dass der Absorptionsreaktor ein Ausleitungsmittel für das Ausleiten von verbrauchtem Reaktionsmaterial aufweist, nachdem eine Reaktion mit dem kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterial stattgefunden hat. Vorzugsweise ist das Ausleitungsmittel im unteren Teil des Absorptionsreaktors angeordnet. Verbrauchtes Reaktionsmaterial, das im Reaktionsreaktor nach unten fällt, kann dann aus dem Reaktionsreaktor ausgeleitet werden. Vorzugsweise weist das Ausleitungsmittel eine Austrags-Förderschnecke auf. Similarly, it is preferred that the absorption reactor has a discharge means for discharging spent reaction material after reaction with the hydrocarbonaceous feedstock has taken place. Preferably, the discharge means is located in the lower part of the absorption reactor. Consumed reaction material falling down in the reaction reactor can then be discharged from the reaction reactor. The discharge means preferably has a discharge screw conveyor.
Im Rahmen der Erfindung ist ferner die Verwendung der oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Niedertemperaturspaltung, insbesondere zur nicht-thermischen Spaltung von kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterialien, insbesondere von Flaregas, vorgesehen. Im Folgenden werden vorteilhafte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens, möglicher Verwendungen des Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand von Figuren dargestellt. The invention also provides for the use of the device according to the invention described above for low-temperature cracking, in particular for the non-thermal cracking of hydrocarbon-containing starting materials, in particular flare gas. In the following, advantageous exemplary embodiments of the method according to the invention, possible uses of the method and the device according to the invention are presented using figures.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 ein Ablaufschema für das erfindungsgemäße Verfahren, 1 shows a flowchart for the method according to the invention,
Fig. 2 in Schrägaufsicht eine schematische Darstellung einer ersten Teilanlage (obere Ebene) einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, 2 shows a schematic representation of a first unit (upper level) of a device according to the invention in an oblique view,
Fig. 3 in Schrägaufsicht eine schematische Darstellung einer zweiten Teilanlage (untere Ebene) der erfindungsgemäßen Vorrichtung, 3 shows a schematic representation of a second unit (lower level) of the device according to the invention in an oblique view,
Fig. 4 im Querschnitt schematisch einen Mikrowellenplasma-Reaktor, 4 shows a schematic cross section of a microwave plasma reactor,
Fig. 5 im Querschnitt schematisch einen elektrostatischen Separator, 5 shows a schematic cross section of an electrostatic separator,
Fig. 6 eine schematische Querschnittansicht eines Absorptionsreaktors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 6 shows a schematic cross-sectional view of an absorption reactor according to an embodiment of the present invention.
Fig. 1 stellt ein Ablaufschema einer beispielhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens dar, wobei nicht sämtliche der dargestellten Verfahrensschritte obligatorisch sind, sondern möglicherweise auch durch alternative Verfahrensschritte ersetzt oder auch weggelassen werden können. 1 shows a flow chart of an exemplary variant of the method according to the invention, not all of the method steps shown being obligatory, but possibly also being replaced by alternative method steps or else being omitted.
Besonders vorteilhaft ist die Durchführung des Verfahrens, wenn das kohlenwasserstoffhaltige Ausgangsmaterial für das erfindungsgemäße Verfahren aus Begleitgas aus der Erdölförderung, das üblicherweise abgefackelt wird, verwendet wird. Im Folgenden wird dieses Gas als Fackelgas bezeichnet, auch wenn es gemäß der Erfindung nicht mehr abgefackelt wird. Carrying out the process is particularly advantageous if the hydrocarbon-containing starting material for the process according to the invention is used from associated gas from oil production, which is usually flared off. This gas is referred to below as flare gas, even if it is no longer flared according to the invention.
Es können allerdings auch andere Kohlenwasserstoffe, zum Beispiel Erdgas, Bilgenöl, Öl aus der Kunststoffverölung oder konventionelle kohlenwasserstoffhaltige Ausgangsmaterialien herangezogen werden. Es ist selbstverständlich, dass das Ausgangsmaterial in einen für das Verfahren passenden Zustand, insbesondere Aggregatzustand, gebracht und erforderlichenfalls gereinigt und/oder von unerwünschten Stoffen, z.B. Schwefel, befreit vorliegt. However, other hydrocarbons, for example natural gas, bilge oil, oil from plastics processing or conventional hydrocarbon-containing starting materials can also be used. It goes without saying that the starting material should be brought into a state suitable for the process, in particular a state of aggregation if necessary, cleaned and/or free from undesirable substances, for example sulphur.
Das Ausgangsmaterial wird aus einer Ausgangsmaterialquelle 1, optional über eine Wärme zuführende Einheit, vorzugsweise über einen Wärmetauscher 2, und optional über eine Förderpumpe 3, zu einer Mikrowellenplasma-Einheit 4, im Folgenden kurz MWP-Einheit 4, gefördert, in der aus dem Ausgangsmaterial ein nicht-thermisches Plasma, im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein nichtthermisches Mikrowellenplasma, erzeugt wird. Die Förderpumpe ist entbehrlich, wenn das Ausgangsmaterial mit hinreichendem Druck in eine das Verfahren durchführende Vorrichtung eingebracht wird. Im nicht-thermischen Plasma wird der Kohlenwasserstoff des Ausgangsmaterials in einen Kohlenstoffanteil und einen Wasserstoffanteil aufgespalten. Anschließend wird das Gemisch aus Kohlenstoffanteil und Wasserstoffanteil einem elektrostatischen Separator 5 zugeführt, der als Trennvorrichtung zur Abtrennung des Kohlenstoffanteils vom Wasserstoffanteil dient. Der Kohlenstoff kann dabei im Wesentlichen nanoförmig, zum Beispiel als Graphen, anfallen. Der Kohlenstoff kann aber auch als Graphit oder in einer sonstigen Form anfallen. Der Kohlenstoff wird separat aufgefangen und kann weiteren Verwendungen zugeführt werden. The starting material is conveyed from a starting material source 1, optionally via a heat-supplying unit, preferably via a heat exchanger 2, and optionally via a feed pump 3, to a microwave plasma unit 4, hereinafter referred to as MWP unit 4 for short, in which the starting material a non-thermal plasma, in the present exemplary embodiment a non-thermal microwave plasma, is generated. The feed pump can be dispensed with if the starting material is introduced into a device carrying out the process with sufficient pressure. In the non-thermal plasma, the hydrocarbon of the starting material is split into a carbon portion and a hydrogen portion. The mixture of carbon content and hydrogen content is then fed to an electrostatic separator 5, which serves as a separating device for separating the carbon content from the hydrogen content. The carbon can essentially occur in nanoform, for example as graphene. However, the carbon can also occur as graphite or in some other form. The carbon is collected separately and can be used for other purposes.
Alternativ zum elektrostatischen Separator können auch andere Trennvorrichtungen eingesetzt werden, z.B. eine auf Fliehkraft basierende Einrichtung, beispielsweise ein Zyklonabscheider oder eine Metallschmelze, durch die das Wasserstoff-Kohlenstoffgemisch geleitet wird. Derartige Abscheide- oder Trennvorrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt. As an alternative to the electrostatic separator, other separating devices can also be used, e.g. a device based on centrifugal force, for example a cyclone separator or a metal melt, through which the hydrogen-carbon mixture is passed. Separating or separating devices of this type are known from the prior art.
Der Wasserstoff kann verschiedenen Verwendungen zugeführt werden, z.B. einer ersten Reduktionsvorrichtung 6 zur Reduktion von Eisen-Sauerstoff-Verbindungen zu Eisen, mit der beispielsweise Eisenschwamm 8 erzeugt werden kann, und/oder z.B. einer zweiten Reduktionsvorrichtung 7 zur Reduktion von Silizium-Sauerstoff- Verbindungen, insbesondere SiCh, mit dem reines Silizium 9 erzeugt werden kann. Bei beiden beispielhaften Reduktionsprozessen fällt neben dem gewonnenen reduzierten Material Wasser 10 an. The hydrogen can be used for various purposes, e.g. in particular SiCh, with which pure silicon 9 can be produced. In both exemplary reduction processes, water 10 is produced in addition to the reduced material obtained.
Eine weitere optionale alternative oder weitere Verwendung des erzeugten Wasserstoffs kann der Betrieb eines Blockheizkraftwerkes 11 sein, bei dem wiederum Wasser 10 anfällt und mit dem Strom 12 und Wärme 13 erzeugt werden kann. Die Wärme 13 und/oder der Strom 12 können vollständig oder zum Teil für die erfindungsgemäße Vorrichtung eingesetzt werden, z. B. für den optionalen Wärmetauscher 2 bzw. für die optionale Förderpumpe 3 oder für die MWP-Einheit 4. A further optional alternative or further use of the hydrogen produced can be the operation of a combined heat and power plant 11 , in which water 10 is obtained and used to produce electricity 12 and heat 13 can be. The heat 13 and/or the current 12 can be used in full or in part for the device according to the invention, e.g. B. for the optional heat exchanger 2 or for the optional feed pump 3 or for the MWP unit 4.
Erfindungsgemäß wird mindestens ein Prozessparameter während der Durchführung des Verfahrens überwacht. In Fig. 1 sind hierfür besonders geeignete Verfahrensschritte und Übergänge mit einem Stern gekennzeichnet. Als Prozessparameter zur Überwachung während der Verfahrensschritte eignen sich insbesondere die im jeweiligen Verfahrensschritt betroffenen Parameter. So ist es bei der Bereitstellung des kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterials in Schritt 1 beispielsweise bevorzugt, die bereitgestellte Stoffmenge zu erfassen, oder eine zugehörige zeitlich abhängige Variable wie den Volumendurchsatz zu erfassen. According to the invention, at least one process parameter is monitored while the method is being carried out. In FIG. 1, process steps and transitions that are particularly suitable for this purpose are marked with an asterisk. The parameters affected in the respective method step are particularly suitable as process parameters for monitoring during the method steps. For example, when preparing the hydrocarbon-containing starting material in step 1, it is preferable to record the amount of substance provided or to record an associated time-dependent variable such as the volume throughput.
In sämtlichen Übergängen ist es bevorzugt, die Menge (bspw. gekennzeichnet durch den Volumendurchsatz), sowie Parameter wie Druck und/oder Temperatur des Prozessgases zu erfassen. Zum einen ist die hierfür erforderliche Sensorik günstig in der Anschaffung, einfach in der Anbringung und robust im Betrieb, zum anderen liefern diese Prozessparameter relevante Information über den Verfahrensablauf, die sowohl eine Steuerung des Verfahrens als auch eine gezielte Fehleranalyse während des Betriebs erlauben. In all transitions, it is preferable to record the quantity (characterised, for example, by the volume throughput) and parameters such as the pressure and/or temperature of the process gas. On the one hand, the sensors required for this are inexpensive to purchase, easy to attach and robust in operation, on the other hand, these process parameters provide relevant information about the process sequence, which allows both control of the process and targeted error analysis during operation.
Die Figuren 2 und 3 zeigen in zwei perspektivischen Ansichten zwei Teilanlagen einer beispielhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, nämlich Fig. 2 eine erste Teilanlage 14 und Figur 3 eine zweite Teilanlage 15. Die Aufteilung der Darstellung in zwei Teilanlagen 14 und 15 erfolgt für die bessere Übersichtlichkeit. Tatsächlich wirken beide Teilanlagen 14 und 15 zusammen, wobei die erste Teilanlage 14 z.B. oberhalb der zweiten Teilanlage 15 angeordnet ist. Wie weiter unten dargestellt wird, gibt es einen Materialfluss zwischen beiden Teilanlagen 14 und 15. In two perspective views, FIGS. 2 and 3 show two sub-systems of an exemplary embodiment of the device according to the invention, namely FIG. 2 a first sub-system 14 and FIG . In fact, both subsystems 14 and 15 work together, with the first subsystem 14 being arranged above the second subsystem 15, for example. As shown below, there is a material flow between the two units 14 and 15.
Aus einer in den Fig. 2 und 3 nicht dargestellten Quelle wird ein Grundstoff, hier beispielsweise Fackelgas, über ein Eingangsrohrsystem 16 einer Reinigungseinheit, hier beispielsweise aus zwei Absorptionsreaktoren 17 bestehend, zugeführt, wo das Fackelgas von Fremdstoffen, z.B. Schwefel, möglichst weitgehend befreit wird. Im Falle von Absorptionsreaktoren kann es sich bei den Absorptionsreaktoren 17 z.B. um Festbettabsorber oder Fließbettabsorber handeln. Das zu reinigende Fackelgas kann in den Absorptionsreaktoren 17 z.B. zu einer Reaktion mit Eisenoxidhydroxid FeO(OH) gebracht werden. From a source not shown in Figs. 2 and 3, a raw material, here for example flare gas, is fed via an inlet pipe system 16 to a cleaning unit, here for example consisting of two absorption reactors 17, where the flare gas is freed from foreign substances, e.g. sulfur, as far as possible . In the case of absorption reactors, the absorption reactors 17 can be, for example, fixed-bed absorbers or acting fluidized bed absorber. The flare gas to be cleaned can be reacted in the absorption reactors 17, for example with iron oxide hydroxide FeO(OH).
Das gereinigte Fackelgas wird als Ausgangsmaterial über ein zweites Rohrsystem 18 optional einer Verteilereinheit 19 zugeführt, die vorzugsweise ein hier nicht sichtbares, Fraktal aufweisen kann und das Ausgangsmaterial über Verteilerrohrsysteme 20 Mikrowellenplasma-Reaktoren 21, im Folgenden MWP- Reaktoren 21 genannt, zuführt. Der besseren Übersichtlichkeit halber sind lediglich ein Verteilerrohrsystem 20 und zwei MWP-Reaktoren 21 mit Bezugszahlen versehen. Fig. 2 zeigt insgesamt sechs MWP-Reaktoren 21. Es können jedoch MWP-Reaktoren 21 auch in geringerer oder höherer Anzahl und/oder in anderer Anordnung vorgesehen werden. Die MWP-Reaktoren 21 werden jeweils von einer, vorzugsweise eine Steuerung aufweisenden Mikrowellenquelle 22 gespeist. The cleaned flare gas is optionally fed as starting material via a second pipe system 18 to a distributor unit 19, which preferably can have a fractal (not visible here) and supplies the starting material via distributor pipe systems 20 to microwave plasma reactors 21, hereinafter referred to as MWP reactors 21. For the sake of clarity, only one distributor pipe system 20 and two MWP reactors 21 are provided with reference numbers. 2 shows a total of six MWP reactors 21. However, MWP reactors 21 can also be provided in a smaller or larger number and/or in a different arrangement. The MWP reactors 21 are each fed by a microwave source 22 that preferably has a controller.
In Fig. 2 und 3 sind zudem an verschiedenen Stellen der Vorrichtung schematisch Sensoren 51 dargestellt, die eine Überwachung von Prozessparametern während der Verfahrensdurchführung erlauben. Vorzugsweise handelt es sich bei den Sensoren in den Rohrsystemen um Druck-, Temperatur- und/oder Volumenstromsensoren. In FIGS. 2 and 3, sensors 51 are also shown schematically at various points in the device, which allow process parameters to be monitored while the method is being carried out. The sensors in the pipe systems are preferably pressure, temperature and/or volume flow sensors.
Fig. 4 zeigt einen MWP-Reaktor 21 schematisch im Querschnitt mit einem Reaktoreinlass 23, dem in der mit Pfeil symbolisierten Flussrichtung eine Verteilereinrichtung 24 folgt, die vorzugsweise eine hier angedeutete, gleichmäßige Verteilung des gereinigten Ausgangsmaterials auf den Reaktorquerschnitt bewirkendes Fraktal aufweist. Ein Reaktorraum 25 ist vorzugsweise von einer Reaktorraumwand 26, beispielsweise aus Quarzglas, begrenzt und von einem Mikrowellenhohlleiter 27 umgeben, der von der in Fig. 3 nicht gezeigten Mikrowellenquelle 22 (siehe Fig. 2) gespeist wird. Im Reaktorraum 25 des MWP-Reaktors 21 wird ein nicht-thermisches Mikrowellenplasma mit dem eingespeisten Ausgangsmaterial erzeugt. Weitere Zusatzstoffe sind zur Erzeugung des Plasmas nicht erforderlich. Die Erzeugung des nicht-thermischen Plasmas bewirkt eine Aufspaltung der Kohlenwasserstoffe des Ausgangsmaterials in Wasserstoff und Kohlenstoff bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen. Die Spaltprodukte Wasserstoff und Kohlenstoff liegen als Gemisch vor. Das Wasserstoff/Kohlenstoff-Gemisch verlässt in Flussrichtung (Pfeil) den MWP- Reaktor 21 durch den Reaktoraustritt 28 hindurch in ein in Fig. 4 nicht gezeigtes Reaktoraustrittsrohr 29. Die bei fertiger Gesamtanlage an die Reaktoraustritte 28 der MWP-Reaktoren 21 angeschlossenen Reaktoraustrittsrohre 29 sind in Fig. 3 mit offenen Enden gezeigt, die in der Gesamtanlage an die Reaktoraustritte 28 (Fig. 4) anschließen. Fig. 4 shows a MWP reactor 21 schematically in cross section with a reactor inlet 23, which is followed in the flow direction symbolized by the arrow by a distribution device 24, which preferably has a fractal causing a uniform distribution of the cleaned starting material over the reactor cross section, as indicated here. A reactor space 25 is preferably delimited by a reactor space wall 26, for example made of quartz glass, and surrounded by a microwave waveguide 27, which is fed by the microwave source 22 (see FIG. 2), not shown in FIG. In the reactor space 25 of the MWP reactor 21, a non-thermal microwave plasma is generated with the feedstock. Other additives are not required to generate the plasma. The generation of the non-thermal plasma causes the hydrocarbons in the starting material to be split into hydrogen and carbon at comparatively low temperatures. The fission products hydrogen and carbon are present as a mixture. The hydrogen/carbon mixture leaves the MWP reactor 21 in the flow direction (arrow) through the reactor outlet 28 into a reactor outlet pipe 29, not shown in Fig. 4. The reactor outlet pipes 29 connected to the reactor outlets 28 of the MWP reactors 21 when the overall system is complete are shown with open ends in FIG. 3, which connect to the reactor outlets 28 (FIG. 4) in the overall system.
In Fig. 4 sind mit dem Bezugszeichen 51 wiederum Sensoren angegeben, die zur Überwachung von Prozessparametern ausgebildet sind. Der Sensor 51 am Reaktoreinlass 23 ist dazu ausgebildet, Eigenschaften des einströmenden Reaktionsgases zu messen und umfasst vorzugsweise einen Druck-, Temperatur- und/oder Volumenstromsensor. Ebenso verhält es sich mit dem Sensor 51 am Reaktoraustritt 28. Der Sensor 51 innerhalb des Reaktorraums 25 ist zur Charakterisierung des nicht-thermischen Plasmas ausgebildet und erfasst mindestens eine Prozessgröße des Plasmas, wie dessen Temperatur. In FIG. 4, reference numeral 51 again indicates sensors which are designed to monitor process parameters. The sensor 51 at the reactor inlet 23 is designed to measure properties of the inflowing reaction gas and preferably comprises a pressure, temperature and/or volume flow sensor. The same applies to the sensor 51 at the reactor outlet 28. The sensor 51 inside the reactor space 25 is designed to characterize the non-thermal plasma and detects at least one process variable of the plasma, such as its temperature.
Das Wasserstoff/Kohlenstoff-Gemisch gelangt über die Reaktoraustrittsrohre 29 in ein zweites Verteilerrohrsystem 30, welches das Wasserstoff/Kohlenstoff-Gemisch zu sechs äußeren elektrostatischen Separatoren 5a (nur drei davon sind mit einem Bezugszeichen versehen) und einem zentralen elektrostatischen Separator 5z führt. Die äußeren elektrostatischen Separatoren 5a sind jeweils einem MWP- Reaktor 21 zugeordnet. The hydrogen/carbon mixture passes via the reactor outlet pipes 29 into a second distribution pipe system 30, which leads the hydrogen/carbon mixture to six outer electrostatic precipitators 5a (only three of which are provided with a reference number) and a central electrostatic precipitator 5z. The outer electrostatic separators 5a are each assigned to a MWP reactor 21.
Der zentrale elektrostatische Separator 5z dient als Ausweichseparator, der dann mit dem Wasserstoff/Kohlenstoff-Gemisch eines der MWP-Reaktoren 21 bedient wird, wenn der diesem MWP-Reaktor 21 zugeordnete äußere elektrostatische Separator 5a zu Reinigungs- oder Wartungszwecken aus dem Verfahren herausgenommen wird. Die Steuerung des Wasserstoff-/ Koh len stoffgemischs kann z.B. jeweils über ein hier nicht dargestelltes, dem entsprechenden äußeren elektrostatischen Separator 5a zugeordneten Drei-Wege-Ventil erfolgen. Die Begriffe „äußerer elektrostatischer Separator 5a" und „zentraler elektrostatischer Separator 5z" beschreiben die in den Figuren gegebene beispielhafte räumliche Anordnung. Selbstverständlich sind andere räumliche Anordnungen möglich. Es kann auch auf einen Ausweichseparator verzichtet werden oder es können mehrere Ausweichseparatoren vorgesehen werden. Ein elektrostatischer Separator 5a oder 5z ist in Fig. 5 schematisch im Querschnitt gezeigt. Das Wasserstoff/Kohlenstoff-Gemisch gelangt über einen Separatoreingang 31 in den elektrostatischen Separator 5a oder 5z und steigt dort in einem Separatorturm 32 auf. The central electrostatic separator 5z serves as a backup separator, which is then served with the hydrogen/carbon mixture of one of the MWP reactors 21 when the outer electrostatic separator 5a assigned to this MWP reactor 21 is removed from the process for cleaning or maintenance purposes. The hydrogen/carbon mixture can be controlled, for example, via a three-way valve (not shown here) assigned to the corresponding outer electrostatic separator 5a. The terms "outer electrostatic separator 5a" and "central electrostatic separator 5z" describe the exemplary spatial arrangement given in the figures. Of course, other spatial arrangements are possible. A backup separator can also be dispensed with, or multiple backup separators can be provided. An electrostatic precipitator 5a or 5z is shown in Fig. 5 schematically in cross section. The hydrogen/carbon mixture reaches the electrostatic separator 5a or 5z via a separator inlet 31 and rises there in a separator tower 32 .
Auf dem Weg durch den Separatorturm 32 wird der Kohlenstoff mittels einer Sprühelektrode 34 und einer Niederschlagselektrode 35, zwischen denen eine Spannung aufgebaut ist, elektrostatisch aus dem Wasserstoff/Kohlenstoff- Gemisch abgetrennt und schlägt sich an der Niederschlagselektrode 35, die gleichzeitig die innere Umfangswand des Separatorturms 32 ist, und an der Sprühelektrode 34 nieder. Der Kohlenstoff ist hier als Kohlenstoffmasse 36 dargestellt. Durch Erschütterung, z.B. durch Schläge gegen den Separatorturm 36, wird der Kohlenstoff 36 abgeworfen und verlässt über einen Fallschacht 37 den Separator 5. Durch ein Kohlenstoffsammelrohrsystem 38 (Fig. 3) und erforderlichenfalls mittels Vortriebsmitteln, wie z.B. mindestens einer hier nicht dargestellten Förderschnecke, gelangt der Kohlenstoff aus allen Separatoren 5a oder 5z in einen Feststoffsammelbehälter 39 und kann mit ihm oder aus ihm heraus weiteren Verwendungen zugeführt werden. On the way through the separator tower 32, the carbon is electrostatically separated from the hydrogen/carbon mixture by means of a discharge electrode 34 and a collecting electrode 35, between which a voltage is built up, and strikes the collecting electrode 35, which at the same time forms the inner peripheral wall of the separator tower 32 is, and at the discharge electrode 34 down. The carbon is shown here as carbon mass 36 . The carbon 36 is thrown off by vibration, e.g. by hitting the separator tower 36, and leaves the separator 5 via a chute 37. It passes through a carbon collection pipe system 38 (Fig. 3) and, if necessary, by means of propulsion means, such as at least one screw conveyor, not shown here the carbon from all separators 5a or 5z into a solids collection container 39 and can be supplied with or from it for further uses.
In Fig. 5 sind wiederum schematisch zwei mögliche Ausführungsformen für Sensoren 51 dargestellt. Ein Sensor 51 an der Stromversorgung des elektrostatischen Separators 5a, 5z ist als Strom- und/oder Spannungssensor ausgebildet, um die Betriebseigenschaften des elektrostatischen Separators 5a, 5z zu erfassen. Am Separatorausgang 33 ist ein weiterer Sensor 51 zur Erfassung von Volumendurchsatz, Druck und/oder Temperatur des ausströmenden Gases angeordnet. Um Ebenso möglich ist die Verwendung eines (nicht gezeigten) Sensors 51 am Separatoreingang 31, um die Eigenschaften der zugeführten Gase wie Volumendurchsatz, Druck und/oder Temperatur zu erfassen. Sowohl am Separatoreingang 31 als auch am Separatoreingang 33 können zudem Sensoren vorgesehen sein, die die Stoffzusammensetzung der durchströmenden Gase bestimmen können. Damit kann überwacht werden, ob der Spalt- und der Trennvorgang ordnungsgemäß funktionieren. Two possible embodiments for sensors 51 are again shown schematically in FIG. 5 . A sensor 51 on the power supply of the electrostatic precipitator 5a, 5z is designed as a current and/or voltage sensor in order to detect the operating properties of the electrostatic precipitator 5a, 5z. A further sensor 51 for detecting the volume throughput, pressure and/or temperature of the outflowing gas is arranged at the separator outlet 33 . It is also possible to use a sensor 51 (not shown) at the separator inlet 31 in order to record the properties of the gases supplied, such as volume throughput, pressure and/or temperature. In addition, sensors can be provided both at the separator inlet 31 and at the separator inlet 33, which sensors can determine the material composition of the gases flowing through. This can be used to monitor whether the splitting and separating processes are working properly.
Der Wasserstoff aus dem im Separatorturm 36 getrennten Wasserstoff/Kohlenstoff-Gemisch steigt weiter auf und verlässt über einen Separatorausgang 33 den elektrostatischen Generator 5a oder 5z und gelangt über ein Wasserstoff-Verteilerrohrsystem 40 in einen Wasserstoffsammelbehälter 41. Anstelle der Sammlung des Wasserstoffs in dem Wasserstoffsammelbehälter 41 oder zusätzlich dazu kann der Wasserstoff auch unmittelbar oder mittelbar weiteren Verwendungen zugeführt werden, wie z. B. einem Blockheizkraftwerk oder einer Anlage zur Reduktion eines Materials, wie z.B. Eisenoxid oder Siliziumoxid oder Siliziumdioxid. The hydrogen from the hydrogen/carbon mixture separated in the separator tower 36 continues to rise and leaves the electrostatic generator 5a or 5z via a separator outlet 33 and reaches a hydrogen collection container via a hydrogen distribution pipe system 40 41. Instead of collecting the hydrogen in the hydrogen collection tank 41 or in addition to this, the hydrogen can also be used directly or indirectly for other uses, such as e.g. B. a combined heat and power plant or a plant for the reduction of a material such as iron oxide or silicon oxide or silicon dioxide.
Fig. 6 zeigt eine schematische Ansicht eines Absorptionsreaktors 17 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Absorptionsreaktor 17 weist ein im Wesentlichen geschlossenen Gehäuse auf, das einen Reaktorinnenraum 46 begrenzt. FIG. 6 shows a schematic view of an absorption reactor 17 according to an exemplary embodiment of the present invention. The absorption reactor 17 has an essentially closed housing which delimits a reactor interior 46 .
Am oberen Ende des Absorptionsreaktors 17 ist eine Eintrags-Förderschnecke 42 angeordnet, die der Zuführung von Reaktionsmaterial dient. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel dient der Absorptionsreaktor zur Reinigung von schwefelhaltigen Fackelgasen. In diesem Fall ist es bevorzugt, als Reaktionsmaterial Eisenoxidhydroxid zu verwenden, das als Granulat bereitgestellt ist. Mittels der Eintrags-Förderschnecke 42 wird granuläres Eisenoxidhydroxid als Reaktionsmaterial zugeführt, das schematisch durch ungefüllte Kreise dargestellt ist und sich im Absorptionsreaktor 17 zu einer Eisenoxidhydroxid-Schüttung 49 mit einer gewissen Füllhöhe im Reaktorinnenraum 46 anhäuft. At the upper end of the absorption reactor 17 there is a feed screw conveyor 42 which is used to feed reaction material. In the present exemplary embodiment, the absorption reactor is used to clean sulfur-containing flare gases. In this case, it is preferable to use iron oxide hydroxide provided as granules as the reaction material. Granular iron oxide hydroxide is fed in as reaction material by means of the feed screw conveyor 42 and is shown schematically by unfilled circles and accumulates in the absorption reactor 17 to form an iron oxide hydroxide bed 49 with a certain filling level in the reactor interior 46 .
Zu reinigende Gase werden über Gaszuleitungen 44 dem Absorptionsreaktor 17 zugeführt. Die Gaszuleitungen 44 sind mit dem Absorptionsreaktor 17 über (nicht konkret dargestellte) Gaszuflüsse verbunden, die an einem unteren Ende des Absorptionsreaktors 17 angeordnet sind und in direkter Fluidverbindung mit dem Reaktorinnenraum 46 stehen bzw. in diesem angeordnet sind. Gases to be cleaned are fed to the absorption reactor 17 via gas supply lines 44 . The gas supply lines 44 are connected to the absorption reactor 17 via gas inlets (not specifically shown) which are arranged at a lower end of the absorption reactor 17 and are in direct fluid connection with the reactor interior 46 or are arranged in this.
Um die Effizienz des Absorptionsreaktors 17 zu maximieren, ist es wünschenswert, dass die Eisenoxidhydroxid-Schüttung 49 möglichst gleichmäßig über einen möglichst großen Bereich von zu reinigendem Fackelgas durchströmt wird. Um dies zu erreichen, sind an dem unteren Ende des Absorptionsreaktors 17 Fraktale 48 vorgesehen, die so konfiguriert und angeordnet sind, dass eingeleitete, zu reinigende Gase die Fraktale 48 durchströmen. Dadurch wird der eingeleitete Gasfluss homogenisiert und auf einen möglichst breiten Querschnitt verteilt. So kann sichergestellt werden, dass im Wesentlichen die gesamte Querschnittsfläche des Absorptionsreaktors 17 von zu reinigendem Gas durchströmt wird und damit das gesamte vorhandene Reaktionsmaterial genutzt wird. In order to maximize the efficiency of the absorption reactor 17, it is desirable for the flare gas to be cleaned to flow through the iron oxide hydroxide bed 49 as uniformly as possible over as large an area as possible. In order to achieve this, fractals 48 are provided at the lower end of the absorption reactor 17, which are configured and arranged in such a way that introduced gases to be cleaned flow through the fractals 48. As a result, the gas flow introduced is homogenized and distributed over as wide a cross-section as possible. In this way it can be ensured that essentially the entire cross-sectional area of the absorption reactor 17 is covered by gas to be cleaned is flowed through and thus the entire existing reaction material is used.
Bei Kontakt mit dem zu reinigenden Fackelgas bindet das Reaktionsmaterial in der Schüttung 49 Schwefel aus dem Fackelgas. Das entstehende Reaktionsprodukt ist Eisensulfid. Durch die zulaufende Form des unteren Teils des Absorptionsreaktors 17 sammelt sich das zu Eisensulfid reagierte Reaktionsmaterial am tiefsten Punkt des Absorptionsreaktors 17. Dort ist eine Austrags-Förderschnecke 43 angeordnet, die das Eisensulfid aus dem Reaktorinnenraum 46 abführt. Upon contact with the flare gas to be cleaned, the reaction material in the bed 49 binds sulfur from the flare gas. The resulting reaction product is iron sulfide. Due to the tapering shape of the lower part of the absorption reactor 17, the reaction material that has reacted to form iron sulfide collects at the lowest point of the absorption reactor 17. A discharge screw conveyor 43 is arranged there, which removes the iron sulfide from the reactor interior 46.
Das Reaktionsmaterial wird direkt in den Reaktorinnenraum 46 gefördert. Wie in Fig. 6 ersichtlich ist, wird das Reaktionsmaterial im Reaktorinnenraum 46 bis zu einer vorgegebenen Schütthöhe gefüllt, wobei das Reaktionsmaterial 46 direkt auf die Fraktale 48 geschüttet wird. Während des Betriebs des Absorptionsreaktors 17 wird die Schütthöhe beibehalten, indem Reaktionsmaterial in einer vorgegebenen Menge pro Zeiteinheit über die Eintrags-Förderschnecke 42 in den Reaktorinnenraum 46 gefördert wird, während die gleiche Menge pro Zeiteinheit an mit dem Gas zur Reaktion gebrachtem Reaktionsmaterial am Boden des Absorptionsreaktors 17 über die Austrags-Förderschnecke 43 abgezogen wird. The reaction material is conveyed directly into the reactor interior 46 . As can be seen in FIG. 6, the reaction material in the reactor interior 46 is filled up to a predetermined bed height, with the reaction material 46 being poured directly onto the fractals 48 . During operation of the absorption reactor 17, the bed height is maintained by conveying reaction material at a predetermined rate per unit time via the feed screw conveyor 42 into the reactor interior 46, while the same rate per unit time of reaction material reacted with the gas is at the bottom of the absorption reactor 17 is deducted via the discharge screw conveyor 43.
Wiederum ist es vorteilhaft, wenn wesentliche Parameter des Reinigungsprozesses überwacht werden können. Beispielsweise können die schematisch dargestellten Sensoren 51 in der Gaszuleitung 44 vorgesehen sein, die kinetische und thermodynamische Eigenschaften des zugeführten Gases (beispielsweise Volumendurchsatz, Druck und/oder Temperatur) und/oder dessen Stoffzusammensetzung charakterisieren können. Analog ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel mindestens ein Sensor 51 an der Gasableitung 45 vorgesehen, der dazu ausgebildet ist, kinetische und thermodynamische Eigenschaften des abgeführten, gereinigten Gases (beispielsweise Volumendurchsatz, Druck und/oder Temperatur) und/oder dessen Stoffzusammensetzung zu charakterisieren. Damit lässt sich die Reaktion im Absorptionsreaktor 17 einfach überwachen. Anhand der Stoffzusammensetzung des ausgeleiteten, gereinigten Gases kann zudem bestimmt werden, ob weiteres Reaktionsmaterial in den Absorptionsreaktor 17 eingebracht werden sollte, und in welchen Mengen. Bezuaszeichenliste Again, it is advantageous if essential parameters of the cleaning process can be monitored. For example, the schematically illustrated sensors 51 can be provided in the gas supply line 44, which can characterize the kinetic and thermodynamic properties of the supplied gas (for example volume throughput, pressure and/or temperature) and/or its material composition. Similarly, in the exemplary embodiment shown, at least one sensor 51 is provided on the gas discharge line 45, which is designed to characterize kinetic and thermodynamic properties of the discharged, cleaned gas (e.g. volume throughput, pressure and/or temperature) and/or its material composition. The reaction in the absorption reactor 17 can thus be monitored easily. The material composition of the discharged, cleaned gas can also be used to determine whether further reaction material should be introduced into the absorption reactor 17 and in what quantities. reference list
1 Ausgangsmaterialquelle 30 zweites Verteilerrohrsystem1 feedstock source 30 second manifold
2 Wärmetauscher 31 Separatoreingang 2 heat exchanger 31 separator inlet
3 Förderpumpe 32 Separatorturm 3 feed pump 32 separator tower
4 Mikrowellenplasma-Einheit 33 Separatorausgang 4 microwave plasma unit 33 separator outlet
5a Äußerer elektrostatischer Separator 34 Sprühelektrode 5a Outer Electrostatic Separator 34 Discharge Electrode
5z Zentraler elektrostat. Separator 35 Niederschlagselektrode 5z central electrostatic Separator 35 precipitation electrode
6 Erste Reduktionsvorrichtung 36 Kohlenstoffmasse 6 First reduction device 36 carbon mass
7 Zweite Reduktionsvorrichtung 37 Fallschacht 7 Second reduction device 37 chute
8 Eisenschwamm 38 Kohlenstoffsammelrohrsystem8 sponge iron 38 carbon collection tube system
9 Silizium 39 Feststoffsammelbehälter9 silicon 39 solids collection tank
10 Wasser 40 Wasserstoff-Verteilerrohrsystem10 water 40 hydrogen manifold system
11 Blockheizkraftwerk 41 Wasserstoffsammelbehälter11 combined heat and power plant 41 hydrogen storage tank
12 Strom 42 Eintrags-Förderschnecke12 stream 42 entry auger
13 Wärme 43 Austrags-Förderschnecke13 heat 43 discharge screw conveyor
14 Erste Teilanlage 44 Gaszuleitung 14 First unit 44 Gas supply line
15 Zweite Teilanlage 45 Gasableitung 15 Second unit 45 Gas discharge
16 Eingangsrohrsystem 46 Reaktorinnenraum 16 inlet pipe system 46 reactor interior
17 Absorptionsreaktor 48 Fraktale 17 absorption reactor 48 fractals
18 Zweites Rohrsystem 49 Eisenoxidhydroxid-Schüttung18 Second pipe system 49 Iron oxide hydroxide fill
19 Verteilereinheit 50 Eisensulfid 19 distribution unit 50 iron sulphide
20 Verteilerrohrsysteme 51 Sensor 20 Manifold Systems 51 Sensor
21 Mikrowellenplasmareaktor 21 microwave plasma reactor
22 Mikrowellenquelle 22 microwave source
23 Reaktoreinlass 23 reactor inlet
24 Verteilereinrichtung 24 distribution device
25 Reaktorkern 25 reactor core
26 Reaktorkernwand 26 reactor core wall
27 Mikrowellenhohlleiter 27 microwave waveguide
28 Reaktoraustritt 28 reactor exit
29 Reaktoraustrittsrohr 29 reactor exit tube

Claims

22 22
ANSPRÜCHE Verfahren zur Niedertemperaturspaltung, insbesondere zur nichtthermischen Spaltung, eines kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterials, aufweisend die folgenden Schritte: CLAIMS Process for low-temperature cracking, in particular for non-thermal cracking, of a hydrocarbonaceous starting material, comprising the following steps:
• Bereitstellen des kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterials in der Gasphase, • Provision of the hydrocarbon-containing starting material in the gas phase,
• Erzeugen eines nicht-thermischen Plasmas aus dem kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterial zur Spaltung des kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterials in einen Kohlenstoffanteil und einen Wasserstoffanteil, • Generating a non-thermal plasma from the hydrocarbon-containing starting material to split the hydrocarbon-containing starting material into a carbon portion and a hydrogen portion,
• Trennen des Kohlenstoffanteils und des Wasserstoffanteils, wobei mindestens ein Prozessparameter während der Durchführung überwacht wird, vorzugsweise unter Verwendung von Sensormessungen. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsmaterial aus Erdölbegleitgas oder nicht verwertbaren Gasen, insbesondere aus Flaregas oder Fackelgas, generiert wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsmaterial aus verflüssigtem Kunststoff, insbesondere aus Altkunststoff, aus Bilgenöl, aus Erdöl, aus Biogas oder aus Erdgas generiert wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennvorgang eine Abscheidung zumindest eines Teils des Kohlenstoffanteils umfasst. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Abscheiden in mindestens einem elektrostatischen Separator erfolgt. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Abscheiden mittels Fliehkraft erfolgt. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Abscheiden mittels einer Metallschmelze erfolgt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen des nicht-thermischen Plasmas aus dem kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterial mittels auf das kohlenwasserstoffhaltige Ausgangsmaterial wirkender Mikrowellenstrahlung durchgeführt wird, wobei die Frequenz der Mikrowellenstrahlung vorzugsweise in einem Bereich zwischen 900 MHz und 2,5 GHz liegt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen des nicht-thermischen Plasmas aus dem kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterial bei Drücken zwischen 1 bar und 8 bar durchgeführt wird. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Durchführung eines Verfahrens zur Reduktion eines Feststoffes, insbesondere von Silizium-Sauerstoff-Verbindungen, z.B. SiCh, oder Eisen- Sauerstoffverbindungen, z.B. FezOs, oder FeaO , wobei für den Reduktionsprozess zumindest ein Teil des bei der Spaltung generierten Wasserstoffanteils eingesetzt wird. Verwendung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des bei der Spaltung generierten Wasserstoffanteils zur Energiegewinnung eingesetzt wird. Vorrichtung zur Niedertemperaturspaltung, insbesondere zur nichtthermischen Spaltung, eines kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterials, aufweisend eine Mikrowellen-Plasmavorrichtung (4) mit einem Reaktorraum (25) und einer Mikrowellenquelle (22), • eine über eine Ableitung mit dem Reaktorraum (25) verbundene Trennvorrichtung, und • Separating the carbon portion and the hydrogen portion, wherein at least one process parameter is monitored during operation, preferably using sensor measurements. Method according to Claim 1, characterized in that the starting material is generated from gas associated with petroleum or gases which cannot be used, in particular from flare gas or flare gas. Method according to Claim 1, characterized in that the starting material is generated from liquefied plastic, in particular from waste plastic, from bilge oil, from crude oil, from biogas or from natural gas. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the separation process comprises a deposition of at least part of the carbon content. Method according to Claim 4, characterized in that the deposition takes place in at least one electrostatic separator. Method according to Claim 4, characterized in that the separation takes place by means of centrifugal force. Method according to Claim 4, characterized in that the deposition takes place by means of a molten metal. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the non-thermal plasma is generated from the hydrocarbon-containing starting material by means of microwave radiation acting on the hydrocarbon-containing starting material, the frequency of the microwave radiation preferably being in a range between 900 MHz and 2.5 GHz . Method according to one of the preceding claims, characterized in that the generation of the non-thermal plasma from the hydrocarbon-containing starting material is carried out at pressures between 1 bar and 8 bar. Use of the method according to any one of claims 1 to 9 for carrying out a method for reducing a solid, in particular silicon-oxygen compounds, eg SiCh, or iron-oxygen compounds, eg FezOs, or FeaO, wherein for the reduction process at least a part of the the splitting generated hydrogen portion is used. Use according to Claim 10, characterized in that part of the hydrogen generated during the splitting is used to generate energy. Device for low-temperature cracking, in particular for non-thermal cracking, of a starting material containing hydrocarbons, having a microwave plasma device (4) with a reactor chamber (25) and a microwave source (22), • a separating device connected to the reactor chamber (25) via a discharge line, and
• einen Sensor zur Messung bzw. Überwachung eines Prozessparameters, wobei die Mikrowellen-Plasmavorrichtung (4) eingerichtet ist, aus zumindest einem Teil des im Reaktorraum (25) befindlichen kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterials ein nicht-thermisches Plasma zur nicht-thermischen Spaltung bzw. Niedertemperaturspaltung des kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsmaterials in einen Kohlenstoffanteil und einen Wasserstoffanteil zu erzeugen, und wobei die Trennvorrichtung eingerichtet ist, den Kohlenstoffanteil vom Wasserstoffanteil zu trennen. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Trennvorrichtung oder mindestens eine der Trennvorrichtungen eine Abscheideeinheit umfasst. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheideeinheit einen elektrostatischen Separator (5a, 5z), vorzugsweise einen Korona-Reaktor umfasst. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheideeinheit einen Fliehkraftabscheider umfasst. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Trennvorrichtung oder mindestens eine der Trennvorrichtungen einen Metallschmelze-Wäscher umfasst. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, gekennzeichnet durch mindestens eine mit der mindestens einen Trennvorrichtung oder mit mindestens eine der Trennvorrichtungen über eine Zwischenleitung verbundene Reduktionseinheit (6, 7), welche eingerichtet ist, eine Substanz mittels des Wasserstoffanteils zu reduzieren. 25 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrowellen-Plasmavorrichtung (4) eingerichtet ist, Mikrowellen mit einer Frequenz in einem Bereich zwischen 900 MHz und 2,5 GHz zu erzeugen, und/oder bei Drücken zwischen 1 bar und 8 bar betrieben zu werden. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18 zur Niedertemperaturspaltung, insbesondere zur nicht-thermischen Spaltung von Flaregas. • a sensor for measuring or monitoring a process parameter, the microwave plasma device (4) being set up to generate a non-thermal plasma from at least part of the hydrocarbon-containing starting material in the reactor space (25) for non-thermal cracking or low-temperature cracking of the hydrocarbon-containing material To produce starting material in a carbon portion and a hydrogen portion, and wherein the separating device is set up to separate the carbon portion from the hydrogen portion. Device according to Claim 12, characterized in that the at least one separating device or at least one of the separating devices comprises a separating unit. Device according to Claim 13, characterized in that the separation unit comprises an electrostatic separator (5a, 5z), preferably a corona reactor. Device according to Claim 13, characterized in that the separating unit comprises a centrifugal separator. Device according to one of Claims 12 to 15, characterized in that the at least one separating device or at least one of the separating devices comprises a molten metal washer. Device according to one of Claims 12 to 16, characterized by at least one reduction unit (6, 7) which is connected to the at least one separating device or to at least one of the separating devices via an intermediate line and is set up to reduce a substance by means of the hydrogen content. 25 Device according to one of claims 12 to 17, characterized in that the microwave plasma device (4) is set up to generate microwaves with a frequency in a range between 900 MHz and 2.5 GHz, and / or at pressures between 1 bar and 8 bar to be operated. Use of a device according to one of Claims 12 to 18 for low-temperature cracking, in particular for non-thermal cracking of flare gas.
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