使用电阻加热对糖进行热裂解制造技术

本发明专利技术公开了一种用于从糖大规模且高效地生产含氧化合物的方法，其中将糖原料引入到热裂解反应器中，该热裂解反应器包括载热颗粒的流化流，将该载热颗粒的流化流从反应产物中分离出来并引导至包括电阻加热系统的再热器。分离出来并引导至包括电阻加热系统的再热器。分离出来并引导至包括电阻加热系统的再热器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用电阻加热对糖进行热裂解
专利

[0001]本专利技术的实施方案涉及一种用于将糖原料转化为C
1-C3含氧化合物的方法和适用于执行该方法的系统，其中载热颗粒用于为糖的热裂解提供热量，用过的载热颗粒在配备有电阻加热系统的再热器中再加热。该方法和系统适于工业应用，并且该方法可以作为大规模、连续的过程来执行。
[0002]专利技术背景
[0003]生物质作为原材料特别受关注，因为它具有补充和可能替代石油作为制备商业化学品的原料的潜力。近年来，已经研究了各种利用生物质的技术。碳水化合物占生物质的很大一部分，目前正在建立将它们有效地用作制备商业化学品的原料的各种策略。这些策略包括各种基于发酵的过程、热解和其他过程，例如氢解、加氢甲酰化或酸催化脱水。
[0004]由生物质生产的化学品的实例包括：替代天然气、生物燃料(例如乙醇和生物柴油)、食品褐变材料以及商业化学品(例如二醇(乙二醇和丙二醇)、酸(乳酸、丙烯酸和乙酰丙酸))以及多种其他重要的化学中间体(表氯醇、异戊二烯、糠醛和合成气)。
[0005]因此，正在开发C
1-C3含氧化合物产物的新用途，并期望对这些产物的需求将增加。这种含氧化合物产物可以例如通过使含氧化物产物氢化来用于制备乙二醇和丙二醇(参见例如WO 2016/001169)，或者如WO 2017/064267中所述地用于清除硫化氢。但是，可以设想许多其他用途。
[0006]已经提出了几种用于通过热解将糖转化为C
1-C3含氧化合物(也称为糖的裂解或糖的热裂解)的系统。
[0007]在WO 92/17076中，建议使用电烤箱间接提供热量，或者通过天然气或丙烷的燃烧直接提供热量。加热的砂是热源的一个实例。在这些实例中，似乎是利用砂提供热量，并且气体的燃烧发生在热解反应器内以提供加热的砂颗粒。
[0008]在US 7,094,932中，通过电加热来提供热量，该电加热通过热解反应器的壁。在实施例6中，该过程扩大了规模，但没有达到工业水平。
[0009]WO 2017/216311公开了一种反应器系统，其包括与再热器反应器连接的独立的热解反应器，以提供循环流化床反应器系统，其中通过将燃烧气体从外部燃烧室输送到再热器中，将载热颗粒在再热器中加热至期望的温度。然后将加热的载热颗粒再循环到热解反应器，为糖的热裂解提供热量。
[0010]然而，仍然需要高产量和更节能的反应器系统和工艺，用于适合大规模生产的从糖制备可持续的C
1-C3含氧化合物。
[0011]专利技术简述
[0012]本申请的专利技术人希望开发一种工业上适用的方法来生产可持续的C
1-C3含氧化合物，发现通过电加热的反应器壁提供热量的热裂解反应器根本不适合工业应用。到反应器蒸汽的有限热通量需要延长的停留时间，这对于工业应用是特别不利的，特别是对于将糖转化为C
1-C3含氧化合物而言。专利技术人还发现，具有外部燃烧室用于燃烧甲烷以产生用于加热提升管再热器中的载热颗粒的烟道气具有一些缺点，因为需要大量烟道气流来向系统输
送足够的热量。本申请的专利技术人惊奇地发现，通过提供一种反应器系统可以获得许多显著的优点，该反应器系统包括利用电阻加热作为热源的再热器，该热源用于在反应器系统中加热用过的载热颗粒，以便通过热裂解由糖产生C
1-C3含氧化合物。对于工业应用而言，值得注意的是，即使产量、选择性和/或转化率略有提高，也可以节省大量资金。
[0013]专利技术人现在已经开发了一种改进的循环流化床反应器系统，其包括热裂解反应器(也称为裂解反应器)和再热器，该再热器配备有加热系统，该加热系统采用电阻加热来加热再热器内的载热颗粒。
[0014]因此，提供了一种用于将糖热裂解为C
1-C3含氧化合物的反应器系统，其包括：
[0015]-裂解反应器，其包含载热颗粒，用于向糖提供热量使其热裂解成C
1-C3含氧化合物，所述裂解反应器配备有用于将加热的载热颗粒引入到裂解反应器中的裂解颗粒入口、用于从裂解反应器收集用过的载热颗粒的裂解颗粒出口、用于将糖引入到裂解反应器中的原料入口、包括裂解区并允许糖热裂解的裂解提升管和用于回收C
1-C3含氧化合物的产物出口；
[0016]-再热器，所述再热器包括：
[0017]o第一再热器气体入口
[0018]o再热器颗粒入口
[0019]o再热器颗粒出口
[0020]o再热器气体出口
[0021]o电阻加热系统
[0022]-第一流动装置，用于将用过的载热颗粒从裂解颗粒出口输送到再热器颗粒入口；
[0023]-第二流动装置，用于将加热的载热颗粒从再热器颗粒出口输送到裂解颗粒入口；
[0024]其中电阻加热系统包括导电材料的加热结构体，所述加热结构体被布置在再热器内的加热区中，以向再热器内的载热颗粒提供热量。
[0025]在本文中，“加热区”是指再热器的加热区，即使可以在反应器系统的其他部分中提供热量，而不背离本专利技术。例如，加热的载热颗粒将热量传递到裂解提升管内的裂解区中的原料。
[0026]第一和第二流动装置应当分别建立从裂解颗粒出口到再热器颗粒入口和从再热器颗粒出口到裂解颗粒入口的流体连接。流动装置的实施方案包括其中颗粒被流化的管道或管路。应当选择第一和第二流动装置的尺寸和角度以利于载热颗粒的流化。为了维持循环的流化反应器系统，应当将载热颗粒保持在流化状态，以使载热颗粒的流像流体一样流动并循环。通常，优选使用接近垂直的第一和第二流动装置。还优选具有120
°
至240
°
之间的角度。通常，应当选择第一和第二流动装置的直径以获得1至2000kg/m2/s的床材料通量。可以将附加的流化气体入口添加到第一和/或第二流动装置。优选地，第一和/或第二流动装置配备有流体控制装置，例如控制第一和/或第二流动装置中的流体流量的阀。
[0027]反应器系统的材料应当耐热和耐腐蚀。
[0028]在反应器系统的实施方案中，导电材料的加热结构体与电源连接，其中所述电源被配置为将载热颗粒加热到至少300℃且至多900℃，例如300至800℃，400至700或500至650的再热器出口温度。加热系统的确切配置将取决于加热结构体的尺寸(横截面和长度)，以在加热结构体中获得期望的电阻以产生期望的量的能量。加热的载热颗粒的出口温度取
决于从加热结构体到载热颗粒的热通量，以及载热颗粒在加热区中的停留时间。
[0029]载热颗粒可以选自砂、二氧化硅、玻璃、氧化铝、钢和碳化硅，并且其载热颗粒的索特(Sauter)平均粒径可以为20至400μm，例如20至300、20至200或20至100μm。索特平均直径是粒径的平均值，其被定义为具有与受关注的颗粒相同的体积/表面积比的球体的直径。
[0030]与已知解决方案相比，这种系统具有若干优点。该系统适用于在工业上由糖类生产可持续的C
1-C3含氧化合物，并提供了降本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于将糖热裂解为C
1-C3含氧化合物的反应器系统，其包括：-裂解反应器，其包含载热颗粒，用于向糖提供热量使其热裂解成C
1-C3含氧化合物，所述裂解反应器配备有用于将加热的载热颗粒引入到裂解反应器中的裂解颗粒入口、用于从裂解反应器收集用过的载热颗粒的裂解颗粒出口、用于将糖引入到裂解反应器中的原料入口、包括裂解区并允许糖热裂解的裂解提升管和用于回收C
1-C3含氧化合物的产物出口；-再热器，所述再热器包括：ο第一再热器气体入口ο再热器颗粒入口ο再热器颗粒出口ο再热器气体出口ο电阻加热系统-第一流动装置，用于将用过的载热颗粒从裂解颗粒出口输送到再热器颗粒入口；-第二流动装置，用于将加热的载热颗粒从再热器颗粒出口输送到裂解颗粒入口；其中电阻加热系统包括导电材料的加热结构体，所述加热结构体被布置在再热器内的加热区中，以向再热器内的载热颗粒提供热量。2.根据权利要求1所述的反应器系统，其中导电材料的加热结构体与电源连接，其中所述电源被配置为将载热颗粒加热到至少300℃，例如300至800℃、400至700或500至650的再热器出口温度。3.根据权利要求1或2中任一项所述的反应器系统，其中加热结构体的导电材料是在20℃下的电阻率为10-7
Ω
·
m至10-5
Ω
·
m的材料。4.根据前述权利要求中任一项所述的反应器系统，其中加热结构体的导电材料是提供从加热结构体到载热颗粒的热通量为500至500,000W/m2的材料。5.根据前述权利要求中任一项所述的反应器系统，其中加热结构体的导电材料是包括铜、银、铝、铬、铁和镍中的一种或多种的导电金属或金属合金。6.根据权利要求1至4中任一项所述的反应器系统，其中加热结构体的导电材料为导电陶瓷材料，例如包括以下中的一种或多种的材料：碳化硅、碳化钼、碳化钨、氮化钛、二硅化钼、二硅化钨；或其混合物。7.根据前述权利要求中任一项所述的反应器系统，其中电阻加热系统进一步包括覆盖加热结构体的表面的至少50％的保护层；例如覆盖加热结构体的表面的至少70％、80％或90％的保护层。8.根据权利要求7所述的反应器系统，其中保护层包含在20℃下具有109Ω
·
m以上的电阻率的材料，例如在20℃下具有109至10
25
Ω
·
m的电阻率的材料。9.根据权利要求7或8所述的反应器系统，其中保护层包括陶瓷材料；例如碳化硅、氧化铝、氧化锆、氮化硅和/或耐火衬里。10.根据前述权利要求中任一项所述的反应器系统，其中载热颗粒选自砂、二氧化硅、玻璃、氧化铝、钢和碳化硅。11.根据前述权利要求中任一项所述的反应器系统，其中载热颗粒的索特平均粒径为20至400μm，例如20至300、20至200或20至100μm。12.根据前述权利要求中任一项所述的反应器系统，其中再热器具有反应器壁，并且加
热结构体在套筒中通过所述反应器壁与电源连接，所述套筒使加热结构体与反应器壁为电绝缘。13.根据权利要求12所述的反应器系统，其中加热区被布置为垂直地位于再热器气体出口的下方。14.根据权利要求12至13中任一项所述的反应器系统，其中套筒被布置为垂直地位于再热器颗粒出口的上方。15.根据前述权利要求中任一项所述的反应器系统，其中再热器颗粒出口被布置为垂直地位于裂解颗粒入口的上方。16.根据前述权利要求中任一项所述的反应器系统，其中第一和/或第二流动装置配备有流体控制装置。17.根据前述权利要求中任一项所述的反应器系统，其中裂解反应器进一步包括：
·
流化气体入口，用于引入流化气体；和/或
·
第一裂解颗粒分离器，用于将一部分用过的载热颗粒与C
1-C3含氧化合物分离；和/或
·
冷却工段，用于使C
1-C3含氧化合物骤冷；和/或
·
第二裂解颗粒分离器，用于将任何剩余的用过的载热颗粒与C
1-C3含氧化合物分离；和/或
·
裂解汽提区，用于改善通过该裂解汽提区的任何流体的混合。18.根据权利要求17所述的反应器系统，其中第一裂解颗粒分离器被布置在分离器容器内，并且分离器容器进一步包括裂解汽提区和分离器流化气体入口，所述裂解汽提区配备有挡板或其他内部构件，以改善通过该裂解汽提区的任何流体的混合；其中汽提区被布置为垂直地位于第一裂解颗粒分离器的下方，且分离器流化气体入口被布置为垂直地位于分离器汽提区的下方。19.根据权利要求18所述的反应器系统，其中裂解颗粒出口被布置为垂直地位于裂解汽提区的下方，并且垂直地位于再热器颗粒入口的上方。20.根据前述权利要求中任一项所述的反应器系统，其中再热器进一步包括：
·
再热器汽提区，其配备有挡板或其他内部构件，以改善通过该再热器汽提区的任何流体的混合；和/或
...

【专利技术属性】
技术研发人员：L，
申请(专利权)人：托普索公司，
类型：发明
国别省市：