在流化床反应器中进行蒸汽裂化反应的方法技术

本公开内容涉及一种执行蒸汽裂化反应的方法，所述方法包括以下步骤：提供流化床反应器，该流化床反应器包含至少两个电极；以及包含颗粒的床，其中颗粒通过使流体料流向上通过所述床而处于流化状态，以获得流化床；将流化床加热到500℃至1200℃范围内的温度以进行吸热化学反应；其中基于床的颗粒的总重量计至少10重量％的颗粒是导电颗粒，并且具有在800℃下0.001Ohm.cm至500Ohm.cm范围内的电阻率，以及加热流化床的步骤通过使电流通过流化床来执行。执行。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在流化床反应器中进行蒸汽裂化反应的方法
专利

[0001]本公开内容涉及一种用于在流化床反应器中执行蒸汽裂化反应的方法，其中该反应在所述流化床反应器中不需要外部加热装置的情况下执行。本公开内容旨在有助于化石碳基燃料加热装置使用的替代。本公开内容涉及化学工业的电气化。

技术介绍

[0002]气候变化和持续存在的能源转型使得必须用更加环境友好的低碳化能源来替代化学生产和再循环过程中的化石碳基燃料。使天然气转化成有价值的化学品需要高温(通常高于800℃并甚至多至1000℃)，并且通常是吸热的。因此，所需的能量高并且通常对环境不友好，如由普遍使用的燃烧加热反应器所展示。已经进行了若干研究以减少由这些(苛刻的)反应条件所施加的负担。
[0003]Asensio J.M.等人标题为“Hydrodeoxygenation using magnetic induction:high
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temperature heterogeneous catalysis in solution”(Angew.Chem.Int.Ed.，2019，58，1
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6)的研究描述了使用磁性纳米颗粒作为加热剂来提高在高温下执行的反应的能量效率，因为热量可然后直接且均匀地传递到介质而不需要对反应器壁加热。这被应用于酮的加氢脱氧。然而，在这样的系统中，达到了最多至280℃的相对低的温度，并且反应是放热的。
[0004]在Wismann S.T.等人标题为“Electrified methane reforming：A compact approach to greener industrial hydrogen production”(Science，2019，364，756
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759)的研究中，用电阻加热的反应器代替常规的燃烧反应器。使用基于直径为6mm且涂覆有130
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μm镍浸渍的载体涂层(washcoat)的FeCrAl合金管的实验室规模反应器进行蒸汽甲烷重整。由于热源和管壁是一体的，可以使热损失最小化，然后使得蒸汽甲烷重整过程更有效且更经济。通过这种反应器达到最高800℃的温度。
[0005]在
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Fjeld H.等人标题为“Thermo
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electrochemical production of compressed hydrogen from methane with near
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zero energy loss”(Nat.Energy，2017，2，923
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931)的研究中，外径为1cm且由钙钛矿衍生物制成的陶瓷管被用作电解物。通过在电解物上施加电压并因此施加电流，可以从甲烷和蒸汽选择性地提取氢。钙钛矿衍生物补充有镍纳米颗粒以提供反应所需的催化剂。
[0006]在Varsano F.等人标题为“Dry reforming of methane powered by magnetic induction”(Int.J.of Hydrogen Energy，2019，44，21037
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21044)的研究中，使用了催化非均相方法的电磁感应加热，并且已展示在工艺强化、能量效率、反应器设置简化以及来自射频使用的安全问题方面带来若干优势。在内径为1cm的反应器中850℃至900℃的范围内温度可以使用Ni
60
Co
60
粒料作为连续流动固定床反应器中的热介质来达到。
[0007]US 2,982,622描述了一种用于生产氢和高品质焦炭的方法，该方法包括使惰性固体颗粒作为相对致密物质(mass，团块)向下通过细长反应区，在所述反应区中，在所述固体物质的至少一部分上施加每英寸0.1至1000伏的电压，所述电压足以使所述固体的温度升
高到1800至3000F，这是由于它们对电流的阻力()电阻而不会引起通过所述固体物质的显著电火花放电，从所述反应区向下取出由此加热的固体，通过与所述取出的固体热交换对烃进料进行预热，并且将所述预热的进料以向上移动的气态料流的形式引入到所述反应区中并向上通过所述反应区，所述进料与所述加热的固体接触并且转化为包括大部分氢的轻质蒸气和沉积在所述固体上的碳，在加热区中使从所述反应区取出的热蒸气与惰性固体进行热交换，将从反应区取出的固体的至少一部分循环并且预先与向所述加热区的所述进料热交换，将固体从所述加热区传送至所述反应区作为其固体进料，并将从反应区取出的固体的至少一部分作为产物收取，并从所述反应区的上部收取氢气和轻质蒸气。
[0008]US3259565描述了一种用于转化烃以产生低沸点烃和尺寸大于可流体化尺寸的固体焦炭颗粒的方法，该方法包括使焦炭附聚物向下通过焦炭颗粒的热流化床，将烃油进料引入到所述流化床中以裂化烃油，使裂化的气态产物通过顶，从所述流化床移除焦炭附聚物并使它们以与所述取出的裂化蒸气产物逆流接触的方式向下通过热交换器区，以冷却所述裂化蒸气产物并加热所述焦炭附聚物，同时使来自所述裂化蒸气产物的较高沸点烃冷凝并沉积在所述焦炭附聚物上，取出所得裂化蒸气产物作为产物，使如此处理的焦炭附聚物多次循环通过所述热交换区以沉积烃并且通过所述热流化焦炭床以焦化沉积的高沸点烃并增加焦炭附聚物的尺寸，从系统取出尺寸增加的焦炭附聚物作为产物。
[0009]GB1262166描述了一种通过采用间接加热在流化床中裂化重质烃来生产乙烯的方法，其中床经由从加热的气体热传递来加热。
[0010]US3948645描述了一种用于在含有流化床的反应器中实施需热过程的方法，其中床主要包含焦炭并且其中能量的至少一部分是电感应生成的。
[0011]这些实例显示，从减小对气候的影响的角度来看，在将化石源转化为有价值的化学品的领域中存在着进展。然而，这种进展还没有大规模发展，因为它相当局限于实验室环境。
[0012]关于这一点，CA 573348中描述的Shawinigan方法涉及一种在由耐高温石英玻璃制成且包含导电碳颗粒(如焦炭和/或石油焦)的流化床反应器中使用由氨来制备氢氰酸的方法。原理在于使用电来加热导电碳颗粒，该导电碳颗粒可使流化床维持于足以使氨转化成氢氰酸的温度，然后从离开流化床的排出气体收取氢氰酸。反应器管的内径为3.4cm。通过使用这种导电碳颗粒可以达到足以执行所要求的反应的1300℃至1600℃范围内的温度。
[0013]US 2017/0158516的公开内容描述了一种用于在工业水平上制备颗粒状多晶硅的由碳化硅构成的流化床反应器。该流化床反应器使用放置在反应器管的外壁与反应器容器的内壁之间的中间夹套中的加热装置进行加热。这种中间夹套包含绝缘材料，并且用惰性气体填充或吹扫。据发现使用具有98重量％的SiC含量的烧结碳化硅(SSiC)作为具有通过化学气相沉积法沉积的高纯度SiC涂层的反应器管的主要组成部分(要素，组件)允许达到多至1200℃的高温而不腐蚀管。还发现使用硅化碳化硅(SiSiC)作为反应器管的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.执行具有至少两个碳的烃的蒸汽裂化反应的方法，所述方法包括以下步骤：a)提供至少一个流化床反应器，所述流化床反应器包含至少两个电极以及包含颗粒的床；b)通过使流体料流向上通过所述床而使所述床的所述颗粒处于流化状态，以获得流化床；以及c)将所述流化床加热到500℃至1200℃范围内的温度以进行烃原料的蒸汽裂化反应；其特征在于基于所述床的所述颗粒的总重量计至少10重量％的所述颗粒为导电颗粒，并且具有在800℃下0.001Ohm.cm至500Ohm.cm范围内的电阻率；加热所述流化床的步骤c)通过使电流通过所述流化床来执行；以及所述床的所述导电颗粒包含选自石墨、炭黑、一种或多种金属合金、一种或多种非金属电阻体、一种或多种金属碳化物、一种或多种过渡金属氮化物、一种或多种金属磷化物、一种或多种超离子导体、一种或多种磷酸盐电解质、掺杂有一种或多种较低价阳离子的一种或多种混合氧化物、掺杂有一种或多种较低价阳离子的一种或多种混合硫化物，以及它们的任何混合物中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于基于所述床的所述导电颗粒的总重量计50重量％至100重量％的所述床的所述导电颗粒是选自石墨、炭黑、一种或多种金属合金、一种或多种非金属电阻体、一种或多种金属碳化物、一种或多种过渡金属氮化物、一种或多种金属磷化物、一种或多种超离子导体、一种或多种磷酸盐电解质、掺杂有一种或多种较低价阳离子的一种或多种混合氧化物、掺杂有一种或多种较低价阳离子的一种或多种混合硫化物，以及它们的任何混合物中的一种或多种。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述方法还包括收取所述反应的裂化产物的步骤d)。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于所述床的所述导电颗粒是或者包含选自一种或多种金属合金、一种或多种非金属电阻体、一种或多种金属碳化物、一种或多种过渡金属氮化物、一种或多种金属磷化物、一种或多种超离子导体、一种或多种磷酸盐电解质、掺杂有一种或多种较低价阳离子的一种或多种混合氧化物、掺杂有一种或多种较低价阳离子的一种或多种混合硫化物，以及它们的任何混合物中的一种或多种。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于所述床的所述导电颗粒是或者包含一种或多种非金属电阻体，所述非金属电阻体选自碳化硅、二硅化钼或它们的混合物。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于所述床的所述导电颗粒是或者包含作为碳化硅的非金属电阻体与不同于碳化硅的导电颗粒的混合物。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于所述床的所述导电颗粒包含基于所述床的所述导电颗粒的总重量计10重量％至99重量％的碳化硅。8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于所述不同于碳化硅的导电颗粒是或者包含石墨和/或炭黑。9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其特征在于所述不同于碳化硅的导电颗粒是或者包含掺杂有一种或多种较低价阳离子的一种或多种混合氧化物。10.根据权利要求6至9中任一项所述的方法，其特征在于所述不同于碳化硅的导电颗粒是或者包含掺杂有一种或多种较低价阳离子的一种或多种混合硫化物。11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于所述床的所述导电颗粒是或
者包含掺杂有一种或多种较低价阳离子的一种或多种混合氧化物。12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于所述混合氧化物选自至少部分地被一种或多种较低价阳离子取代的一种或多种具有立方萤石结构的氧化物。13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于所述一种或多种较低价阳离子选自Sm、Gd、Y、Sc、Yb、Mg、Ca、La、Dy、Er、Eu。14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其特征在于所述混合氧化物选自一种或多种ABO3‑
钙钛矿，所述ABO3‑
钙钛矿具有A和B三价阳离子，在A位至少部分地被一种或多种较低价阳离子取代，且在B位包含Ni、Ga、Co、Cr、Mn、Sc、Fe和/或它们的混合中的至少一种。15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于所述一种或多种较低价阳离子选自Ca、Sr或Mg。16.根据权利要求11至15中任一项所述的方法，其特征在于所述混合氧化物选自一种或多种ABO3‑
钙钛矿，所述ABO3‑
钙钛矿具有A二价阳离子和B四价阳离子，至少部分地在B位被一种或多种较低价阳离子或者在B位被不同B元素的混合取代。17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于所述一种或多种较低价阳离子选自Mg、Sc、Y、Nd或Yb。18.根据权利要求11至17中任一项所述的方法，其特征在于所述混合氧化物选自一种或多种A2B2O7‑
烧绿石，所述A2B2O7‑
烧绿石具有A三价阳离子和B四价阳离子，在A位至少部分地被一种或多种较低价阳离子取代且在B位包含Sn、Zr和Ti中的至少一种。19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于所述一种或多种较低价阳离子选自Ca或Mg。20.根据权利要求1至19中任一项所述的方法，其特征在于所述床的所述导电颗粒是或者包含一种或多种金属合金。21.根据权利要求1至20中任一项所述的方法，其特征在于所述床的所述导电颗粒是或者包含一种或多种超离子导体。22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于所述一种或多种超离子导体选自LiAlSiO4、Li
10
GeP2S
12
、L
i3
.6Si
0.6
P
0.4
O4、钠超离子导体、或钠β氧化铝。23.根据权利要求1至22中任一项所述的方法，其特征在于烃原料选自乙烷、液化石油气、石脑油、瓦斯油和/或全原油。24.根据权利要求1至23中任一项所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：G，
申请(专利权)人：道达尔能源一技术，
类型：发明
国别省市：