Способ и устройство для проведения эндотермических газофазных или газ-твердотельных реакций - RU2019117068A
Код документа: RU2019117068A
Формула
1. Способ проведения эндотермических газофазных или газ-твердотельных реакций, который включает проведение эндотермической реакции на стадии образования продукта в первой зоне реактора, зоне образования продукта, которая по меньшей мере частично заполнена предварительно нагретыми частицами твердого вещества, причем частицы твердого вещества находятся в форме неподвижного слоя, подвижного слоя и на участках / или в форме псевдоожиженного слоя, и поток газа, содержащий продукт, в области самого высокого температурного уровня, или в области самого высокого температурного уровня минус 200 К, выводят из зоны образования продукта, и поток газа, содержащий продукт, пропускают через вторую зону реактора, зону рекуперации тепла, которая по меньшей мере частично содержит неподвижный слой, причем тепло потока газа, содержащего продукт, накапливается в неподвижном слое, и на последующей стадии очистки продувочный газ пропускают в том же направлении потока через зону образования продукта и зону рекуперации тепла, и в зоне нагрева, которая расположена между зоной образования продукта и зоной рекуперации тепла, вводят тепло, необходимое для эндотермической реакции, в поток газа, содержащий продукт, и в продувочный поток, или в продувочный поток, и затем в фазе регенерации газ протекает в обратном направлении через две зоны реактора и нагревает зону образования продукта, причем способ проводят циклически.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что тепло, необходимое для эндотермической реакции, вводят в продувочный поток.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что продувочный газ содержит водород, монооксид углерода, диоксид углерода, водяной пар, азот, аргон или смесь этих газов.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что во время фазы регенерации возможная подача тепла в зону нагрева происходит с тепловой мощностью на единицу объема зоны нагрева, составляющей менее 100 кВт/м3.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что усредненная за период скорость оседания потока частиц твердого вещества в зоне образования продукта находится в диапазоне от 0 м/ч до 50 м/ч.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что удельная поверхность раздела между частицами твердого вещества в зоне образования продукта и газовой фазой и/или неподвижным слоем в зоне рекуперации тепла и газовой фазой составляет более 50 м2/м3.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что частицы твердого вещества в зоне образования продукта являются катализатором для эндотермической газофазной реакции, твердотельным катализатором для эндотермической газ-твердотельной реакции и/или продуктом эндотермической реакции, и что неподвижный слой в зоне рекуперации тепла является химически инертным в отношении обратной реакции эндотермической реакции.
8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что соотношение между теплоемкостью газа, пропускаемого через слой образования продукта во время фазы регенерации, и теплоемкостью газа, пропускаемого через слой образования продукта во время фазы образования продукта, составляет от 0,5 до 2.
9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что тепло, необходимое для эндотермической реакции, вводят посредством сжигания топливного газа с помощью обогащенного кислородом газа в зоне нагрева, причем топливный газ содержится в основном потоке из зоны образования продукта во время стадии образования продукта или во время стадии очистки, и топливный газ при входе в зону нагрева имеет температуру от 350°С до 1200°С.
10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что способ используют циклически и фаза образования продукта занимает от 20 до 60% от продолжительности всего периода, а фаза регенерации - от 20 до 60% от продолжительности всего периода, причем стадия очистки занимает от 10 до 40% от продолжительности всего периода.
11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что загрузку и разгрузку частиц твердого вещества проводят в зоне образования продукта, в то время как через зону образования продукта не пропускают содержащий исходный реагент газ.
12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что поток, содержащий исходный реагент, имеет скорость потока в зоне образования продукта от 0,001 до 20 м/с.
13. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве эндотермической газофазной или газ-твердотельной реакции проводят следующие способы: получение водорода, синтез-газа, стирола, пропена, бутена и/или бензола, ацетилена, монооксида углерода, цианистоводородной кислоты, а также прокаливание гидроксида алюминия.
14. Способ по одному из пп. 1-13, включающий стадии способа (а) введение газа, содержащего исходный реагент, в предварительно нагретую зону образования продукта и проведение эндотермической реакции в зоне образования продукта, которая по меньшей мере частично заполнена частицами твердого вещества (стадия способа: образование продукта), (b) при необходимости подачу тепла к потоку газа, содержащему продукт, в зоне нагрева, которая расположена ниже по потоку от зоны образования продукта (стадия способа: подача тепла), (с) перенос тепла от потока, содержащего продукт, со стадии (b) на насадку из частиц твердого вещества и/или на структурированные внутренние элементы в зоне рекуперации тепла, которая расположена ниже по потоку от зоны нагрева (стадия способа: накапливание тепла), (d) прерывание введения газа, содержащего исходный реагент и очистка зоны образования продукта и зоны регенерации тепла инертным продувочным газом в направлении потока газа, содержащего исходный реагент, (стадия способа: очистка), (е) подача тепла к потоку инертного продувочного газа в зоне нагрева, которая расположена ниже по потоку от зоны образования продукта (технологическая стадия: подача тепла), (f) прерывание введения инертного продувочного газа и введение регенерирующего газа в зону рекуперации тепла в противоположном направлении потока относительно газа, содержащего исходный реагент, (g) перенос тепла от нагретых на стадии (с) частиц твердого вещества и/или структурированных внутренних элементов на регенерирующий газ (стадия способа: выделение тепла), (h) перенос тепла от регенерирующего газа, нагретого на стадии (е), на частицы твердого вещества в зоне образования продукта (стадия способа: нагревание), (i) прерывание подачи регенерирующего газа в зону рекуперации тепла аналогично стадии (а) и введение газа, содержащего исходный реагент, в предварительно нагретую зону образования продукта с противоположным направлением потока относительно регенерирующего газа.
15. Реактор, включающий три зоны, первую зону реактора, зону образования продукта, содержащую насадку из частиц твердого вещества, зону нагрева, расположенную между зоной образования продукта и зоной рекуперации тепла, и вторую зону реактора, зону рекуперации тепла, содержащую неподвижный слой, причем насадка из частиц твердого вещества и неподвижный слой состоят из разных материалов, и частицы твердого вещества могут быть заполнены и выгружены во время эксплуатации реактора.
