DE102015219862A1 - Apparatus and method for producing synthesis gas - Google Patents
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Abstract
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Erzeugung von Synthesegas, die eine erste Reaktionszone (1) zur thermischen Spaltung von Kohlenwasserstoffen in einem Plasma, eine zweite Reaktionszone (2) zur Erzeugung von Synthesegas unter Verwendung der Spaltprodukte der ersten Reaktionszone, einen ersten Gaseinlass (7) stromauf der ersten Reaktionszone (1), optional einen zweiten Gaseinlass (8) im Bereich der ersten Reaktionszone (1), sowie einen dritten Gaseinlass (9) im Bereich der zweiten Reaktionszone (2) aufweist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine Einrichtung zur Rückführung von Gas vom Ausgang der zweiten Reaktionszone (2) zu den Gaseinlässen (7, 8, 9), sowie eine Einrichtung zur Einstellung eines Betriebszustands, bei dem sämtliche Gaseinlässe (7, 8, 9) ausschließlich mit Synthesegas gespeist werden, vorgesehen ist. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Reaktors in Lastwechselzuständen sowie im Leerlauf. Der Betrieb in diesen Zuständen ausschließlich mit Synthesegas erlaubt ein kontrolliertes An- und Abfahren ohne unerwünschte Nebenreaktionen.The invention relates to a device for the production of synthesis gas, which has a first reaction zone (1) for the thermal decomposition of hydrocarbons in a plasma, a second reaction zone (2) for the production of synthesis gas using the cleavage products of the first reaction zone, a first gas inlet (7 ) upstream of the first reaction zone (1), optionally a second gas inlet (8) in the region of the first reaction zone (1), and a third gas inlet (9) in the region of the second reaction zone (2). According to the invention, provision is made for a device for the return of gas from the outlet of the second reaction zone (2) to the gas inlets (7, 8, 9), and a device for setting an operating state in which all gas inlets (7, 8, 9) exclusively be fed with synthesis gas is provided. Another object of the invention is a method for operating such a reactor in load change states and idle. Operating in these states exclusively with synthesis gas allows controlled startup and shutdown without unwanted side reactions.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung von Synthesegas. Dabei erfolgt in einer ersten Reaktionszone eine thermische Spaltung von Kohlenwasserstoffen, bei der ein wasserstoffhaltiges Trägergas (Synthesegas) ein von einer Plasmafackel erzeugtes Plasma durchströmt und die Kohlenwasserstoffe durch die thermische Energie des Plasmas (und des Lichtbogens) gespalten werden. In einer zweiten Reaktionszone (i.d.R. als Boudouard-Reaktor und/oder Wassergas-Konvertierungsreaktor ausgebildet) wird Synthesegas unter Verwendung der Spaltprodukte der ersten Reaktionszone erzeugt, dabei wird typischerweise zusätzlich CO2 und/oder H2O zugeführt.The invention relates to an apparatus and a method for the production of synthesis gas. A thermal cracking of hydrocarbons takes place in a first reaction zone in which a hydrogen-containing carrier gas (synthesis gas) flows through a plasma generated by a plasma torch and the hydrocarbons are split by the thermal energy of the plasma (and of the arc). In a second reaction zone (i.d.R., designed as a Boudouard reactor and / or a water gas conversion reactor), synthesis gas is generated by using the cleavage products of the first reaction zone, in which case typically
Die Herstellung als Treibstoffe geeigneter flüssiger Kohlenwasserstoffe aus Kohle und/oder gasförmigen Kohlenwasserstoffen ist bekannt. Eines der ältesten bekannten Verfahren ist das Fischer-Tropsch-Verfahren ausgehend von sogenannten Synthesegas (Mischung aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid).The production as fuels of suitable liquid hydrocarbons from coal and / or gaseous hydrocarbons is known. One of the oldest known processes is the Fischer-Tropsch process starting from so-called synthesis gas (mixture of hydrogen and carbon monoxide).
Es ist ebenfalls bereits bekannt, den Wasserstoffanteil von Synthesegas durch bevorzugt thermische Aufspaltung von Methan in Kohlenstoff und Wasserstoff zu gewinnen. Der erforderliche Energieeintrag kann in einem sogenannten Kvaerner-Reaktor durch ein mittels elektrischer Energie erzeugtes Plasma erfolgen. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn überschüssige elektrische Energie beispielsweise aus regenerativen Quellen zur Verfügung steht, die sich auf diese Art und Weise vorteilhaft in letztendlich in einem Treibstoff gebundene chemische Energie umsetzen lässt.It is also already known to recover the hydrogen content of synthesis gas by preferably thermal decomposition of methane into carbon and hydrogen. The required energy input can take place in a so-called Kvaerner reactor by means of a plasma generated by means of electrical energy. This is particularly advantageous when excess electrical energy is available, for example, from regenerative sources, which can be advantageously converted in this way into finally bound in a fuel chemical energy.
In einem Kvaerner-Reaktor gewonnener Wasserstoff und Kohlenstoff kann in einem zweiten Schritt in einem CO2-Konverter, der das Boudouard-Gleichgewicht nutzt, bzw. einem Wassergas-Konvertierungsreaktor unter Zusatz von CO2 und Wasser in Synthesegas umgesetzt werden.Hydrogen and carbon obtained in a Kvaerner reactor can be converted into synthesis gas in a second step in a CO2 converter using the Boudouard equilibrium or a water gas conversion reactor with the addition of CO2 and water.
Dieses Synthesegas wird beispielsweise nach dem oben genannten Fischer-Tropsch-Verfahren zu Flüssigtreibstoff reagieren gelassen.This synthesis gas is reacted, for example, by the above Fischer-Tropsch method to liquid fuel.
Die initiale Aufspaltung von Methan im Kvaerner-Reaktor unter Zufuhr regenerativ erzeugter elektrischer Energie und der im zweiten Schritt erfolgende Einsatz von Kohlendioxid bewirkt, dass die CO2-Bilanz so erzeugten Flüssigtreibstoffs wesentlich vorteilhafter ist als die von Treibstoff auf Mineralölbasis.The initial decomposition of methane in the Kvaerner reactor with the supply of regeneratively generated electrical energy and the second step use of carbon dioxide causes the CO2 balance so produced liquid fuel is much more advantageous than that of petroleum-based fuel.
Ein System und eine Anlage in der eingangs genannten Art ist beispielsweise in
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, die bzw. das einen effizienten Betrieb ermöglichen. Ferner soll beim Einsatz regenerativ erzeugter elektrischer Energie eine Möglichkeit bestehen, den Schwankungen von Energiequellen wie beispielsweise Windstrom oder Solarstrom Rechnung zu tragen.The invention has for its object to provide a device and a method of the type mentioned, or allow efficient operation. Furthermore, when regeneratively generated electrical energy is used, there should be a possibility of taking into account the fluctuations of energy sources such as, for example, wind power or solar power.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung von Synthesegas, die aufweist:
- a. eine erste Reaktionszone (
1 ) zur thermischen Spaltung von Kohlenwasserstoffen in einem Plasma, - b. eine zweite Reaktionszone (
2 ) zur Erzeugung von Synthesegas unter Verwendung der Spaltprodukte der ersten Reaktionszone, - c. einen ersten Gaseinlass (
3 ) stromauf der ersten Reaktionszone (1 ), - d. einen zweiten Gaseinlass (
8 ) im Bereich der ersten Reaktionszone, - e. einen dritten Gaseinlass (
9 ) im Bereich der zweiten Reaktionszone, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiter aufweist: - f. eine Einrichtung zur Einstellung eines Betriebszustands, bei dem sämtliche Gaseinlässe (
7 ,8 ,9 ) ausschließlich mit Synthesegas gespeist werden.
- a. a first reaction zone (
1 ) for the thermal decomposition of hydrocarbons in a plasma, - b. a second reaction zone (
2 ) for the production of synthesis gas using the fission products of the first reaction zone, - c. a first gas inlet (
3 ) upstream of the first reaction zone (1 ) - d. a second gas inlet (
8th ) in the region of the first reaction zone, - e. a third gas inlet (
9 ) in the region of the second reaction zone, characterized in that it further comprises: - f. a device for setting an operating state in which all gas inlets (
7 .8th .9 ) are fed exclusively with synthesis gas.
Zunächst seien einige im Rahmen der Erfindung verwendete Begriffe erläutert.First, some terms used in the invention are explained.
Eine erste Reaktionszone ist zur thermischen Spaltung von Kohlenwasserstoffen in einem Plasma ausgebildet. Eine Plasmafackel erzeugt aus Bestandteilen des Trägergases (Synthesegas) durch eine elektrische Entladung zwischen zwei Elektroden ein Hochtemperaturplasma. Eine solche Plasmafackel ist dem Fachmann grundsätzlich geläufig und bedarf hier keiner näheren Erläuterung. Die thermische Energie des Plasmas dient der Spaltung der Kohlenwasserstoffe (i.d.R. Methan) bevorzugt in elementaren Wasserstoff und Kohlenstoff. Eine erste Reaktionszone kann beispielsweise als Kvaerner-Reaktor ausgebildet sein.A first reaction zone is designed for thermal cracking of hydrocarbons in a plasma. A plasma torch generates a high-temperature plasma from components of the carrier gas (synthesis gas) by means of an electrical discharge between two electrodes. Such a plasma torch is generally familiar to the person skilled in the art and needs no further explanation here. The thermal energy of the plasma serves to cleave the hydrocarbons (i.d.R. methane), preferably into elemental hydrogen and carbon. A first reaction zone may be designed, for example, as a Kvaerner reactor.
Eine zweite Reaktionszone dient der Erzeugung von Synthesegas unter Verwendung der Spaltprodukte der ersten Reaktionszone. Der Begriff Synthesegas bezeichnet eine Gasmischung, deren Hauptbestandteile Wasserstoff und Kohlenmonoxid (gegebenenfalls in unterschiedlichen Mischungsverhältnissen) sind. „Unter Verwendung der Spaltprodukte“ bedeutet, dass in der zweiten Reaktionszone zusätzliche Reaktanten eingesetzt werden können, typischerweise CO2 und/oder Wasser. Eine Ausführungsform einer solchen zweiten Reaktionszone ist der CO2-Konverter bzw. Boudouard-Reaktor wie eingangs beschrieben. Boudouard-Reaktor meint in diesem Zusammenhang stets, dass dort neben einer Boudouard-Reaktion (im Fall der Zufuhr von CO2) auch bei Zufuhr von Wasser eine – dem Fachmann geläufige – Wassergas-Konvertierungsreaktion stattfinden kann.A second reaction zone serves to generate syngas using the cleavage products of the first reaction zone. The term synthesis gas refers to a gas mixture whose main constituents are hydrogen and carbon monoxide (optionally in different mixing ratios). "Using the cleavage products" means that additional reactants can be used in the second reaction zone, typically CO2 and / or water. An embodiment of such a second reaction zone is the CO2 converter or Boudouard reactor as described above. Boudouard reactor in this context always means that there in addition to a Boudouard reaction (in the case of the supply of CO2), a water gas conversion reaction can take place - even with the supply of water - a familiar to the expert.
Der erste Gaseinlass stromauf der ersten Reaktionszone dient im Normalbetrieb der Vorrichtung der Zufuhr von Trägergas für das Plasma, typischerweise Synthesegas. Optional können im Normalbetrieb durch diesen ersten Gaseinlass zusätzlich zur Spaltung bestimmte Kohlenwasserstoffe in Mischung mit dem Trägergas eingeleitet werden.The first gas inlet upstream of the first reaction zone, during normal operation of the apparatus, serves to supply carrier gas for the plasma, typically synthesis gas. Optionally, in addition to the splitting, certain hydrocarbons may be introduced in mixture with the carrier gas during normal operation by means of this first gas inlet.
Der optional vorhandene zweite Gaseinlass im Bereich der ersten Reaktionszone dient im Normalbetrieb der Zufuhr von zur Spaltung bestimmten Kohlenwasserstoffen. Dieser zweite Gaseinlass kann beispielsweise als zentrale Einspeisungslanze ausgebildet sein, die durch eine als rohrförmiger Hohlkörper ausgebildete Plasmafackel hindurch geführt ist. In einer weiteren denkbaren Ausführungsform kann der zweite Gaseinlass etwas stromab der Plasmaelektroden angeordnet sein, um einen unmittelbaren Kontakt der Kohlenwasserstoffe mit den Elektroden und ein dadurch bewirktes Elektrodenfouling durch Ablagerung von elementarem Kohlenstoff zu vermeiden oder zu vermindern.The optional second gas inlet in the region of the first reaction zone is used in normal operation to supply hydrocarbons intended for cleavage. This second gas inlet can be designed, for example, as a central feed lance, which is guided through a plasma flare designed as a tubular hollow body. In another conceivable embodiment, the second gas inlet may be located slightly downstream of the plasma electrodes to prevent or reduce direct contact of the hydrocarbons with the electrodes and electrode fouling caused thereby by deposition of elemental carbon.
Der dritte Gaseinlass im Bereich der zweiten Reaktionszone dient im Normalbetrieb der Zufuhr von Kohlendioxid und/oder Wasser zum Boudouard-Reaktor bzw. Wassergas-Konvertierungsreaktor.The third gas inlet in the region of the second reaction zone is used in normal operation of the supply of carbon dioxide and / or water to the Boudouard reactor or water gas conversion reactor.
Der Begriff Normalbetrieb bezeichnet den Betrieb der Vorrichtung unter im Wesentlichen gleichbleibender Last, bei dem in den beiden Reaktionszonen die bestimmungsgemäßen Reaktionen stattfinden.The term normal operation refers to the operation of the device under essentially constant load, in which take place in the two reaction zones, the intended reactions.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine Einrichtung zur Einstellung eines Betriebszustands, bei dem sämtliche Gaseinlässe ausschließlich mit Synthesegas gespeist werden, vorgesehen ist.According to the invention it is provided that a device for setting an operating state, in which all gas inlets are fed exclusively with synthesis gas, is provided.
In dem genannten Betriebszustand, bei dem sämtliche Gaseinlässe, sofern diese in Betrieb sind, ausschließlich mit Synthesegas gespeist werden, kann ein Betrieb der Vorrichtung in einem Zustand erfolgen, in dem insbesondere in der ersten Reaktionszone keine oder jedenfalls keine nennenswerten Mengen thermisch spaltbarer Kohlenwasserstoffe vorhanden sind.In the said operating state, in which all gas inlets, if they are in operation, are fed exclusively with synthesis gas, operation of the device can take place in a state in which no or at least no appreciable amounts of thermally dissociable hydrocarbons are present, especially in the first reaction zone ,
Die Erfindung hat erkannt, dass insbesondere beim Anfahren oder Abfahren einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ungünstige Betriebszustände auftreten können. Beim Starten und Beenden des Betriebs ist ein langsames Erwärmen bzw. Abkühlen der Vorrichtung erforderlich, um temperaturinduzierte Spannungen und Schäden zu vermeiden. Die Vorrichtung durchläuft dabei Temperaturen bzw. Zustände, in denen ein bestimmungsgemäßer Betrieb nicht mehr möglich ist, da beispielsweise die Temperaturschwelle, ab der eine Aufspaltung der Kohlenwasserstoffe erfolgt, noch nicht oder nicht mehr erreicht ist.The invention has recognized that, in particular when starting or stopping a device according to the invention unfavorable operating conditions can occur. When starting and stopping the operation, a slow heating or cooling of the device is required to avoid temperature-induced stress and damage. The device runs through temperatures or states in which a normal operation is no longer possible because, for example, the temperature threshold from which a splitting of the hydrocarbons takes place, is not or no longer reached.
Kern der Erfindung ist es, solche Lastwechselzustände wie Anfahren oder Abfahren oder auch einen Leerlaufbetrieb (Betrieb in einem grundsätzlich für den Normalbetrieb geeigneten Betriebspunkts, ohne dass jedoch eine Aufspaltung von Kohlenwasserstoffen bzw. Erzeugung von Synthesegas erfolgt) durchzuführen, ohne dass es zu unerwünschten Nebenreaktionen und damit beispielsweise verbundenen Verunreinigungen der Vorrichtung kommen kann.The core of the invention is to perform such load change states such as startup or shutdown or idling operation (operating in a basically suitable for normal operation operating point, but without splitting of hydrocarbons or production of synthesis gas), without causing unwanted side reactions and so that, for example, associated contamination of the device can occur.
In dem erfindungsgemäß vorgesehenen Betriebszustand ausschließlich mit Synthesegas kann ein langsames Anfahren oder Abfahren bzw. eine Einstellung des gewünschten Betriebspunkts erfolgen, ohne dass es zu irgendwelchen Beeinträchtigungen kommt. Dies deswegen, da sich das als Trägergas für das Plasma (auch als Plasmagas bezeichnet) verwendete Synthesegas unter allen denkbaren Betriebsbedingungen (einschließlich An- oder Abfahren und Normalbetrieb) in der ersten Reaktionszone sowie der zweiten Reaktionszone im Wesentlichen inert verhält und es zu keinen unerwünschten Reaktionen oder Nebenreaktionen kommt. Im wesentlichen inertes Verhalten bedeutet, dass das Synthesegas zwar als Plasmagas die Plasmabildung ermöglicht und insoweit natürlich reagiert, dass es jedoch nicht zu chemischen Folgereaktionen kommt, die die chemische Zusammensetzung des Plasmagases wesentlich ändern. Erst nach Erreichen eines gewünschten und definierten Betriebspunkts wird der Normalbetrieb aufgenommen durch Einspeisen der für den Normalbetrieb vorgesehenen Gase in die Gaseinlässe.In the operating state according to the invention provided exclusively with synthesis gas, a slow start-up or shut-down or an adjustment of the desired operating point can take place without causing any impairment. This is because the synthesis gas used as carrier gas for the plasma (also referred to as plasma gas) under all conceivable operating conditions (including startup or shutdown and normal operation) in the first reaction zone and the second reaction zone is substantially inert and there are no undesirable reactions or side reactions comes. Substantially inert behavior means that the synthesis gas, as a plasma gas, makes plasma formation possible and, of course, reacts naturally, but that there are no subsequent chemical reactions which substantially change the chemical composition of the plasma gas. Only after reaching a desired and defined operating point of the normal operation is absorbed by feeding the intended for normal operation gases in the gas inlets.
Die Erfindung ist insbesondere dann von besonderem Vorteil, wenn eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit regenerativ erzeugter elektrischer Energie gespeist wird, die Schwankungen unterliegt. Der dann regelmäßig erforderliche Wechsel der Betriebszustände kann erfindungsgemäß erfolgen, ohne dass es zu unerwünschten hohen Verschleißerscheinungen oder häufigen Betriebszuständen mit nicht optimaler Umsetzung der eingesetzten Ausgangsstoffe kommt.The invention is of particular advantage in particular when a device according to the invention is fed with regeneratively generated electrical energy which is subject to fluctuations. The then regularly required change of operating conditions can be carried out according to the invention, without causing undesirable high signs of wear or frequent operating conditions with non-optimal implementation of the starting materials used.
Bevorzugt ist eine Einrichtung zur Rückführung von Gas vom Ausgang der zweiten Reaktionszone zu den Gaseinlässen, vorgesehen. Eine Einrichtung zur Rückführung von Gas vom Ausgang der zweiten Reaktionszone zu den Gaseinlässen bedeutet, dass Synthesegas im Kreis geführt und zu einigen oder allen der vorhandenen Gaseinlässe rückgeführt werden kann.Preferably, means are provided for recirculating gas from the outlet of the second reaction zone to the gas inlets. A means for recirculating gas from the exit of the second reaction zone to the gas inlets means that synthesis gas can be recycled and recycled to some or all of the existing gas inlets.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zusätzlich ein Reservoir für Synthesegas aufweisen. Ein solches Reservoir erleichtert insbesondere das Anfahren, wenn die außer Betrieb befindliche Vorrichtung zunächst mit Synthesegas gespeist werden muss. Bei dem Reservoir kann es sich um temporär gespeichertes Synthesegas aus dem vorhergehenden Betrieb handeln, alternativ oder zusätzlich kann Synthesegas aus externen Quellen beispielsweise durch Mischung extern zur Verfügung gestellten Kohlenstoffmonoxids und Wasserstoffs zur Verfügung gestellt werden. The device according to the invention may additionally have a reservoir for synthesis gas. In particular, such a reservoir facilitates start-up when the device which is not in operation must first be fed with synthesis gas. The reservoir may be temporarily stored synthesis gas from the previous operation, alternatively or additionally, synthesis gas may be provided from external sources, for example by mixing externally supplied carbon monoxide and hydrogen.
Beim Anfahren, Abfahren oder im Leerlaufbetrieb erfolgt durch das Plasma ein Energieeintrag in die Vorrichtung, der nicht für chemische Reaktionen (Aufspaltung der Kohlenwasserstoffe) genutzt wird. Da dieser Energieeintrag möglicherweise größer ist als der gewünschte Energieeintrag zur Erwärmung der Vorrichtung beim Anfahren, kann vorteilhafterweise eine Einrichtung zur Kühlung wenigstens eines Teilstroms des rückgeführten Synthesegases vorgesehen sein. Es kann sich dabei um denjenigen Kühler handeln, der in der Regel sowieso zur Kühlung des Synthesegases vor einer Weitergabe an den Fischer-Tropsch-Reaktor vorgesehen ist. Kühlung wenigstens eines Teilstroms erlaubt es, durch Mischung gekühlter und ungekühlter Teile des Synthesegases einen gewünschten Energieeintrag bzw. ein gewünschtes Temperaturprofil einzustellen.During start-up, shut-down or idling operation, the plasma introduces an energy input into the device, which is not used for chemical reactions (splitting up of the hydrocarbons). Since this energy input is possibly greater than the desired energy input for heating the device when starting, advantageously, a device for cooling at least a partial flow of the recycled synthesis gas can be provided. It may be that cooler, which is usually provided anyway for cooling the synthesis gas before passing it to the Fischer-Tropsch reactor. Cooling at least one partial flow makes it possible to set a desired energy input or a desired temperature profile by mixing cooled and uncooled parts of the synthesis gas.
Vorzugsweise ist wenigstens eine Mischeinrichtung zur Mischung eines ungekühlten rückgeführten Teilstroms des vom Ausgang der zweiten Reaktionszone zu den Gaseinlässen rückgeführten Gases mit einem gekühlten Teilstrom dieses Gases und/oder einem dem Reservoir für Synthesegas entnommenen Teilstrom vorgesehen. Es kann vorzugsweise für jeden Gaseinlass eine separate Mischeinrichtung vorgesehen sein, so dass die Einleitungstemperatur an jedem Gaseinlass unterschiedlich eingestellt und damit insgesamt die Einstellung eines gewünschten Temperaturprofils in der Vorrichtung erleichtert wird.Preferably, at least one mixing device is provided for mixing an uncooled recirculated partial flow of the gas returned from the outlet of the second reaction zone to the gas inlets with a cooled partial stream of this gas and / or a partial stream taken from the synthesis gas reservoir. A separate mixing device may preferably be provided for each gas inlet, so that the introduction temperature is set differently at each gas inlet and thus overall the adjustment of a desired temperature profile in the device is facilitated.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung zur Erzeugung von Synthesegas während eines Laständerungszustands und/oder in einem Leerlaufzustand.Another object of the invention is a method for operating a device for generating synthesis gas during a load change state and / or in an idle state.
Diese Vorrichtung weist eine erste Reaktionszone zur thermischen Spaltung von Kohlenwasserstoffen in einem Plasma und eine zweite Reaktionszone zur Erzeugung von Synthesegas unter Verwendung der Spaltprodukte der ersten Reaktionszone auf.This apparatus comprises a first reaction zone for the thermal cracking of hydrocarbons in a plasma and a second reaction zone for the production of synthesis gas using the cleavage products of the first reaction zone.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass beide Reaktionszonen über wenigstens einen Teilabschnitt des Laständerungszustands und/oder Leerlaufzustands ausschließlich mit Synthesegas gespeist werden. Eine Speisung ausschließlich mit Synthesegas bedeutet im Rahmen der Erfindung, dass reaktionsfähige weitere Bestandteile wie insbesondere Kohlenwasserstoffe in den Reaktionszonen nicht oder allenfalls in geringem Umfang vorhanden sind. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine kontrollierte Laständerung (insbesondere Anfahren oder Abfahren) sowie einen kontrollierten Leerlaufbetrieb im Wesentlichen ohne chemische Reaktionen, Nebenreaktionen oder sonstige unerwünschten Begleitumstände.According to the invention, it is provided that both reaction zones are fed exclusively with synthesis gas over at least a portion of the load change state and / or idle state. A feed exclusively with synthesis gas in the context of the invention means that reactive further constituents, such as, in particular, hydrocarbons, are not present in the reaction zones or at least to a limited extent. The inventive method allows a controlled load change (in particular start-up or shutdown) and a controlled idling operation essentially without chemical reactions, side reactions or other unwanted circumstances.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders vorteilhaft mit einer vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung durchführbar.The method according to the invention can be carried out particularly advantageously with a device according to the invention described above.
Ein Betrieb ausschließlich mit Synthesegas über wenigstens einen Teilabschnitt beinhaltet, dass beispielsweise ein weiterer Teilabschnitt einer Laständerung bereits unter Zufuhr reaktionsfähiger Gasbestandteile wie beispielsweise Kohlenwasserstoffe erfolgen kann. Wenn beispielsweise in der ersten Reaktionszone eine Spaltung der Kohlenwasserstoffe in einem bestimmten Temperaturfenster und/oder Druckfenster erfolgen kann, kann mit der Einleitung der Kohlenwasserstoffe begonnen werden, sobald beim Anfahren die Untergrenze dieses Temperaturfensters erreicht ist. Es kann dann bei bereits eingeleiteten Kohlenwasserstoffen eine weitere Laständerung bis hin beispielsweise in die Mitte dieses Temperaturfensters und/oder Druckfensters erfolgen.An operation exclusively with synthesis gas over at least one subsection includes that, for example, a further subsection of a load change can already take place with supply of reactive gas components such as, for example, hydrocarbons. If, for example, a cleavage of the hydrocarbons in a certain temperature window and / or pressure window can take place in the first reaction zone, the introduction of the hydrocarbons can be started as soon as the lower limit of this temperature window is reached during startup. It can then take place with hydrocarbons already introduced, a further load change up to, for example, in the middle of this temperature window and / or pressure window.
Erfindungsgemäß kann bei einem Anfahrvorgang somit ein Betrieb ausschließlich mit Synthesegas erfolgen, bis ein gewünschtes Temperatur- und/oder Druckniveau erreicht ist, ab dem eine effiziente Spaltung von Kohlenwasserstoffen in der ersten Reaktionszone erfolgen kann.According to the invention, a start-up operation can thus be carried out exclusively with synthesis gas until a desired temperature and / or pressure level is reached at which an efficient splitting of hydrocarbons in the first reaction zone can take place.
Beim Abfahren kann erfindungsgemäß ein Betrieb ausschließlich mit Synthesegas zum langsamen Abkühlen der Vorrichtung erfolgen.When driving off, according to the invention, an operation can be carried out exclusively with synthesis gas for the slow cooling of the device.
Schließlich kann in einem Leerlaufzustand der Betrieb ausschließlich mit Synthesegas zur Aufrechterhaltung eines gewünschten Temperatur- und/oder Druckniveaus erfolgen. Ein solcher kurzfristiger Leerlaufzustand kann beispielsweise beim Betrieb des Plasmas mit regenerativ erzeugter elektrischer Energie sinnvoll sein, um kurzfristig Regelenergie zum Betrieb eines elektrischen Verbundnetzes zur Verfügung zu stellen.Finally, in an idle state, operation may be with only synthesis gas to maintain a desired temperature and / or pressure level. Such a short-term idle state can be useful, for example, in the operation of the plasma with regeneratively generated electrical energy to provide short-term control energy for the operation of an electrical grid.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Diese zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung.An embodiment of the invention will be explained below with reference to the drawing. This shows schematically a device according to the invention.
Diese erfindungsgemäße Vorrichtung wird zunächst in ihrem Normalbetrieb beschrieben. This device according to the invention will first be described in its normal operation.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine erste Reaktionszone
In die erste Reaktionszone wird durch einen stromauf von den Elektroden
Über den zweiten Gaseinlass
Die so erzeugte Gas/Feststoffmischung tritt in die zweite Reaktionszone
Am Ausgang der zweiten Reaktionszone
Der bisher beschriebene Normalbetrieb entspricht dem Stand der Technik.The normal operation described so far corresponds to the prior art.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass vor dem Kühler
Insbesondere bei einem Anfahrvorgang steht häufig zunächst nicht ausreichend Synthesegas zur Zündung und Aufrechterhaltung eines Plasmas zur Verfügung. Daher ist zusätzlich ein Reservoir
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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