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WO2015140058A1 - Vorrichtung und verfahren zum erzeugen organischer verbindungen mit einem siedepunkt von 15 °c oder höher aus einem methan enthaltenden gas - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum erzeugen organischer verbindungen mit einem siedepunkt von 15 °c oder höher aus einem methan enthaltenden gas Download PDF

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WO2015140058A1
WO2015140058A1 PCT/EP2015/055264 EP2015055264W WO2015140058A1 WO 2015140058 A1 WO2015140058 A1 WO 2015140058A1 EP 2015055264 W EP2015055264 W EP 2015055264W WO 2015140058 A1 WO2015140058 A1 WO 2015140058A1
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WO
WIPO (PCT)
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gas
methane
product gas
reactor
plasma
Prior art date
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PCT/EP2015/055264
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English (en)
French (fr)
Inventor
René König
Philipp Brüggemann
Michael HÜBNER
Jörg EBRECHT
Wieland Koban
Andries WEVER
Otto Machhammer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BASF SE
Original Assignee
BASF SE
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Publication date
Application filed by BASF SE filed Critical BASF SE
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Ceased legal-status Critical Current

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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P30/00—Technologies relating to oil refining and petrochemical industry
    • Y02P30/40—Ethylene production

Definitions

  • the present application relates to an apparatus and a method for producing one or more organic compounds having a boiling point of 15 ° C or higher from a methane-containing gas.
  • boiling point refers to the boiling point at standard pressure (101325 Pa).
  • Tonkovich et al. describe in the publication "Gas-to-Liquids Conversion of Associated Gas Enabled by Microchannel Technology” (White paper, Velocys ⁇ 2009, http://www.velocys.com/ocgf06.php) the conversion of associated petroleum gas or in the vicinity of the petroleum production plant by a combination of catalytic steam reforming of the methane and Fischer-Tropsch synthesis in a microchannel reactor to "synthetic crude oil", which can be fed into the extracted crude oil stream. Both the steam reforming of the methane and the Fischer-Tropsch synthesis are carried out in the presence of catalysts.
  • the catalysts for the Fischer-Tropsch synthesis are particularly sensitive to poisoning by sulfur-containing compounds. Therefore, it is essential to remove all sulfur compounds from the gas stream prior to the Fischer-Tropsch synthesis (see also Steve LeViness et al., "Improved Fischer-Tropsch Economics Enabled by Microchannel Technology", White paper, Velocys ⁇ 201 1 http://www.velocys.com/ocgf06.php).
  • the desulfurization is usually carried out at 350 ° C to 400 ° C in a catalytic process.
  • the temperature level required for steam reforming (700 ° C to 1100 ° C) is generated by catalytic combustion of hydrogen in the microchannel reactor.
  • the process comprises a total of up to four catalysed process steps, each associated with the risk of deactivation of the catalysts involved.
  • CO: H 2 ratio of 1: 2 for the Fischer-Tropsch synthesis stage it is necessary to separate hydrogen from the process gas in an intermediate step after the steam reforming stage.
  • the process has a stepped temperature level (350 ° C to 400 ° C for the catalytic desulfurization, 700 ° C to 1 100 ° C for the steam reforming, 210 ° C. for the Fischer-Tropsch synthesis).
  • the method and the apparatus required for it are therefore relatively complex and have numerous weak points, which makes it difficult to use in the immediate vicinity of the source of fossil or synthetically produced methane-containing gas, for example in the vicinity of a conveyor system for the exploitation of a stranded gas occurrence.
  • WO 2012/175279 A1 proposes a method for modifying a methane-containing gas volume flow, e.g. a natural gas stream comprising the steps: i) taking at least a partial volume flow from a methane-containing gas flow, ii) treating the partial flow with an electrically generated plasma to produce a modified gas composition comprising a lower proportion of methane than the methane-containing gas flow used and iii) recycling of modified gas composition in the methane-containing gas flow.
  • part of the methane from the methane-containing gas volume flow is converted to hydrogen and higher hydrocarbons, and the treated partial volume flow receives a higher calorific value than the methane-containing gas volume flow.
  • This method should make it possible to convert electrical energy, in particular excess energy produced from renewable sources into a storable form. The conversion of methane into compounds which are liquid under normal conditions is not described.
  • US 201 1/0054231 A1 discloses a process wherein natural gas with external hydrogen sources is converted to reactive hydrocarbons comprising acetylene and the reactive hydrocarbons are reacted to form liquid hydrocarbons. A plasma is not used in this procedure.
  • WO 2012/135515 A2 discloses a method for producing a hybrid fuel, the method comprising: feeding a first reactant to a reactor, wherein the first reactant comprises one or more light gases sufficient to expose the first reactant to a non-thermal plasma under conditions sufficient for generating syngas and free radicals, supplying a first liquid fuel feed to the reactor, and bringing the syngas generated from the first reactant and the free radicals into intimate contact with the first liquid fuel feed in the reactor to produce a modified liquid fuel.
  • EP 0 289 391 A1 discloses a process for the thermal conversion of methane to higher molecular weight hydrocarbons in a ceramic reaction zone having a set of adjacent channels grouped in rows and extending at least over part of the entire reaction zone parallel to its axis, the Rows of channels are not adjacent to each other, and the reaction zone further comprises, on the one hand, a heating zone substantially surrounding the channel rows, either on said portion of the reaction zone or on a portion of the length of the reaction zone, if the channels are full length on the other hand a cooling zone, which is an extension of the heating zone, characterized in that a methane-containing gas circulates in the channels of the rows, the heating zone is heated by means of elektret energy supply by successive, independent transverse sections substantially and perpendicular to the axis of the reaction zone and substantially parallel to the plane of the rows and close to the channels of the reaction zone, a cooling liquid is introduced into the cooling zone and the higher molecular weight hydrocarbons are collected at the end of the reaction zone.
  • the primary object of the present invention is to provide an apparatus for producing one or more organic compounds having a boiling point of 15 ° C or higher from a methane-containing gas.
  • consideration must be given to the typically limited space available at the site of the device near a source of methane as described above, as well as the fact that the supply of available co-reactants and chemical process supplies is typically limited there , and electrical energy not readily available in any amount from the outside, eg via the mains, is available.
  • This object is achieved by a device according to the invention and a method according to the invention for producing one or more organic compounds a boiling point of 15 ° C (at standard pressure) or higher from a methane-containing gas.
  • At least one reactor for plasma assisted production of one or more organic compounds having a boiling point of 15 ° C or higher from a methane-containing gas said reactor comprising:
  • Means for supplying a methane-containing educt gas taken from the device for providing a methane-containing gas are arranged to the plasma gas cooled to a temperature in the range from 2500 K to 5000 K., wherein this reactor section is set up so that a product gas containing one or both compounds is formed from the group consisting of ethylene and acetylene;
  • Means are arranged to contact the product gas formed in the second reactor section with a methane-containing quench fluid so that a quenched product gas having a temperature in the range of 750 K to 1100 K is formed;
  • the means for supplying a methane-containing educt gas and the means for contacting the product gas with a quench fluid containing methane are set up to set a ratio of methane in the educt gas to methane in the quench fluid in the range of 3: 1 to 1: 3
  • the reactor is adapted to form a quenched product gas containing one or more organic compounds having a boiling point of 15 ° C or higher
  • the reactor comprises one or more further reactor sections for further treating the quenched product gas to form one or more organic compounds having a boiling point of 15 ° C or higher.
  • a method according to the invention for producing one or more organic compounds having a boiling point of 15 ° C or higher from a methane-containing gas comprises the steps
  • the quenched product gas is further treated to form one or more organic compounds having a boiling point of 15 ° C or higher.
  • the reactor contained in the device according to the invention for plasma-assisted production of one or more organic compounds having a boiling point of 15 ° C or higher from a methane-containing gas comprises at least three sequentially in the flow direction reactor sections, wherein the temperature drops from the first to the third reactor section.
  • the individual reactor sections differ from each other in terms of temperature and gas composition.
  • the first reactor section is the plasma generation section of the reactor.
  • the following second reactor section is the plasma near zone, and the subsequent third reactor section is the plasma remote section.
  • the terms "plasmanah” and "plasma-core” refer both to the spatial distance to the plasma generation region and to the difference between the temperature in the second or third reactor section and the temperature of the plasma in the plasma generation region.
  • a plasma gas - preferably a gas available or producible at the point of use of the apparatus or method according to the invention - is partially ionized by the action of an arc formed between two electrodes.
  • the above-mentioned means for generating a plasma accordingly comprise the electrodes for generating the arc together with the power supply.
  • the plasma formed (DC plasma) has a temperature greater than 5000 ° C to a maximum of 30,000 ° C, preferably 7000 ° C to 27000 ° C, more preferably 10000 ° C to 25000 ° C.
  • the plasma contains ions, electrons and atoms in equilibrium.
  • the recombination of ions and electrons releases thermal energy.
  • Suitable ways of producing a plasma by means of operating materials and energy carriers available or producible at the site of the device or the method according to the invention are shown below in detail.
  • the first reactor section is actively cooled, so that the temperature of the plasma gas as it flows through the first reactor section to a value in the range of 2500 K to 5000 K decreases.
  • the second reactor section of the reactor contained in the apparatus according to the invention the plasma-near region of the reactor
  • means are preferred for supplying a methane-containing educt gas taken from the device for supplying a methane-containing gas to a temperature in the range from 2500 K to 5000 K. 3000 K to 4000 K cooled plasma gas arranged.
  • the means for supplying the methane-containing educt gas usually comprise means for preheating the methane-containing educt gas to a temperature in the range of 100 ° C to 1200 ° C, preferably from 200 ° C to 1000 ° C, more preferably from 400 ° C to 700 ° C.
  • gaseous low molecular weight hydrocarbons, in particular methane contained in the feed gas introduced are pyrolyzed and dissociate into free-radical species, in particular methyl radicals and hydrogen radicals.
  • the methyl radicals form unsaturated C 2 hydrocarbons (predominantly acetylene, but also ethylene by dimerization and hydrogen abstraction), whereby the molar ratio between acetylene and ethylene is influenced by the choice of the process parameters pressure, temperature, average residence time and quench rate).
  • a product gas containing one or both compounds is formed from the group consisting of ethylene and acetylene.
  • the conversion of methane to acetylene and hydrogen is an endothermic reaction, so that in the second reactor section after supplying the methane-containing educt gas, the temperature further decreases.
  • Means are arranged in the third reactor section of the reactor (the plasma remote region of the reactor) included in the apparatus according to the invention for contacting the product gas with a methane-containing quench fluid such that a quenched product gas having a temperature in the range of 750 K to 1100 K is formed.
  • the quenching aborts the reactions taking place in the second reactor section, but in the form of the quench fluid a new reaction partner is introduced which can undergo subsequent reactions with the constituents of the product gas formed in the second reactor section.
  • a methane-containing gas is used as the quench fluid in the third reactor section.
  • the methane contained in the quench fluid causes chain extension of the C 2 hydrocarbons already formed in the second reactor section by providing additional carbon atoms.
  • the methane content of the quench fluid is preferably 50% by volume or more, more preferably 75% by volume or more.
  • the methane-containing quench fluid is preferably withdrawn from the methane-containing gas provided for the process according to the invention.
  • the means for contacting the product gas with a quench fluid containing methane preferably comprises means for contacting the product gas with a quench fluid containing methane withdrawn from the methane-containing gas supply means.
  • both the methane-containing educt gas and the methane-containing quench fluid are taken from the device for providing a methane-containing gas.
  • a ratio of methane in the educt gas to methane in the quench fluid is set in the range from 3: 1 to 1: 3.
  • the composition of the reaction products formed can be influenced by the choice of the process parameters pressure, temperature, mean residence time and quench rate.
  • the reaction is controlled either to form a quenched product gas containing one or more organic compounds having a boiling point of 15 ° C or higher, or alternatively such that by further treating the quenched product gas or more organic compounds are formed with a boiling point of 15 ° C or higher.
  • the device according to the invention preferably comprises means for bringing the quenched product gas into contact with one or more further quench fluids.
  • the inventive Method in addition to the method steps described above, contacting the quenched product gas with one or more other quench fluids.
  • the quench fluid quenched with a methane product gas is brought into contact with quench fluid containing further methane.
  • Other variants use air or water as another quench fluid.
  • the organic compounds having a boiling point of 15 ° C. or higher and produced by the device or the process according to the invention are typically prepared for further recycling in the same manner as crude oil, preferably together with crude oil in a petroleum refinery. Due to the achieved by the conversion of the gaseous into the liquid state volume reduction by several orders of magnitude, the removal of inventively produced at standard pressure liquid products for material processing in a - if necessary far away from the site of the device or the inventive method - oil refinery much more profitable as a removal of the methane-containing gas in the gaseous state to a suitable for material or energetic use of the gas location.
  • organic compounds having a boiling point of 15 ° C or higher are compounds selected from the group consisting of benzene, alkyl-substituted benzenes (eg methylbenzene (toluene), dimethylbenzenes (xylenes), vinylbenzene (styrene), Isopropylbenzene (cumene), methylethylbenzene, butylbenzene), further substituted aromatic compounds (eg cresol, biphenyl, indanone), polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH, eg indane (cyclopentenobenzene), naphthalene, acenaphthene, phenyltoluene, anthracene, fluoranthene, pyrene and higher polycyclic aromatic hydrocarbons) and saturated aliphatic hydrocarbons having more than 5 carbon atoms in the molecule (eg decalin).
  • alkyl-substituted benzenes
  • the device according to the invention comprises a device for providing a methane-containing gas, from which a methane-containing educt gas can be removed.
  • the method according to the invention comprises a step of providing a methane-containing gas, and from the provided methane-containing gas, a methane-containing educt gas is taken.
  • the methane content of the methane-containing gas provided and the methane-containing starting gas taken therefrom is 50% by volume or more, more preferably 75% by volume or more, the methane content being from the source of the methane provided containing gas depends.
  • the methane-containing gas provided contains less than 5 vol%, more preferably less than 4% carbon dioxide.
  • the device according to the invention and the method according to the invention are particularly suitable for processing methane-containing gases from the group consisting of:
  • the means for providing the methane-containing gas is thus preferably selected from the group consisting of:
  • Means for providing methane formed by methanation of carbon dioxide are Means for providing methane formed by methanation of carbon dioxide
  • the device according to the invention is typically arranged in close proximity to a source of a suitable methane-containing gas, ie in close proximity to a natural gas production facility, a petroleum production facility with means for collecting associated petroleum gas , a coal deposit or mine with devices for catching coalmine or mine gas, a biogas plant or a methanation plant for carbon dioxide.
  • the means for providing the methane-containing gas thus regularly comprises means for obtaining from a suitable source.
  • a connection to a corresponding gas line which connects the source of methane-containing gas with the device according to the invention.
  • the methane-containing gas provided is preferably selected from the group consisting of:
  • Associated Petroleum Gas is a mixture of gaseous chemical compounds, similar in composition to natural gas, released from oil wells during oil production.
  • Coal gas or mine gas is naturally produced from coal deposits.
  • Coalbed gas or coalbed gas is coal gas released through a well in the uncracked mountain range, while mine gas refers to the coal gas obtained in mines.
  • the methane-containing gas contains depending on the origin typical further constituents of natural gas, associated gas, biogas, coalbed gas or mine gas, for example hydrocarbons selected from the group consisting of ethane, propane and butane, and constituents from the group consisting of water vapor, Hydrogen sulfide, carbon monoxide, carbon dioxide, nitrogen and noble gases. If the methane is formed by methanation of carbon dioxide, the gas containing methane used according to the invention optionally contains by-products formed during the methanation of the carbon dioxide.
  • Natural gas and crude oil associated with the production of crude oil usually have a methane content of 75 vol .-% to 99 vol .-% and can therefore be used without further treatment for the inventive device and the inventive method.
  • the above sources provide a gas with a methane content of less than 50% and / or a carbon dioxide content of more than 5 vol .-%. This applies in particular to landfill gas and partly also to biogas.
  • the device for providing the methane-containing gas comprises means for increasing the methane concentration, for example in the form of a membrane system for separating unwanted gas constituents.
  • a quenched product gas comprising one or more organic compounds having a boiling point of 15 ° C. or higher is formed.
  • the reactor is set up so that a quenched product gas containing one or more organic compounds having a boiling point of 15 ° C. or higher is formed.
  • the reactor is preferably set up such that the average residence time in the second reactor section is 0.1 ms to 20 ms, preferably 0.1 ms to 10 ms, particularly preferably 0.1 ms to 5 ms at a volume flow of methane from 1 standard m 3 / h to 10000 standard m 3 / h, preferably from 1 standard m 3 / h to 4000 standard m 3 / h, and an energy input through the plasma per kg of methane of 1 kWh to 40 kWh, preferably from 1 kWh to 20 kWh and more preferably from 6 to 14 kWh (based on pure methane).
  • the quench rate in the first preferred embodiment of the invention is 10 2 K / s to 10 7 K / s, preferably 10 3 K / s to 10 6 K / s, more preferably 10 5 K / s to 10 6 K / s.
  • the pressure is 50 kPa to 5000 kPa, preferably 80 kPa to 1500 kPa, more preferably 100 kPa to 500 kPa.
  • the third reactor section preferably comprises means for keeping the quenched product gas within a certain temperature range over a defined mean residence time.
  • the following outlet section is provided.
  • the quenched product gas is preferably maintained in the outlet section over a mean residence time of 100 ms to 1000 ms, more preferably from 300 ms to 500 ms, at a temperature in the range of 400 ° C to 1000 ° C.
  • Means are preferably arranged at one or more positions in the outlet section in order to bring the quenched product gas flowing through the outlet section, which has already been brought into contact with a quench fluid containing methane, into contact with one or more further quench fluids, that is, in the outlet section ongoing processes and thus to control the composition of the quenched product gas.
  • the mean residence time in the first third of the outlet section has a decisive influence on the composition of the quenched product gas.
  • the average residence time in the first third of the discharge path is preferably 5 ms to 100 ms, preferably 10 ms to 80 ms, particularly preferred set to 25 ms to 60 ms.
  • the average residence time in the first third of the outlet section is adjustable by appropriate choice of the volume flows of the plasma gas, the methane-containing educt gas and the quench fluids.
  • Means are preferably arranged in the first third of the outlet section in order to bring the quenched product gas, which has already been brought into contact with a quench fluid containing methane, into contact with one or more further quench fluids.
  • the quench fluid quenched with a methane product gas is brought into contact with quench fluid containing further methane.
  • Other variants use air or water as another quench fluid.
  • a conversion based on the methane contained in the reactant gas of 5% or higher, preferably 50% or higher and particularly preferably 70% or higher is preferably achieved and a carbon yield of organic compounds having a boiling point of 15 ° C. or higher from 2% to 20%, preferably from 2% to 30%, more preferably from 2% to 70%.
  • the first preferred embodiment of the invention is characterized in that the quenched product gas formed in the third reactor section already contains the desired organic compounds having a boiling point of 15 ° C. or higher.
  • the reactor can be made relatively compact and simple, and a catalyst is not required.
  • a quenched product gas comprising one or more organic compounds having a boiling point of 15 ° C. or higher and carbon black is formed.
  • the reactor is set up so that a quenched product gas containing one or more hydrocarbons having a boiling point of 15 ° C. or higher and carbon black are formed.
  • soot can be achieved by appropriate adjustment of the above-mentioned process parameters, for example the choice of a relatively high energy input by the plasma per kg of methane and a relatively long residence time in the outlet section, with a higher residence time is necessary, the smaller the temperature in the outlet section is.
  • Suitable is, for example, an energy input of 14 kWh / kg of methane or more in combination with a mean residence time of 400 ms or more at an average temperature of the outlet line of 500 ° C or more, and an energy input of 20 kWh / kg methane or more in combination with a mean residence time of 300 ms or more at a mean temperature of the outlet line of 200 ° C or more.
  • the hydrocarbons formed having a boiling point of 15 ° C or higher are partially adsorbed by the resulting carbon black.
  • the proportion of hydrocarbons having a boiling point of 15 ° C or higher adsorbed by carbon black is 10 to 30 mol% based on the total amount of hydrocarbons having a boiling point of 15 ° C or higher.
  • the carbon black adsorbed compounds are predominantly aromatic hydrocarbons (including polycyclic aromatic hydrocarbons).
  • the content of carbon black adsorbed on aromatic hydrocarbons is preferably up to 25 wt .-%, preferably up to 30 wt .-%, particularly preferably up to 50 wt .-%.
  • the carbon black adsorbed organic compounds having a boiling point of 15 ° C or higher are desorbed and further processed, leaving the carbon black as a solid residue.
  • a quenched product gas containing one or both compounds is formed from the group consisting of ethylene and acetylene, and
  • the quenched product gas is further treated to form a further treated product gas comprising one or more organic compounds having a boiling point of 15 ° C or higher.
  • the reactor is arranged so that a quenched product gas containing one or both compounds is formed from the group consisting of ethylene and acetylene, and
  • the reactor in the flow direction of the quenched product gas following the third reactor section comprises a fourth reactor section for further treating the quenched product gas to form a further treated product gas comprising one or more organic compounds having a boiling point of 15 ° C or higher.
  • the reactor is preferably set up so that the mean residence time in the second reactor section of the reactor is 0.1 ms to 20 ms, preferably 0.1 ms to 10 ms, particularly preferably 0.1 ms to 5 ms at a volumetric flow of methane from 1 standard m 3 / h to 10000 standard m 3 / h, preferably from 1 standard m 3 / h to 4000 standard m 3 / h and an energy input through the plasma per kg of methane from 1 kWh to 40 kWh, preferably from 3 kWh to 20 kWh and particularly preferably from 8 to 13 kWh.
  • the quench rate in the second preferred embodiment of the invention is 10 2 K / s to 10 7 K / s, preferably 10 3 K / s to 10 6 K / s, particularly preferably 10 5 K / s to 10 6 K / s.
  • the pressure is 50 kPa to 6000 kPa, preferably 80 kPa to 1500 kPa.
  • the level of pressure influences the selectivity for the formation of acetylene or ethylene. If a high proportion of acetylene is desired, the pressure is preferably selected in the range 100 kPa to 1000 kPa, for a high proportion of ethylene, however, in the range of 1000 kPa to 6000 kPa.
  • this is preferably set up so that the average residence time is 0.1 s to 120 s, preferably 1 s to 60 s, more preferably 2 s to 30 s is at a temperature in the range of 100 ° C to 1500 ° C, preferably from 100 ° C to 1300 ° C, more preferably from 200 ° C to 800 ° C.
  • means are arranged at one or more positions in the fourth reactor section to bring the quenched product gas, which has already been contacted with a quench fluid containing methane, into contact with one or more other quench fluids so as to effect the processes occurring in the fourth reactor section and thus to control the composition of the gas stream.
  • the average residence time in the first third of the fourth reactor section has a decisive influence on the composition of the gas stream.
  • the average residence time in the first third of the fourth reactor section is preferably 1 ms to 80 ms, preferably 2 ms to 50 ms , more preferably set to 5 ms to 30 ms.
  • the average residence time in the first third of the fourth reactor section can be adjusted by appropriate selection of the volume flows of the plasma gas, the educt gas and the quench fluids.
  • Means are preferably arranged in the first third of the fourth reactor section in order to bring the quenched product gas, which has already been brought into contact with a quench fluid containing methane, into contact with one or more further quench fluids.
  • the quench fluid quenched with a methane product gas is brought into contact with quench fluid containing further methane.
  • Other variants use air or water as another quench fluid.
  • the fourth reactor section is subdivided into individual successive modules each with individually adjustable temperature and with means for bringing the gas flow into contact with a quench fluid, the quench rate being individually adjustable for each module.
  • the temperatures are adjusted so that the temperature decreases from module to module in the direction of flow.
  • the gas flow when passing through the fourth reactor section passes through a temperature profile from higher to lower temperatures, the temperatures of the individual modules being selected from the range defined above, preferably from marked as preferred area.
  • a temperature profile which extends from a maximum value of 1000 ° C at the entrance of the fourth reactor section to a minimum value of 100 ° C at the outlet of the fourth reactor section. Size and number of the successive modules are designed so that the desired average residence time, based on the fourth reactor section as a whole, is achieved.
  • a conversion based on the methane contained in the educt gas of 5% or higher, preferably 50% or higher and particularly preferably 70% or higher is preferably achieved and a carbon yield of organic compounds having a boiling point of 15 ° C. or higher from 5% to 50%, preferably from 10% to 60%, most preferably from 20% to 80%.
  • the second preferred embodiment of the invention - in particular in their variants marked as preferred - is characterized in that first high selectivity and high carbon yield acetylene and / or ethylene are formed from the methane contained in the reactant gas, and then the acetylene formed and / or Ethylene in a controlled thermal oligomerization (ie with higher selectivity and typically higher carbon yield compared to the first embodiment of the invention described above) to compounds having a boiling point of 15 ° C or higher, for example is converted from the group consisting of benzene, naphthalene and anthracene without the need for a catalyst.
  • a controlled thermal oligomerization ie with higher selectivity and typically higher carbon yield compared to the first embodiment of the invention described above
  • a quenched product gas containing one or both compounds selected from the group consisting of ethylene and acetylene, and
  • the quenched product gas is further treated to form a further treated product gas comprising one or more organic compounds having a boiling point of 15 ° C or higher and carbon black.
  • the reactor is arranged to form a quenched product gas containing one or both compounds selected from the group consisting of ethylene and acetylene, and
  • the reactor comprises, in the flow direction of the quenched product gas following the third reactor section, a fourth reactor section for further of the quenched product gas to form a further treated product gas comprising one or more organic compounds having a boiling point of 15 ° C or higher and carbon black.
  • no catalysts are provided in the fourth reactor section.
  • the formation of carbon black can be achieved by appropriate adjustment of the o.g. Process parameters, e.g. Choice of a relatively high energy input per kg of methane by the plasma and a relatively long residence time or high temperature in the fourth reactor section, wherein the higher the residence time, the smaller the temperature in the fourth reactor section.
  • soot formation is achieved with mean residence times of more than 20 s at a temperature in the fourth reactor section of at least 1000 ° C., average residence times of more than 10 s at a temperature in the fourth reactor section of at least 1300 ° C, and average residence times greater than 1 s at a temperature in the fourth reactor section of at least 1600 ° C, wherein no catalysts are provided in the fourth reactor section.
  • the fourth reactor section according to the second alternative described above consists of successive modules each with individually adjustable temperature, e.g. an energy input of 14 kWh / kg of methane or more by the plasma in combination with a mean residence time of 400 ms or more at a mean temperature in the fourth reactor section of 500 ° C or more, and an energy input of 20 kWh / kg of methane or more the plasma in combination with a mean residence time of 1 s or more at a mean temperature in the fourth reactor section of 300 ° C suitable for soot formation.
  • individually adjustable temperature e.g. an energy input of 14 kWh / kg of methane or more by the plasma in combination with a mean residence time of 400 ms or more at a mean temperature in the fourth reactor section of 500 ° C or more
  • an energy input of 20 kWh / kg of methane or more the plasma in combination with a mean residence time of 1 s or more at a mean temperature in the fourth reactor section of 300 ° C suitable for soot formation e.g
  • the hydrocarbons formed having a boiling point of 15 ° C or higher are partially adsorbed by the resulting carbon black.
  • the proportion of hydrocarbons having a boiling point of 15 ° C or higher adsorbed by carbon black is 10 to 30 mol% based on the total amount of hydrocarbons having a boiling point of 15 ° C or higher.
  • the carbon black adsorbed compounds are predominantly aromatic hydrocarbons (including polycyclic aromatic hydrocarbons).
  • the content of carbon black adsorbed on aromatic hydrocarbons is preferably up to 25 wt .-%, preferably up to 30 wt .-%, particularly preferably up to 50 wt .-%.
  • the organic compounds absorbed by carbon black having a boiling point of 15 ° C or higher are desorbed and processed while the carbon black remains as a solid residue.
  • the remaining in the petroleum distillation and refining solid residue is usually processed after calcination by known methods to petcoke (Pet-coke), for example, for the production of Söderberg electrodes, in particular for the production of aluminum, and as a raw material for the production of synthetic graphite, is used in particular as electrode material for the production of electrical steel.
  • petcoke petcoke
  • this particular variant of the second embodiment of the invention provides access to additional value chains.
  • a quenched product gas containing one or both compounds selected from the group consisting of ethylene and acetylene, and
  • the quenched product gas is further treated in the presence of one or more catalysts to form a further treated product gas comprising one or more organic compounds having a boiling point of 15 ° C or higher.
  • the reactor is arranged to form a quenched product gas containing one or both compounds selected from the group consisting of ethylene and acetylene, and
  • the reactor comprises, in the flow direction of the quenched product gas following the third reactor section, a fourth reactor section for further treating the quenched product gas to form a further treated product gas comprising one or more organic compounds having a boiling point of 15 ° C or higher, in the fourth reactor section or more catalysts are arranged.
  • the fourth reactor section for forming one or more organic compounds having a boiling point of 15 ° C or higher, in which one or more catalysts are arranged, is preferably arranged so that the mean residence time of 10 ms to 1000 ms, preferably 100 ms to 1000 ms , more preferably 300 ms to 1000 ms at a temperature in the range of 100 ° C to 1500 ° C, preferably from 200 ° C to 600 ° C, more preferably 200 ° C to 300 ° C.
  • Average residence time and temperature are chosen so that the formation of soot, which could deposit on the catalyst and block it, is avoided.
  • a conversion based on the methane contained in the educt gas of 5% or higher, preferably 20% or higher and particularly preferably 60% or higher, is preferably achieved.
  • a conversion of 5% or higher, preferably 50% or higher and particularly preferably 70% or higher is achieved and a carbon yield of ethylene of 20% or higher, preferably 40% or higher, and up to 80%, preferably up to 90% and more preferably up to 100%, or a carbon yield of acetylene of 10% or higher and up to 50%.
  • the carbon yields of acetylene and ethylene are additive and taken together to a maximum of 100%.
  • Preferred elements from the 3rd to 14th group of the Periodic Table are molybdenum, manganese, iron, cobalt, nickel, aluminum, boron and silicon.
  • phyllosilicates eg steatite
  • ring silicates eg cordierite
  • isolated silicates eg mullite , Sil
  • catalysts according to the invention are, for example, zeolite H-ZSM5 (a form of the zeolite ZSM 5 in which the metal cations are exchanged by protons), nickel-doped zeolite ZSM 5 and a catalyst comprising molybdenum on a zeolite, in particular zeolite ZSM 5.
  • the special variant of the second preferred embodiment of the invention described above, in which one or more catalysts are arranged in the fourth reactor section to form one or more organic compounds having a boiling point of 15 ° C. or higher from acetylene and / or ethylene, is characterized-in particular in the variants characterized as being preferred - characterized in that the formation of one or more organic compounds having a boiling point of 15 ° C or higher from acetylene and / or ethylene in the presence of one or more catalysts at lower temperatures is feasible than in the absence of catalysts, since the catalysts are the act reduce the energy levels of the reactions involved.
  • Another advantage of this particular variant of the second preferred embodiment of the invention described above is that the selectivity of the process and the bandwidth of the spectrum of the available reaction products can be influenced by appropriate selection of the catalysts. For example, by selecting appropriately suitable catalysts, the proportion of certain compounds, such as, for example, benzene and / or naphthalene, in the formed reaction products can be increased.
  • the quenched and optionally further treated product gas contains, in addition to the desired organic compounds having a boiling point of 15 ° C or higher and components with a boiling point below 15 ° C (in each case based on standard pressure, see above).
  • These constituents having a boiling point below 15 ° C include, in particular, hydrogen which, as described above, is formed by recombination of hydrogen radicals or by hydrogen abstraction from plasma-formed compounds having two or more carbon atoms, unreacted or by recombination of radicals formed methane, optionally Ethylene and / or acetylene and - depending on the composition of the educt gas - gases from the group consisting of hydrogen sulfide, carbon monoxide, carbon dioxide, nitrogen and noble gases.
  • the constituents of the quenched product gas having a boiling point below 15 ° C. it is provided to use the constituents of the quenched product gas having a boiling point below 15 ° C., if possible, as operating materials and / or energy sources for the device according to the invention or for the method according to the invention.
  • the device according to the invention additionally comprises, with regard to the constituents described above, a device for comprising a gas from the quenched product gas or from the further-treated product gas. send one or more components from the group consisting of hydrogen, methane, acetylene and ethylene separate.
  • the method of the present invention comprises, in addition to the steps described above, separating a gas comprising one or more of the group consisting of hydrogen, methane, acetylene and ethylene from the quenched product gas or from the further treated product gas. This applies to all embodiments of the device according to the invention and of the method according to the invention, but in particular to the first and second preferred embodiments described above.
  • a use within the apparatus according to the invention or within the method according to the invention is offered as Energy carrier (in particular for providing the necessary for the generation of the plasma electrical energy), as a quench fluid and / or as a plasma gas.
  • Preferred embodiments of the device according to the invention thus comprise a device for separating from the quenched product gas or from the further-treated product gas a gas comprising one or more constituents from the group consisting of hydrogen, methane, acetylene and ethylene for use for one or more purposes from the group consisting of
  • the gas separated from the quenched product gas or from the further treated product gas comprising one or more constituents from the group consisting of hydrogen, methane, acetylene and ethylene is used in preferred embodiments of the process according to the invention for one or more purposes from the group consisting of
  • methane-containing gas taken from the methane-containing gas provided is within the device according to the invention or within the method according to the invention as an energy source (in particular for providing the necessary for the generation of the plasma electrical energy), as a quench fluid and / or plasma gas used.
  • methane-containing gas is taken from the device for providing a methane-containing gas in addition to the methane-containing educt gas for use for one or more purposes from the group consisting of
  • methane-containing gas is thus removed in addition to the methane-containing educt gas for one or more purposes from the group consisting of
  • a device according to the invention preferably comprises in addition to the components described above
  • a device for providing electrical energy comprising a device for burning at least one fuel
  • Means for supplying to the means for providing electrical energy at least one fuel selected from the group consisting of:
  • a gas comprising one or more constituents selected from the group consisting of hydrogen, methane, acetylene and ethylene which has been separated from the quenched product gas or from the further-treated product gas,
  • Means for transmitting the provided electrical energy to the means for generating a plasma are preferably a gas turbine or a gas and steam (CCGT) turbine.
  • CCGT gas and steam
  • a method according to the invention thus preferably comprises the steps in addition to the steps described above
  • Providing electrical energy comprising combusting at least one fuel selected from the group consisting of:
  • a gas comprising one or more constituents selected from the group consisting of hydrogen, methane, acetylene and ethylene which has been separated off from the quenched product gas or from the further-treated product gas,
  • the plasma is preferably a noble gas-free plasma
  • the means for producing a plasma in the device according to the invention are means for producing a noble gas-free plasma.
  • a noble gas-free plasma takes into account the fact that at the site of the device according to the invention or the process according to the invention operating materials such as noble gases, which must be specially brought from outside, usually only to a very limited extent or not at all available.
  • the plasma gas contains traces of noble gases, since these are optionally part of the methane-containing gas provided in the apparatus according to the invention or in the method according to the invention.
  • the plasma gas does not contain a noble gas which originates from sources other than the methane-containing gas provided in the apparatus according to the invention or in the method according to the invention; and the means for generating the plasma no noble gas is supplied, which originates from sources other than in the apparatus according to the invention or in the process according to the invention provided methane-containing gas.
  • the means for supplying a plasma gas preferably comprise means for supplying at least one plasma gas selected from the group consisting of: a gas comprising one or more of the group consisting of hydrogen, methane, acetylene and ethylene separated from the quenched product gas or from the further treated product gas, and
  • At least one plasma gas preferably selected from the group consisting of:
  • a gas comprising one or more of the group consisting of hydrogen, methane, acetylene and ethylene separated from the quenched product gas or from the further treated product gas, and
  • the inventive method is carried out with the device according to the invention, particularly preferably with one of the preferred embodiments of the device according to the invention described above.
  • the device according to the invention is preferably set up to carry out the method according to the invention, particularly preferably one of the preferred embodiments of the method according to the invention described above.
  • a further aspect of the present invention relates to the use of a device according to the invention for producing one or more organic compounds having a boiling point of 15 ° C. or higher from a gas containing methane, preferably by the process according to the invention.
  • a device according to the invention for producing one or more organic compounds having a boiling point of 15 ° C. or higher from a gas containing methane, preferably by the process according to the invention.
  • a single or a plurality of devices according to the invention connected in parallel are provided at one site.
  • the device according to the invention and the method according to the invention ensure profitable operation even with relatively small quantities of methane of from 100 kta to 20,000 kta, since the device and the method require very little space.
  • According to the invention can be by means of a thermal plasma, which is very limited locally, enter the energy required for the conversion of methane into organic compounds with a boiling point of 15 ° C or higher targeted and with high efficiency in the process, ie a high proportion of the enlisted energy is actually available for the desired reactions. Thanks to this high energy efficiency, combined with the relatively small space requirement, the apparatus and the method according to the invention to be used characterized by a particularly high productivity based on the available reactor volume and are particularly suitable to be used under the conditions of a limited space become. Since the device according to the invention is relatively compact and easily assembled and disassembled, it allows a profitable use of sources with a temporary supply of methane-containing gas.
  • the device according to the invention and the method according to the invention are i.a. suitable for use in combination with - possibly already existing - power generation plants, the methane-containing gas - e.g. Biogas, coalbed gas, mine gas or landfill gas - use as fuel.
  • the methane-containing gas e.g. Biogas, coalbed gas, mine gas or landfill gas - use as fuel.
  • methane gas stream can be used for the operation of the device according to the invention and so in the form of organic compounds produced with chemically stored at a boiling point of 15 ° C or higher. In this way, the flexibility of the plant for power generation is improved with respect to fluctuations in the absorption capacity of the power grid.
  • FIG. 1 a shows a first embodiment of a reactor for a novel reactor
  • Figure 1 b shows a second embodiment of a reactor for an inventive
  • FIG. 1 c shows a reactor for the first preferred embodiment of the device according to the invention
  • FIG. 1 d shows a reactor for a first variant of the second preferred embodiment of the device according to the invention 1 e a reactor for a second variant of the second preferred embodiment of the device according to the invention
  • FIG. 1f shows a reactor for a third variant of the second preferred embodiment of the device according to the invention.
  • FIG. 2 shows a flow chart of a method according to the invention in a device according to the invention
  • Figures 1a and 1b show a first and a second embodiment of a reactor for a device according to the invention.
  • the reactor 60a according to FIG. 1a or the reactor 60b according to FIG. 1b comprises three successive flow sections in the flow direction, the temperature decreasing from the first to the third reactor section.
  • the reactor contains further reactor sections, not shown in the figures.
  • identical components are provided with identical reference symbols.
  • the reactor 60a according to FIG. 1a or the reactor 60b according to FIG. 1b comprises a first reactor section 1a or 1b, in which
  • - means for generating a plasma, i. an electrode 12a, 12b and power supply 13 for generating an arc 14a, 14b
  • the coaxial feed 1a of the plasma gas according to FIG. 1a has the advantage that the plasma gas enters the reactor close to the wall and thus contributes to the cooling of the reactor wall.
  • the generated arc 14a is fluctuating.
  • the tangential feed 11 b of the plasma gas according to FIG. 1 b has the advantage that a more stable arc 14b builds up.
  • the reactor 60a according to FIG. 1a or the reactor 60b according to FIG. 1b comprises a second reactor section 2, in which means 21 are arranged for supplying one from a device for providing The methane-containing reactant gas taken from a methane-containing gas to the cooled to a temperature in the range of 2500 K to 5000 K plasma gas 10.
  • the reactor section 2 is arranged so that a product gas 20 containing one or both compounds selected from the group consisting of ethylene and Acetylene is formed.
  • a feed gas containing methane-containing methane-containing feed gas is fed to the plasma gas cooled to a temperature in the range from 2500 K to 5000 K,
  • a product gas containing one or both compounds selected from the group consisting of ethylene and acetylene Following in the flow direction of the product gas 20 to the reactor section 2, the reactor according to Figure 1a and 1b, a third reactor section 3, in which means 31 are arranged to bring the product gas 20 formed in the reactor section 2 with a quench fluid containing methane in contact in that a quenched product gas 30 having a temperature in the range of 750 K to 1100 K is formed.
  • the product gas 20 formed in the reactor section 2 is contacted with a methane-containing quench fluid so that a quenched product gas 30 having a temperature in the range of 750 K to 1100 K is formed.
  • the means 21 for supplying a methane-containing educt gas and the means 31 for bringing the product gas 20 into contact with a methane-containing quench fluid and forming a quenched product gas 30 are arranged to have a ratio of methane in the educt gas to methane in the quench fluid in the Range from 3: 1 to 1: 3.
  • a ratio of methane in the educt gas to methane in the quench fluid is set in the range from 3: 1 to 1: 3.
  • means 32 are arranged in the reactor section 3 in order to bring the quenched product gas into contact with one or more further quench fluids, wherein the further quench fluids are selected from Group consisting of quench fluids containing methane, air and water. Also preferred is the use of a partial volume flow of the organic compounds produced with a boiling point of 15 ° C or higher than another quench fluid (see also Figure 2). In the preferred embodiments of the reactor, in the reactor section 3, the quenched product gas is contacted with one or more other quench fluids.
  • FIG. 1 c shows a reactor 60 c for the above-described first preferred embodiment of the device according to the invention.
  • the reactor 60c is arranged to form a quenched product gas 30a containing one or more organic compounds having a boiling point of 15 ° C or higher and optionally carbon black.
  • the first reactor section 1b has the same basic structure as in reactor 60b from FIG. 1b, identical reactor components are therefore designated with identical reference symbols in FIGS. 1b and 1c.
  • the first reactor section has the same basic structure as in reactor 60a of Figure 1a.
  • a feed gas containing methane containing methane-containing gas is supplied via means 21 to the plasma gas 10 cooled to a temperature in the range from 2500 K to 5000 K.
  • the reactor section 2c is set up so that a product gas 20 containing one or both compounds from the group consisting of ethylene and acetylene is formed.
  • the reactor section 2c is preferably designed such that the parameters residence time, volume flow of methane, and energy input by the plasma per kg of methane are in the preferred ranges indicated above.
  • the third reactor section is followed by a discharge line comprising the means 31 for contacting the product gas with a methane quench fluid, comprising a first third 3a, a second third 3b, and a third third thirdc.
  • the quenched product gas 30a containing one or more organic compounds having a boiling point of 15 ° C. or higher and optionally carbon black is maintained over a defined average residence time in a specific temperature range.
  • the other quench fluids are selected from the group consisting of methane-containing quench fluids , Air and water. Also preferred is the use of a partial volume flow of the organic compounds produced with a boiling point of 15 ° C or higher than another quench fluid (see also Figure 2).
  • the quenched product gas 30a is preferably maintained in the outlet section for a mean residence time of 100 ms to 1000 ms, more preferably 300 ms to 500 ms, at a temperature in the range of 400 ° C to 1000 ° C.
  • FIG. 1d shows a reactor 60d for a first variant of the second preferred embodiment of the device according to the invention described above.
  • the reactor 60d is configured to form a quenched product gas 30b containing one or both of ethylene and acetylene in the third reactor section 3d, and includes a fourth reactor section 4d for further treating the quenched product gas to include a further treated product gas 40 to form one or more organic compounds having a boiling point of 15 ° C or higher and optionally carbon black.
  • the first reactor section 1b has the same basic structure as in reactor 60b from FIG. 1b, identical reactor components are therefore designated with identical reference symbols in FIGS. 1b and 1d.
  • the first reactor section has the same basic structure as in reactor 60a of Figure 1a.
  • a reactant gas containing methane-containing methane-containing methane gas is fed via means 21 to the plasma gas 10 cooled to a temperature in the range of 2500 K to 5000 K.
  • the reactor section 2d is set up so that a product gas 20 containing one or both compounds from the group consisting of ethylene and acetylene is formed.
  • the reactor section 2d is preferably designed such that the parameters residence time, volume flow of methane and energy input by the plasma per kg of methane are in the preferred ranges indicated above.
  • the product gas 20 formed in the reactor section 2d is brought into contact with a methane-containing quench fluid by means 31, so that a quenched product gas 30b containing one or both of the group consisting of ethylene and acetylene having a temperature in the range of 750 K to 1100 K is formed.
  • the fourth reactor section 4d of the reactor 60d is set up so that a constant temperature selected from the range of 400 to 1000 ° C. is impressed on the quenched product gas 30b by means 43 for cooling or heating.
  • means 42 are provided to bring the quenched product gas with one or more other quench fluids in contact, the other quench fluids are selected from the group consisting of methane-containing quench fluids, air and water.
  • the use of a partial volume flow of the organic compounds produced with a boiling point of 15 ° C or higher than another quench fluid see also Figure 2).
  • FIG. 1 e shows a reactor 60 e for a second variant of the second preferred embodiment of the device according to the invention described above.
  • the reactor 60e is configured such that a quenched product gas 30b containing one or both of the group consisting of ethylene and acetylene is formed in the third reactor section 3e, and includes a fourth reactor section 4e for further treating the quenched product gas to include a further treated product gas 40 - Send one or more organic compounds having a boiling point of 15 ° C or higher and optionally to form carbon black
  • the first reactor section 1b has the same basic structure as in reactor 60b from FIG. 1b, identical reactor components are therefore designated in FIGS. 1b and 1e with identical reference numerals.
  • the first reactor section has the same basic structure as in reactor 60a of Figure 1a.
  • a feed gas containing methane containing methane-containing gas is supplied via means 21 to the plasma gas 10 cooled to a temperature in the range from 2500 K to 5000 K.
  • the reactor section 2e is set up so that a product gas 20 containing one or both compounds is formed from the group consisting of ethylene and acetylene.
  • the reactor section 2e is designed so that the Parameters residence time, volume flow of methane, and energy input by the plasma per kg of methane in the preferred ranges given above.
  • the product gas 20 formed in the reactor section 2e is contacted with a methane-containing quench fluid so that a quenched product gas 30b containing one or both of the group consisting of ethylene and acetylene having a temperature in the range of 750 K is formed up to 1 100 K.
  • the fourth reactor section 4e of the reactor 60e is subdivided into individual successive modules 41 ', 41 ", 41"', 41 “", 41 “'' with respective means 43 ', 43", 43 “', 43” ", 43” “' for individual cooling or heating and with means 42 ', 42", 42 “', 42” ", 42” "'to the quenched product gas 30b with one or more other quench fluids to bring into contact.
  • the quench rate is individually adjustable for each module.
  • the gas stream undergoes a temperature profile from higher to lower temperatures, the temperatures of the individual modules being selected from the range defined above, preferably from the region characterized as being preferred.
  • FIG. 1f shows a reactor 60f for a third variant of the second preferred embodiment of the device according to the invention described above.
  • the reactor 60f is arranged to form in the third reactor section 3f a quenched product gas 30b containing one or both compounds selected from the group consisting of ethylene and acetylene and a fourth reactor section 4f to continue the quenching product gas in the presence of one or more Catalysts to form a further treated product gas 40 comprising one or more organic compounds having a boiling point of 15 ° C or higher.
  • the first reactor section 1b has the same basic construction in the embodiment of the reactor 60f shown in FIG. 1f as in the reactor 60b from FIG. 1b, identical reactor components are therefore designated with identical reference symbols in FIGS. 1b and 1f.
  • the first reactor section has the same basic structure as in reactor 60a of Figure 1a.
  • a feedstock gas containing methane-containing methane-containing methane gas is fed via means 21 to the plasma gas 10 cooled to a temperature in the range of 2500 K to 5000 K.
  • the reactor section 2f is set up so that a product gas 20 containing one or both compounds from the group consisting of ethylene and acetylene is formed.
  • the reactor section 2f is preferably designed such that the parameters residence time, volume flow of methane, and energy input by the plasma per kg of methane are in the preferred ranges indicated above.
  • the product gas 20 formed in the reactor section 2f is contacted with a methane-containing quench fluid so that a quenched product gas 30b containing one or both of the group consisting of ethylene and acetylene having a temperature in the range of 750 K is formed up to 1 100 K.
  • means 32 are provided for contacting the quenched product gas with one or more other quench fluids prior to contact with the catalysts 44, the further quench fluid being selected from the group consisting of methane-containing quench fluid, air, and water.
  • the use of a partial volume flow of the organic compounds produced with a boiling point of 15 ° C or higher than another quench fluid see also Figure 2.
  • one or more catalysts 44 are arranged in the fourth reactor section 4f of the reactor 60f.
  • the reactor section 4f preferably has means 43 for cooling or heating.
  • the catalyst or catalysts 44 are arranged in the fourth reactor section 4f in the form of a heated or unheated fixed bed.
  • FIG. 2 shows a flow chart of a method according to the invention in a device 100 according to the invention.
  • a methane-containing feed gas 51 is taken from a device 50 for providing a methane-containing gas and fed to a reactor 60.
  • the reactor 60 is preferably one of the preferred embodiments 60a to 60f described above.
  • the reactor 60 comprises, as stated above, at least three successive reactor sections (not shown in Figure 2, but see Figures 1a-1f).
  • a plasma gas for example a gas 54 removed from the apparatus 50, is fed via means 11, producing a plasma having a temperature greater than 5000 K with the supplied plasma gas, and subsequently the plasma gas to a temperature in the range of 2500 K cooled to 5000 K.
  • a feed gas 51 containing methane containing from the means 50 for providing a methane-containing gas is supplied to the plasma gas cooled to a temperature in the range of 2500 K to 5000 K, and a product gas containing one or both of ethylene and acetylene is formed
  • the product gas formed in the second reactor section is contacted with a methane-containing quench fluid, eg, a methane-containing gas 52 removed from the device 50 so as to form a quenched product gas having a temperature in the range of 750K to 1100K becomes.
  • a methane-containing quench fluid eg, a methane-containing gas 52 removed from the device 50
  • a quenched product gas 30a containing one or more organic compounds having a boiling point of 15 ° C. or higher and optionally carbon black is formed (see FIG. 1c), or containing a quenched product gas 30b one or both compounds from the group consisting of ethylene and acetylene.
  • the reactor 60 comprises a fourth reactor section following the third reactor section for further treating the quenched product gas to produce a further treated product gas 40 comprising one or more organic compounds having a boiling point of 15 ° C or higher (see FIGS. 1d-1f ) and optionally carbon black (see Figures 1d and 1 e) to form.
  • the device 100 according to the invention additionally comprises a device 70 for obtaining from the quenched product gas 30a or from the further treated product gas 40 a gas 71 comprising one or more constituents selected from the group consisting of hydrogen, methane, acetylene and ethylene from the organic compounds produced 80 with a boiling point of 15 ° C or higher to separate.
  • a partial volume flow 82 is separated from the organic compounds 80 having a boiling point of 15 ° C. or higher for use as further quench fluid in the reactor 60.
  • the fraction 81 of the organic compounds 80 with a boiling point provided for further processing of 15 ° C or higher, the intended further processing is suitably supplied.
  • the gas 71 separated from the quenched product gas 30a or after further treating the quenched product gas 40 in the apparatus 70, comprising one or more of the group consisting of hydrogen, methane, acetylene and ethylene, is in preferred embodiments of the process of the invention for one or more purposes used from the group consisting of
  • Plasma gas 74 Plasma gas 74.
  • the device 100 additionally comprises a device 90 for providing electrical energy 91 comprising a device for burning at least one fuel with supply of air 92.
  • the device 90 for supplying electrical energy is supplied with at least one fuel selected from the group consisting of:
  • a gas 73 comprising one or more components selected from the group consisting of hydrogen, methane, acetylene and ethylene, which has been separated in the device 70 from the quenched product gas 30a or from the further treated product gas 40,
  • the electrical energy 91 provided is transferred to the means 12a, 12b, 13 (not shown in FIG. 2) for generating a plasma in the reactor 60 via corresponding means, not shown in FIG.

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Abstract

Beschrieben werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen einer oder mehrerer organischer Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher aus einem Methan enthaltenden Gas durch Plasmareaktionen.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen organischer Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher aus einem Methan enthaltenden Gas
Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen einer oder mehrerer organischer Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher aus einem Methan enthaltenden Gas. Der Begriff „Siedepunkt" bezeichnet dabei den Siedepunkt bei Normdruck (101325 Pa).
Die Ausbeutung von Erdgasvorkommen, die sehr weit entfernt von potentiellen Verbrauchern liegen (sogenannte stranded gas-Felder) ist derzeit wirtschaftlich oft nicht sinnvoll wegen des hohen Aufwands für den Abtransport des Gases durch eigens zu errichtende Leitungen oder mittels Tankschiffen oder Tankfahrzeugen. Entsprechendes gilt für Erdgaslagerstätten mit begrenzter Kapazität bzw. niedrigem Druck des Erdgases (z.B. im Endstadium der Ausbeutung einer natürlichen Erdgaslagerstätte) sowie für andere Quellen fossiler oder synthetisch erzeugter methanhaltiger Gase, für deren stoffliche oder energetische Nutzung kein lokaler Markt existiert. Fossile bzw. synthetisch erzeugte methanhaltige Gase aus anderen Quellen als Erdgasvorkommen sind beispielsweise bei der Erdölförderung anfallendes Erdöl-Begleitgas, Biogas, Flözgas (Coal Bed Gas), Grubengas, Deponiegas und durch Methanisieren von Kohlendioxid gebildetes Methan.
Der einer stofflichen oder energetischen Nutzung von derartigen methanhaltigen Gasen oft entgegenstehende zusätzliche Aufwand für den Abtransport des Gases kann durch Umwandlung in Flüssigkeiten vermindert werden. Durch die Umwandlung vom gasförmigen in den flüssigen Zustand ist eine Volumenreduktion um mehrere Größenordnungen erreichbar. Erfolgt die Verflüssigung des gereinigten methanhaltigen Gases durch Küh- lung und Kompression, so wird als Produkt CNG („Compressed natural gas") oder LNG („Liquefied Natural Gas") erhalten. Um dieses im flüssigen Zustand zu halten, müssen auch beim Transport Kompression und Kühlung aufrechterhalten werden. Als Alternative kommt die Erzeugung unter Normalbedingungen (d.h. beim Normdruck von 101325 Pa) flüssiger Substanzen aus dem gereinigten methanhaltigen Gas durch chemische Umwandlungsprozesse in Betracht („Gas to Liquid' -Prozess). Dies erfordert allerdings die Einrichtung der für die chemischen Prozesse einschließlich erforderlicher vorgelagerter Reinigungsstufen (z.B. Entschweflung) nötigen Vorrichtungen in unmittelbarer Nähe zur Quelle des methanhaltigen Gases, beispielsweise in der Nähe einer Förderanlage zur Ausbeutung eines stranded gas-Vorkommens.
Anderson et al. beschreiben in einem Zeitschriftenartikel (Fuel 81 (2002) 909-925) ein Verfahren zur Umwandlung von Erdgas über Acetylen als Zwischenprodukt zu flüssigen Treibstoffen. Das Verfahren umfasst als ersten Schritt die Umwandlung von Methan zu Acetylen mittels eines thermischen Plasmas, das durch Kontakt mit den Reaktorwänden oder aerodynamisch durch Expansion mittels einer Überschalldüse gequencht wird, und als zweiten Schritt die Umwandlung von Acetylen in flüssige Produkte in einem katalyti- schen Prozess. Das Verfahren ist insbesondere zur Anwendung an abgelegenen Erdgas- Förderstätten, z.B. an der Nordküste von Alaska vorgesehen, für die der Bau einer Gaspipeline zum Abtransport des Gases unrentabel ist. Der Veröffentlichung ist nicht zu entnehmen, auf welche Weise die für das Plasma nötige elektrische Energie bereitgestellt werden soll. Der dem Plasmaprozess nachgelagerte katalytische Prozess erfordert eine Reinigung des Erdgases, insbesondere Entschwefelung, und die Bildung von Ruß muss vermieden werden.
Tonkovich et al. beschreiben in der Veröffentlichung„Gas-to-Liquids Conversion of Asso- ciated Gas Enabled by Microchannel Technology" (White paper, Velocys © 2009, http://www.velocys.com/ocgf06.php) die Umwandlung von Erdöl-Begleitgas an oder in der Nähe der Erdölförderanlage durch eine Kombination aus katalytischer Dampfreformie- rung des Methans und Fischer-Tropsch-Synthese in einem Mikrokanalreaktor zu„synthetischem Rohöl", das in den geförderten Rohölstrom eingespeist werden kann. Sowohl die Dampfreformierung des Methans als auch die Fischer-Tropsch-Synthese werden in Gegenwart von Katalysatoren durchgeführt. Dabei besteht das Risiko einer Deaktivierung der Katalysatoren, z.B. durch Ablagerung von Ruß oder durch im Erdöl-Begleitgas enthaltene Verunreinigungen. Die Katalysatoren für die Fischer-Tropsch-Synthese sind insbesondere empfindlich gegenüber Vergiftungen durch schwefelhaltige Verbindungen. Daher ist es unbedingt erforderlich, vor der Fischer-Tropsch-Synthese alle Schwefel- Verbindungen aus dem Gasstrom zu entfernen (siehe auch Steve LeViness et al, „Improved Fischer-Tropsch Economics Enabled by Microchannel Technology", White paper, Velocys © 201 1 http://www.velocys.com/ocgf06.php). Die Entschweflung erfolgt üblicherweise bei 350 °C bis 400 °C in einem katalytischen Prozess. Das für die Wasser- dampfreformierung notwendige Temperaturniveau (700 °C bis 1 100 °C) wird durch katalytische Verbrennung von Wasserstoff im Mikrokanalreaktor erzeugt. Das Verfahren umfasst also insgesamt bis zu vier katalysierte Prozessschritte, jeder verbunden mit der Gefahr der Deaktivierung der beteiligten Katalysatoren. Um ein für die Fischer-Tropsch- Synthese-Stufe optimales CO:H2-Verhältnis von 1 :2 einzustellen, ist es notwendig, in einem Zwischenschritt nach der Dampf reform ierungsstufe Wasserstoff aus dem Prozessgas abzutrennen. Bei den eingesetzten Mikrokanalreaktoren besteht die Gefahr der Verblockung einzelner Zellen bzw. Kanäle. Für eine Gesamt-Prozessführung im Sinne einer optimalen Energieintegration ist es nachteilig, dass der Prozess ein gestuftes Temperaturniveau aufweist (350 °C bis 400 °C für die katalytische Entschwefelung, 700 °C bis 1 100 °C für die Wasserdampf reformierung, 210 °C für die Fischer-Tropsch-Synthese). Das Verfahren und die dafür nötige Vorrichtung sind also relativ komplex und weisen zahlreiche Schwachstellen auf, was den Einsatz in unmittelbarer Nähe zur Quelle fossilen oder synthetisch erzeugten methanhaltigen Gases, beispielsweise in der Nähe einer Förderanlage zur Ausbeutung eines stranded gas-Vorkommens, erschwert.
In der WO 2012/175279 A1 wird ein Verfahren vorgeschlagen zur Modifizierung eines methanhaltigen Gasvolumenstroms, z.B. eines Erdgasstroms, umfassend die Schritte: i) Entnahme mindestens eines Teilvolumenstroms aus einem methanhaltigen Gasvolumenstrom, ii) Behandlung des Teilvolumenstroms mit einem elektrisch erzeugten Plasma unter Erzeugung einer modifizierten Gaszusammensetzung, die einen geringeren Anteil an Methan umfasst als der eingesetzte methanhaltige Gasvolumenstrom und iii) Rückführung von modifizierter Gaszusammensetzung in den methanhaltigen Gasvolumenstrom. Mittels dieses Verfahrens wird ein Teil des Methans aus dem methanhaltigen Gasvolumenstrom zu Wasserstoff und höheren Kohlenwasserstoffen umgesetzt, und der behandelte Teilvolumenstrom erhält einen höheren Brennwert als der methanhaltige Gasvolumenstrom. Dieses Verfahren soll es ermöglichen, elektrische Energie, insbesondere überschüssige aus erneuerbaren Quellen erzeugte Energie in eine speicherbare Form zu überführen. Die Umwandlung von Methan in unter Normalbedingungen flüssige Verbindungen wird nicht beschrieben.
US 201 1/0054231 A1 offenbart ein Verfahren, worin Erdgas mit externen Wasserstoffquellen zu reaktiven Kohlenwasserstoffen umfassend Acetylen umgewandelt wird und die reaktiven Kohlenwasserstoffe umgesetzt werden, um flüssige Kohlenwasserstoffe zu bilden. Ein Plasma wird in diesem Verfahren nicht angewendet. WO 2012/135515 A2 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Hybrid-Brennstoffs, wobei das Verfahren umfasst: eines ersten Reaktanten einem Reaktor zuzuführen, wobei der erste Reaktant ein oder mehrere leichte Gase umfasst, den ersten Reaktanten einem nicht-thermischen Plasma auszusetzen unter Bedingungen ausreichend zur Erzeugung von Synthesegas und freien Radikalen, einen ersten Flüssigbrennstoffzufuhr dem Reaktor zuzuführen, und das aus dem ersten Reaktant erzeugte Synthesegases und die freien Radikale mit dem ersten Flüssig brennstoffzufuhr im Reaktor in innigen Kontakt zu bringen, um einen modifizierten Flüssigbrennstoff zu erzeugen.
EP 0 289 391 A1 offenbart ein Verfahren zur thermischen Umwandlung von Methan in Kohlenwasserstoffe höheren Molekulargewichts in einer keramischen Reaktionszone mit einem Satz von nebeneinanderliegenden Kanälen, die in Reihen gruppiert sind und sich zumindest über einen Teil der gesamten Reaktionszone parallel zu deren Achse erstrecken, wobei die Reihen von Kanälen nicht zueinander benachbart sind, und die Reaktionszone außerdem einerseits eine Heizzone umfasst, die im wesentlichen die Kanalrei- hen umgibt, entweder auf dem genannten Teil der Reaktionszone oder auf einem Teil der Länge der Reaktionszone, wenn die Kanäle sich über die gesamte Länge der Reaktionszone erstrecken, und andererseits eine Kühlzone, die eine Verlängerung der Heizzone ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein methanhaltiges Gas in den Kanälen der Reihen zirkuliert, die Heizzone mittels elektrischet Energiezufuhr beheizt wird durch aufeinander- folgende, unabhängige transversale Abschnitte im wesentlichen senkrecht zur Achse der Reaktionszone und im wesentlichen parallel zu der Ebene der Reihen und dicht gegenüber den Kanälen der Reaktionszone, eine Kühlflüssigkeit in die Kühlzone eingeführt wird, und die Kohlenwasserstoffe mit höheren Molekulargewichten am Ende der Reaktionszone gesammelt werden. Die primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung bereitzustellen zum Erzeugen einer oder mehrerer organischer Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher aus einem Methan enthaltenden Gas. Bei der Entwicklung einer Lösung für die vorstehende Aufgabe sind das typischerweise begrenzte Platzangebot am Einsatzort der Vorrichtung in der Nähe einer Methanquelle wie oben beschriebenen zu berücksichtigen, sowie die Tatsache, dass dort das Angebot an verfügbaren Co- Reaktanten und Betriebsstoffen für chemische Prozesse typischerweise eingeschränkt ist, und elektrische Energie nicht ohne weiteres in beliebiger Menge von außen, z.B. über das Stromnetz, verfügbar ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung und ein erfindungs- gemäßes Verfahren zum Erzeugen einer oder mehrerer organischer Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C (bei Normdruck) oder höher aus einem Methan enthaltenden Gas.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erzeugen einer oder mehrerer organischer Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher aus einem Methan enthaltenden Gas umfasst
eine Einrichtung zum Bereitstellen eines Methan enthaltenden Gases
mindestens einen Reaktor zum plasma-unterstützten Erzeugen einer oder mehrerer organischer Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher aus einem Methan enthaltenden Gas, wobei dieser Reaktor umfasst:
einen ersten Reaktorabschnitt, in welchem
Mittel zum Zuführen mindestens eines Plasmagases,
Mittel zum Erzeugen eines Plasmas mit einer Temperatur größer als 5000 K mit dem zugeführten Plasmagas,
und Mittel zum Abkühlen des Plasmagases auf eine Temperatur im Bereich von 2500 K bis 5000 K
angeordnet sind;
einen in Strömungsrichtung des Plasmagases auf den ersten Reaktorabschnitt folgenden zweiten Reaktorabschnitt, in welchem
Mittel zum Zuführen eines aus der Einrichtung zum Bereitstellen eines Methan enthaltenden Gases entnommenen Methan enthaltenden Eduktgases zu dem auf eine Temperatur im Bereich von 2500 K bis 5000 K abgekühlten Plasmagas angeordnet sind, wobei dieser Reaktorabschnitt so eingerichtet ist, dass ein Produktgas enthaltend eine oder beide Verbindungen aus der Gruppe bestehend aus Ethylen und Acetylen gebildet wird;
einen in Strömungsrichtung des Produktgases auf den zweiten Reaktorabschnitt folgenden dritten Reaktorabschnitt, in welchem
Mittel angeordnet sind, um das im zweiten Reaktorabschnitt gebildete Produktgas mit einem Methan enthaltenden Quenchfluid so in Kontakt zu bringen, dass ein gequenchtes Produktgas mit einer Temperatur im Bereich von 750 K bis 1 100 K gebildet wird;
wobei die Mittel zum Zuführen eines Methan enthaltenden Eduktgases und die Mittel, um das Produktgas mit einem Methan enthaltenden Quenchfluid in Kontakt zu bringen, dazu eingerichtet sind, ein Verhältnis von Methan im Eduktgas zu Methan im Quenchfluid im Bereich von 3:1 bis 1 :3 einzustellen
wobei
(i) der Reaktor dazu eingerichtet ist, ein gequenchtes Produktgas enthaltend eine oder mehrere organische Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher zu bilden
oder
(ii) der Reaktor einen oder mehrere weitere Reaktorabschnitte umfasst zum Weiterbehandeln des gequenchten Produktgases, um eine oder mehrere organische Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher zu bilden.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Erzeugen einer oder mehrerer organischer Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher aus einem Methan enthaltenden Gas umfasst die Schritte
Bereitstellen eines Methan enthaltenden Gases
plasma-unterstütztes Erzeugen einer oder mehrerer organischer Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher aus einem Methan enthaltenden Gas, umfassend:
Zuführen mindestens eines Plasmagases, Erzeugen eines Plasmas mit einer Temperatur größer als 5000 K mit dem zugeführten Plasmagas, und anschließend Abkühlen des Plasmagases auf eine Temperatur im Bereich von 2500 K bis 5000 K;
Zuführen eines aus dem bereitgestellten Methan enthaltenden Gas entnommenen Methan enthaltenden Eduktgases zu dem auf eine Temperatur im Bereich von 2500 K bis 5000 K abgekühlten Plasmagas und Bilden eines Produktgases enthaltend eine oder beide Verbindungen aus der Gruppe bestehend Ethylen und Acetylen;
in Kontakt Bringen des Produktgases mit einem Methan enthaltenden Quenchfluid, so dass ein gequenchtes Produktgas mit einer Temperatur im Bereich von 750 K bis 1 100 K gebildet wird;
wobei ein Verhältnis von Methan im Eduktgas zu Methan im Quenchfluid im Bereich von 3: 1 bis 1 :3 eingestellt wird
wobei (i) ein gequenchtes Produktgas enthaltend eine oder mehrere organische Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher gebildet wird oder
(ii) das gequenchte Produktgas weiterbehandelt wird, um eine oder mehrere organische Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher zu bilden.
Der in der erfindungsgemäßen Vorrichtung enthaltene Reaktor zum plasma-unterstützten Erzeugen einer oder mehrerer organischer Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher aus einem Methan enthaltenden Gas umfasst mindestens drei in Strömungsrichtung aufeinanderfolgende Reaktorabschnitte, wobei die Temperatur vom ersten zum dritten Reaktorabschnitt abfällt. Die einzelnen Reaktorabschnitte unterscheiden sich voneinander hinsichtlich der Temperatur und der Gaszusammensetzung. Der erste Reaktorabschnitt ist der Plasmaerzeugungsbereich des Reaktors. Der folgende, zweite Reaktorabschnitt ist der plasmanahe Bereich, und der darauffolgende, dritte Reaktorabschnitt ist der plasmaferne Bereich. Dabei beziehen sich die Bezeichnungen „plasmanah" und „plasmafern" sowohl auf den räumlichen Abstand zum Plasmaerzeugungsbereich, als auch auf die Differenz zwischen der Temperatur im zweiten bzw. dritten Reaktorabschnitt und der Temperatur des Plasmas im Plasmaerzeugungsbereich.
Im ersten Reaktorabschnitt des in der erfindungsgemäßen Vorrichtung enthaltenen Reaktors (dem Plasmaerzeugungsbereich des Reaktors) wird zum Erzeugen des Plasmas ein Plasmagas - vorzugsweise ein am Einsatzort der erfindungsgemäßen Vorrichtung oder des erfindungsgemäßen Verfahrens verfügbares oder erzeugbares Gas - durch Einwirkung eines zwischen zwei Elektroden gebildeten Lichtbogens teilionisiert. Die oben erwähnten Mittel zum Erzeugen eines Plasmas umfassen demnach die Elektroden zur Erzeugung des Lichtbogens nebst Stromversorgung. Das gebildete Plasma (DC-Plasma) weist eine Temperatur größer als 5000 °C bis maximal 30000 °C, vorzugsweise 7000 °C bis 27000 °C, besonders bevorzugt 10000 °C bis 25000 °C auf. Im Plasma liegen Ionen, Elektronen und Atome im Gleichgewicht vor. Bei der Rekombination der Ionen und Elektronen wird thermische Energie freigesetzt. Geeignete Wege, mittels am Einsatzort der erfindungsgemäßen Vorrichtung oder des erfindungsgemäßen Verfahrens verfügbarer oder erzeugbarer Betriebsstoffe und Energieträger ein Plasma zu erzeugen, werden unten im Detail aufgezeigt. Der erste Reaktorabschnitt wird aktiv gekühlt, so dass die Temperatur des Plasmagases beim Durchströmen des ersten Reaktorabschnitts auf einen Wert im Bereich von 2500 K bis 5000 K sinkt. Im zweiten Reaktorabschnitt des in der erfindungsgemäßen Vorrichtung enthaltenen Reaktors (dem plasmanahen Bereich des Reaktors) sind Mittel zum Zuführen eines aus der Einrichtung zum Bereitstellen eines Methan enthaltenden Gases entnommenen Methan enthaltenden Eduktgases zu dem auf eine Temperatur im Bereich von 2500 K bis 5000 K, bevorzugt 3000 K bis 4000 K gekühlten Plasmagas angeordnet.
Die Mittel zum Zuführen des Methan enthaltenden Eduktgases umfassen üblicherweise Mittel zum Vorheizen des Methan enthaltenden Eduktgases auf eine Temperatur im Bereich von 100 °C bis 1200 °C, vorzugsweise von 200 °C bis 1000 °C, besonders bevorzugt von 400 °C bis 700 °C. Durch die Einwirkung der im ersten Reaktorabschnitt freigesetzten thermischen Energie werden im zugeführten Eduktgas enthaltene gasförmige niedermolekulare Kohlenwasserstoffe, insbesondere Methan, pyrolysiert und dissoziieren in radikalische Species, insbesondere Methylradikale und Wasserstoffradikale. Die Methylradikale bilden durch Dimerisierung und Wasserstoffabspaltung ungesättigte C2-Kohlenwasserstoffe (vorwie- gend Acetylen, daneben auch Ethylen, wobei das Molverhältnis zwischen Acetylen und Ethylen durch die Wahl der Prozessparameter Druck, Temperatur, mittlere Verweilzeit und Quenchrate beeinflusst wird). Somit wird im zweiten Reaktorabschnitt ein Produktgas enthaltend eine oder beide Verbindungen aus der Gruppe bestehend aus Ethylen und Acetylen gebildet. Die Umsetzung von Methan zu Acetylen und Wasserstoff ist eine endotherme Reaktion, so dass im zweiten Reaktorabschnitt nach dem Zuführen des Methan enthaltenden Eduktgases die Temperatur weiter absinkt.
Aus den im zweiten Reaktorabschnitt gebildeten Verbindungen aus der Gruppe bestehend aus Ethylen und Acetylen werden in nachfolgenden Reaktorabschnitten bzw. nachfolgenden Verfahrensschritten durch Oligomerisierung höhermolekulare organische Verbindungen gebildet, die ihrerseits unter geeigneten Bedingungen als Edukt für die Bildung von Ruß wirken.
Im dritten Reaktorabschnitt des in der erfindungsgemäßen Vorrichtung enthaltenen Reaktors (dem plasmafernen Bereich des Reaktors) sind Mittel angeordnet, um das Produktgas mit einem Methan enthaltenden Quenchfluid so in Kontakt zu bringen, dass ein gequenchtes Produktgas mit einer Temperatur im Bereich von 750 K bis 1 100 K gebildet wird. Durch das Quenchen werden die im zweiten Reaktorabschnitt ablaufenden Reaktionen abgebrochen, jedoch wird in Form des Quenchfluids ein neuer Reaktionspartner eingebracht, der Folgereaktionen mit den Bestandteilen des im zweiten Reaktorabschnitt gebildeten Produktgases eingehen kann. Erfindungsgemäß wird im dritten Reaktorabschnitt ein Methan enthaltendes Gas als Quenchfluid eingesetzt. Ohne dass die vorliegende Erfindung an eine Theorie gebunden ist, wird derzeit angenommen, dass das im Quenchfluid enthaltene Methan durch die Bereitstellung weiterer Kohlenstoffatome eine Kettenverlängerung der bereits im zweiten Reaktorabschnitt gebildeten C2-Kohlenwasserstoffe bewirkt. Der Methangehalt des Quenchfluids beträgt vorzugswei- se 50 vol.-% oder mehr, besonders bevorzugt 75 vol.-% oder mehr.
Das Methan enthaltende Quenchfluid wird bevorzugt aus dem für das erfindungsgemäße Verfahren bereitgestellten Methan enthaltendem Gas entnommen. In der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfassen die Mittel, um das Produktgas mit einem Methan enthaltenden Quenchfluid in Kontakt zu bringen, bevorzugt Mittel, um das Produktgas mit einem aus der Einrichtung zum Bereitstellen eines Methan enthaltenden Gases entnommenen Methan enthaltenden Quenchfluid in Kontakt zu bringen. Aus der Einrichtung zum Bereitstellen eines Methan enthaltenden Gases werden in dieser bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung also sowohl das Methan enthaltende Eduktgas als auch das Methan enthaltende Quenchfluid entnommen. Erfindungsgemäß wird ein Verhältnis von Methan im Eduktgas zu Methan im Quenchfluid im Bereich von 3: 1 bis 1 :3 eingestellt. Eigene Untersuchungen haben gezeigt, dass dadurch eine besonders hohe Ausbeute an organischen Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher erreicht wird. Bevorzugt ist ein Verhältnis von Methan im Eduktgas zu Methan im Quenchfluid im Bereich von 1 : 1 ,5 bis 1 :2,5, besonders bevorzugt 1 :2.
Da die Prozesse der Radikalbildung, Dimerisierung, Oligomerisierung, Wasserstoffabspaltung und Rußbildung verschiedene Reaktionsenthalpien und Reaktionsgeschwindigkeiten aufweisen, ist die Zusammensetzung der gebildeten Reaktionsprodukte durch die Wahl der Prozessparameter Druck, Temperatur, mittlere Verweilzeit und Quenchrate beeinflussbar. Durch geeignete Wahl dieser Prozessparameter und entsprechende Auslegung des Reaktors wird die Umsetzung entweder so kontrolliert, dass ein gequenchtes Produktgas enthaltend eine oder mehrere organische Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher gebildet wird, oder alternativ so, dass durch Weiterbehandeln des gequenchten Produktgases eine oder mehrere organische Verbin- düngen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher gebildet werden. Beide Ausführungsformen sind von der vorliegenden Erfindung umfasst und zeichnen sich jeweils durch spezifische Vorzüge aus, die weiter unter beschrieben werden.
Bevorzugt umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung zusätzlich zu den oben beschriebenen Bestandteilen Mittel, um das gequenchte Produktgas mit einem oder mehreren weiteren Quenchfluiden in Kontakt zu bringen. Bevorzugt umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zusätzlich zu den oben beschriebenen Verfahrensschritten das in Kontakt bringen des gequenchten Produktgases mit einem oder mehreren weiteren Quenchfluiden. In einer Variante wird das bereits mit einem Methan enthaltenden Quenchfluid gequenchte Produktgas mit weiterem Methan enthaltenden Quenchfluid in Kontakt gebracht. Andere Varianten nutzen Luft oder Wasser als weiteres Quenchfluid. Ebenfalls bevorzugt ist der Einsatz eines Teilvolumenstroms der erzeugten organischer Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher als weiteres Quenchfluid.
Die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten organischen Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher werden zur weiteren stofflichen Verwertung typischerweise in derselben Weise wie Rohöl aufbereitet, vorzugsweise gemeinsam mit Rohöl in einer Erdölraffinerie. Aufgrund der durch die Umwandlung vom gasförmigen in den flüssigen Zustand erreichten Volumenreduktion um mehrere Größenordnungen ist der Abtransport der erfindungsgemäß erzeugten bei Normdruck flüssigen Produkte zur stofflichen Verarbeitung in eine - gegebenen- falls vom Einsatzort der erfindungsgemäßen Vorrichtung oder des erfindungsgemäßen Verfahrens weit entfernte - Erdölraffinerie wesentlich rentabler als ein Abtransport des methanhaltigen Gases im gasförmigen Zustand an einen zur stofflicher oder energetischer Nutzung des Gases geeigneten Ort.
Erfindungsgemäß erhältliche organische Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher (unter Normaldruck wie oben definiert) sind Verbindungen aus der Gruppe bestehend aus Benzol, Alkyl-substituierten Benzolen (z.B. Methylbenzol (Toluol), Dimethylbenzole (Xylole), Vinylbenzol (Styrol), Isopropylbenzol (Cumol), Methylethylbenzol, Butylbenzol), weiteren substituierten aromatischen Verbindungen (z.B. Kresol, Biphenyl, Indanon), polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAH, z.B. Indan (Cyclopentenbenzol), Naphthalen, Acenaphthen, Phenyltoluol, Anthra- cen, Fluoranthen, Pyren und höhere polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe) und gesättigten aliphatischen Kohlenwasserstoffen mit mehr als 5 Kohlenstoffatomen im Molekül (z.B. Decalin).
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine Einrichtung zum Bereitstellen eines Methan enthaltenden Gases, aus der ein Methan enthaltendes Eduktgas entnehmbar ist. Dementsprechend umfasst das erfindungsgemäße Verfahren einen Schritt des Bereitstellens eines Methan enthaltenden Gases, und aus dem bereitgestellten Methan enthaltendem Gas wird ein Methan enthaltendes Eduktgas entnommen. Üblicherweise beträgt der Methangehalt des bereitgestellten Methan enthaltenden Gases und des daraus entnom- menen Methan enthaltenden Eduktgases 50 vol.-% oder mehr, besonders bevorzugt 75 vol.-% oder mehr, wobei der Methangehalt von der Quelle des bereitgestellten Methan enthaltenden Gases abhängt. Vorzugsweise enthält das bereitgestellte Methan enthaltende Gas weniger als 5 vol.-%, besonders bevorzugt weniger als 4 % Kohlendioxid.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung sowie das erfindungsgemäße Verfahren sind insbesondere geeignet für die Verarbeitung Methan enthaltender Gase aus der Gruppe beste- hend aus:
bei der Erdölförderung anfallendes Erdöl-Begleitgas
Erdgas
Biogas
Flözgas (Coal Bed Gas)
- Grubengas
durch Methanisieren von Kohlendioxid gebildetes Methan
Deponiegas.
Die Einrichtung zum Bereitstellen des Methan enthaltenden Gases ist somit bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:
- Einrichtungen zum Bereitstellen von bei der Erdölförderung anfallendem Erdöl- Begleitgas
Einrichtungen zum Bereitstellen von Erdgas
Einrichtungen zum Bereitstellen von Biogas
Einrichtungen zum Bereitstellen von Flözgas
- Einrichtungen zum Bereitstellen von Grubengas
Einrichtungen zum Bereitstellen von durch Methanisieren von Kohlendioxid gebildetem Methan
Einrichtungen zum Bereitstellen von Deponiegas.
Um die Transportwege für das Methan enthaltende Gas kurz zu halten, wird die erfin- dungsgemäße Vorrichtung typischerweise in unmittelbarer Nähe zu einer Quelle eines geeigneten Methan enthaltenden Gases angeordnet, d.h. in unmittelbarer Nähe zu einer Erdgasförderanlage, einer Erdölförderanlage mit Vorrichtungen zum Auffangen von Erdöl-Begleitgases, eines Kohlevorkommens oder Bergwerks mit Vorrichtungen zum Auffangen von Flöz- bzw. Grubengas, einer Biogasanlage oder einer Anlage zum Methanisieren von Kohlendioxid. Die Einrichtung zum Bereitstellen des Methan enthaltenden Gases umfasst somit regelmäßig Mittel, um aus einer geeigneten Quelle gewon- nenes Methan enthaltendes Gas in die erfindungsgemäße Vorrichtung zu überführen, z.B. einen Anschluss an eine entsprechende Gasleitung, die die Quelle des methanhalti- gen Gases mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung verbindet.
Für das erfindungsgemäße Verfahren ist das bereitgestellte Methan enthaltende Gas bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus:
bei der Erdölförderung anfallendes Erdöl-Begleitgas
Erdgas
Biogas
Flözgas
- Grubengas
durch Methanisieren von Kohlendioxid gebildetes Methan
Deponiegas.
Erdöl-Begleitgas (Associated Petroleum Gas APG) ist ein in seiner Zusammensetzung dem Erdgas ähnliches Gemisch gasförmiger chemischer Verbindungen, das bei der Erdölgewinnung aus einer Erdölbohrung freigesetzt wird.
Flözgas bzw. Grubengas entstehen auf natürliche Weise aus Kohlevorkommen. Flözgas bzw. Coal Bed Gas ist durch eine Bohrung im unverritzten Gebirge freigesetztes Kohlegas, während als Grubengas das in Bergwerken gewonnene Kohlegas bezeichnet wird.
Verfahren und Einrichtungen zum Gewinnen von Biogas oder Deponiegas bzw. zum Methanisieren von Kohlendioxid sind dem Fachmann bekannt.
Neben Methan enthält das Methan enthaltende Gas je nach Herkunft typische weitere Bestandteile von Erdgas, Erdöl-Begleitgas, Biogas, Flözgas bzw. Grubengas, z.B. Kohlenwasserstoffe ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ethan, Propan und Butan, sowie Bestandteile aus der Gruppe bestehend aus Wasserdampf, Schwefelwasserstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Stickstoff und Edelgasen. Wird das Methan durch Methanisieren von Kohlendioxid gebildet, so enthält das erfindungsgemäß einzusetzende Methan enthaltende Gas gegebenenfalls bei der Methanisierung des Kohlendioxids entstehende Nebenprodukte. Erdgas sowie bei der Erdölförderung anfallendes Erdöl- Begleitgas weisen üblicherweise einen Methangehalt von 75 vol.-% bis 99 vol.-% auf und können daher ohne weitere Aufbereitung für die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden. Entsprechendes gilt für Flöz- und Grubengas, dessen Methangehalt typischerweise 80 vol.-% bis 95 vol.-% beträgt. Einige der oben genannten Quellen liefern jedoch ein Gas mit einem Methangehalt von weniger als 50 % und/oder einem Kohlendioxidgehalt von mehr als 5 vol.-%. Dies trifft insbesondere für Deponiegas zu und teilweise auch für Biogas. In diesen Fällen ist es vorgesehen, dass die Einrichtung zum Bereitstellen des Methan enthaltenden Gases Mittel zur Erhöhung der Methankonzentration umfasst, beispielsweise in Form einer Membrananlage zum Abtrennen unerwünschter Gasbestandteile.
Wenn der erforderliche Methangehalt von 50 vol.-% oder mehr vorliegt oder eingestellt worden ist, ist eine weitere Reinigung des Methan enthaltenden Gases, z.B. durch Entschweflung, für die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfah- ren nicht zwingend erforderlich, da die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren ohne Katalysatoren betrieben werden kann. Schwefelhaltige Bestandteile des Methan enthaltende Eduktgases (z. B. im Fall von Erdgas oder Erdöl- Begleitgas in erster Linie Schwefelwasserstoff sowie niedermolekulare Thiole) werden im Plasma zu komplexeren schwefelorganischen Verbindungen, Wasserstoff und/oder elementarem Schwefel umgesetzt. Dies ist unproblematisch, da bei der Aufbereitung in einer Erdölraffinerie ohnehin eine Entschwefelung erfolgt. Der Wegfall einer Entschweflung des Eduktgases ist ein signifikanter Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens, da hierdurch das Verfahren und die Vorrichtung vereinfacht und der Platzbedarf und der Bedarf an Betriebsstoffen vermindert werden, sowie die Nutzung stark saurer Erdgasquellen oder APG-Gasquellen erleichtert wird.
Lediglich für eine spezielle Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung, in der ein weiterer Reaktorabschnitt vorgesehen ist, in welchem ein oder mehrere Katalysatoren zur Bildung einer oder mehrerer organischer Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher aus im gequenchten Produktgas enthaltenem Acetylen und/oder Ethylen angeordnet sind (siehe weiter unten), bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei aus dem im gequenchten Produktgas enthaltenem Acetylen und/oder Ethylen in Gegenwart eines oder mehrerer Katalysatoren eine oder mehrere organische Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher gebildet werden (siehe weiter unten), ist eine Entsäuerung des Methan enthaltende Eduktgases (Auswaschen von Schwefelwasser- stoff) nötig.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein gequenchtes Produktgas enthaltend eine oder mehrere organische Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher gebildet. In einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Reaktor so eingerichtet, dass ein gequenchtes Produktgas enthaltend eine oder mehrere organische Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher gebildet wird.
Bei dieser ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Reaktor vorzugs- weise so eingerichtet, dass die mittlere Verweilzeit im zweiten Reaktorabschnitt 0,1 ms bis 20 ms, bevorzugt 0,1 ms bis 10 ms, besonders bevorzugt 0, 1 ms bis 5 ms beträgt bei einem Volumenstrom an Methan von 1 Norm-m3/h bis 10000 Norm-m3/h, bevorzugt von 1 Norm-m3/h bis 4000 Norm-m3/h, und einem Energieeintrag durch das Plasma pro kg Methan von 1 kWh bis 40 kWh, bevorzugt von 1 kWh bis 20 kWh und besonders bevor- zugt von 6 bis 14 kWh (bezogen auf reines Methan).
Die Quenchrate beträgt in der ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung 102 K/s bis 107 K/s, bevorzugt 103 K/s bis 106 K/s, besonders bevorzugt 105 K/s bis 106 K/s. Der Druck beträgt 50 kPa bis 5000 kPa, bevorzugt 80 kPa bis 1500 kPa, besonders bevorzugt 100 kPa bis 500 kPa. Um unkontrollierte Folgereaktionen im gequenchten Produktgas zu vermeiden, weist bei der ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung der dritte Reaktorabschnitt vorzugsweise Mittel auf, um das gequenchte Produktgas über eine definierte mittlere Verweilzeit in einem bestimmten Temperaturbereich zu halten. Dazu ist eine unmittelbar auf die Mittel, um das Produktgas mit einem Methan enthaltenden Quenchfluid in Kontakt zu bringen, folgende Auslaufstrecke vorgesehen. Das gequenchte Produktgas wird in der Auslaufstrecke vorzugsweise über eine mittlere Verweilzeit von 100 ms bis 1000 ms, weiter bevorzugt von 300 ms bis 500 ms bei einer Temperatur im Bereich von 400 °C bis 1000 °C gehalten. Bevorzugt sind an einer oder mehreren Positionen in der Auslaufstrecke Mittel angeordnet, um das die Auslaufstrecke durchströmende gequenchte Produktgas, das bereits mit einem Methan enthaltenden Quenchfluid in Kontakt gebracht wurde, mit einem oder mehreren weiteren Quenchfluiden in Kontakt zu bringen, um so die in der Auslaufstrecke ablaufenden Prozesse und damit die Zusammensetzung des gequenchten Produktgases zu kontrollieren.
Durch eigene Untersuchungen wurde festgestellt, dass die mittlere Verweilzeit im ersten Drittel der Auslaufstrecke einen entscheidenden Einfluss auf die Zusammensetzung des gequenchten Produktgases hat. Um zu erreichen, dass das gequenchte Produktgas ein oder mehrere Kohlenwasserstoffe mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher enthält, wird die mittlere Verweilzeit im ersten Drittel der Auslaufstrecke bevorzugt auf 5 ms bis 100 ms, bevorzugt auf 10 ms bis 80 ms, besonders bevorzugt auf 25 ms bis 60 ms eingestellt. Die mittlere Verweilzeit im ersten Drittel der Auslaufstrecke ist einstellbar durch entsprechende Wahl der Volumenströme des Plasmagases, des Methan enthaltenden Eduktgases und der Quenchfluide. Bevorzugt sind im ersten Drittel der Auslaufstrecke Mittel angeordnet, um das gequenchte Produktgas, das bereits mit einem Methan enthaltenden Quenchfluid in Kontakt gebracht wurde, mit einem oder mehreren weiteren Quenchfluiden in Kontakt zu bringen. In einer Variante wird das bereits mit einem Methan enthaltenden Quenchfluid gequenchte Produktgas mit weiterem Methan enthaltenden Quenchfluid in Kontakt gebracht. Andere Varianten nutzen Luft oder Wasser als weiteres Quenchfluid. Ebenfalls bevorzugt ist der Einsatz eines Teilvolumenstroms der erzeugten organischer Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher als weiteres Quenchfluid.
In der ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorzugsweise ein Umsatz bezogen auf das im Eduktgas enthaltene Methan von 5 % oder höher, bevorzugt 50 % oder höher und besonders bevorzugt 70 % oder höher erzielt und eine Kohlenstoffausbeute an organischen Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher von 2 % bis 20 %, bevorzugt 2 % bis 30 %, besonders bevorzugt 2 % bis 70 %.
Die erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung - insbesondere in ihren als bevorzugt gekennzeichneten Varianten - zeichnet sich dadurch aus, dass das im dritten Reaktorabschnitt gebildete gequenchte Produktgas bereits die gewünschten organischen Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher enthält. Demzufolge kann der Reaktor relativ kompakt und einfach gestaltet werden, und ein Katalysator ist nicht erforderlich.
In einer speziellen Variante der ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein gequenchtes Produktgas enthaltend eine oder mehrere organische Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher sowie Ruß gebil- det.
In einer speziellen Variante der ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Reaktor so eingerichtet, dass ein gequenchtes Produktgas enthaltend einen oder mehrere Kohlenwasserstoffe mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher sowie Ruß gebildet werden. Die Bildung von Ruß lässt sich erreichen durch geeignete Einstellung der o.g. Verfahrensparameter, z.B. Wahl eines relativ hohen Energieeintrags durch das Plasma pro kg Methan und einer relativ langen Verweilzeit in der Auslaufstrecke, wobei eine umso höhere Verweilzeit nötig ist, je kleiner die Temperatur in der Auslaufstrecke ist. Geeignet ist z.B. ein Energieeintrag von 14 kWh/kg Methan oder mehr im in Kombination mit einer mittleren Verweilzeit von 400 ms oder mehr bei einer mittleren Temperatur der Auslaufstrecke von 500 °C oder mehr, sowie ein Energieeintrag von 20 kWh/kg Methan oder mehr in Kombination mit einer mittleren Verweilzeit von 300 ms oder mehr bei einer mittleren Temperatur der Auslaufstrecke von 200 °C oder mehr. Bei dieser speziellen Variante der ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die gebildeten Kohlenwasserstoffe mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher zum Teil von dem gebildeten Ruß adsorbiert. Typischerweise beträgt der von Ruß adsorbierte Anteil der gebildeten Kohlenwasserstoffe mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher 10 bis 30 mol%, bezogen auf die Gesamtmenge an gebildeten Kohlenwasserstoffen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher. Bei den von Ruß adsorbierten Verbindungen handelt es sich vorwiegend um aromatische Kohlenwasserstoffe (einschließlich polyzyklischer aromatischer Kohlenwasserstoffe). Der Gehalt des Rußes an adsorbierten aromatischen Kohlenwasserstoffen beträgt dabei vorzugsweise bis zu 25 Gew.-%, bevorzugt bis zu 30 Gew.-%, besonders bevorzugt bis zu 50 Gew.-%. Bei der Verarbeitung in der Raffinerie werden die von Ruß adsorbierten organischen Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher desorbiert und weiterverarbeitet, während der Ruß als fester Rückstand zurückbleibt. Der bei der Erdöldestillation und -raffination zurückbleibende feste Rückstand wird nach Kalzination üblicherweise nach bekannten Verfahren zu Petrolkoks (Pet-coke) verarbeitet, der beispielsweise zur Her- Stellung von Söderberg-Elektroden, insbesondere für die Aluminiumgewinnung, sowie als Ausgangsstoff für die Herstellung von synthetischem Graphit, insbesondere als Elektrodenmaterial für die Herstellung von Elektrostahl, verwendet wird. Somit eröffnet diese spezielle Variante der ersten Ausführungsform der Erfindung den Zugang zu weiteren Wertschöpfungsketten. In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein gequenchtes Produktgas enthaltend eine oder beide Verbindungen aus der Gruppe bestehend aus Ethylen und Acetylen gebildet, und
das gequenchte Produktgas weiterbehandelt, um ein weiterbehandeltes Produktgas umfassend eine oder mehrere organische Verbindungen mit einem Siede- punkt von 15 °C oder höher zu bilden. In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Reaktor so eingerichtet, dass ein gequenchtes Produktgas enthaltend eine oder beide Verbindungen aus der Gruppe bestehend aus Ethylen und Acetylen gebildet wird, und
- umfasst der Reaktor in Strömungsrichtung des gequenchten Produktgases auf den dritten Reaktorabschnitt folgend einen vierten Reaktorabschnitt zum Weiterbehandeln des gequenchten Produktgases, um ein weiterbehandeltes Produktgas umfassend eine oder mehrere organische Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher zu bilden. Bei dieser zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Reaktor vorzugsweise so eingerichtet, dass die mittlere Verweilzeit im zweiten Reaktorabschnitt des Reaktors 0, 1 ms bis 20 ms, bevorzugt 0, 1 ms bis 10 ms, besonders bevorzugt 0, 1 ms bis 5 ms beträgt bei einem Volumenstrom an Methan von 1 Norm-m3/h bis 10000 Norm-m3/h, bevorzugt von 1 Norm-m3/h bis 4000 Norm-m3/h und einem Energieeintrag durch das Plasma pro kg Methan von 1 kWh bis 40 kWh, bevorzugt von 3 kWh bis 20 kWh und besonders bevorzugt von 8 bis 13 kWh.
Die Quenchrate beträgt in der zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung 102 K/s bis 107 K/s, bevorzugt 103 K/s bis 106 K/s, besonders bevorzugt 105 K/s bis 106 K/s. Der Druck beträgt 50 kPa bis 6000 kPa, bevorzugt 80 kPa bis 1500 kPa. Die Höhe des Drucks beeinflusst die Selektivität hinsichtlich der Bildung von Acetylen bzw. Ethylen. Ist ein hoher Anteil an Acetylen gewünscht, so wird der Druck bevorzugt im Bereich 100 kPa bis 1000 kPa gewählt, für einen hohen Anteil an Ethylen hingegen im Bereich von 1000 kPa bis 6000 kPa.
In den nachfolgend beschriebenen speziellen Varianten der zweiten bevorzugten Ausfüh- rungsform der Erfindung sind in dem vierten Reaktorabschnitt keine Katalysatoren vorgesehen.
Damit in dem vierten Reaktorabschnitt aus Acetylen und/oder Ethylen eine oder mehrere organische Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher gebildet werden, ist dieser bevorzugt so eingerichtet, dass die mittlere Verweilzeit 0, 1 s bis 120 s, bevor- zugt 1 s bis 60 s, besonders bevorzugt 2 s bis 30 s beträgt bei einer Temperatur im Bereich von 100 °C bis 1500 °C, bevorzugt von 100 °C bis 1300 °C, besonders bevorzugt von 200 °C bis 800 °C. Bevorzugt sind an einer oder mehreren Positionen in dem vierten Reaktorabschnitt Mittel angeordnet, um das gequenchte Produktgas, das bereits mit einem Methan enthaltenden Quenchfluid in Kontakt gebracht wurde, mit einem oder mehreren weiteren Quenchfluiden in Kontakt zu bringen, um so die im vierten Reaktorabschnitt ablaufenden Prozesse und damit die Zusammensetzung des Gasstroms zu kontrollieren.
Durch eigene Untersuchungen wurde festgestellt, dass die mittlere Verweilzeit im ersten Drittel des vierten Reaktorabschnitts einen entscheidenden Einfluss auf die Zusammensetzung des Gasstroms hat. Um zu erreichen, dass im vierten Reaktorabschnitt eine oder mehrere organische Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher gebildet werden, wird die mittlere Verweilzeit im ersten Drittel des vierten Reaktorabschnitts bevorzugt auf 1 ms bis 80 ms, bevorzugt auf 2 ms bis 50 ms, besonders bevorzugt auf 5 ms bis 30 ms eingestellt. Die mittlere Verweilzeit im ersten Drittel des vierten Reaktorabschnitts ist einstellbar durch entsprechende Wahl der Volumenströme des Plasmagases, des Eduktgases und der Quenchfluide. Bevorzugt sind im ersten Drittel des vierten Reaktorabschnitts Mittel angeordnet, um das gequenchte Produktgas, das bereits mit einem Methan enthaltenden Quenchfluid in Kontakt gebracht wurde, mit einem oder mehreren weiteren Quenchfluiden in Kontakt zu bringen. In einer Variante wird das bereits mit einem Methan enthaltenden Quenchfluid gequenchte Produktgas mit weiterem Methan enthaltenden Quenchfluid in Kontakt gebracht. Andere Varianten nutzen Luft oder Wasser als weiteres Quenchfluid. Ebenfalls bevorzugt ist der Einsatz eines Teilvolumenstroms der erzeugten organischer Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher als weiteres Quenchfluid.
Für die Ausgestaltung des vierten Reaktorabschnitts, in welchem keine Katalysatoren vorgesehen sind, gibt es zwei grundlegende Alternativen. In der ersten Alternative wird dem vierten Reaktorabschnitt durch Kühlung bzw. Beheizung eine konstante Temperatur gewählt aus dem oben definierten Bereich, vorzugsweise aus dem als bevorzugt gekennzeichneten Bereich, aufgeprägt. Besonders bevorzugt ist eine konstante Temperatur im Bereich von 400 °C bis 1000 °C.
In der zweiten Alternative ist der vierte Reaktorabschnitt in einzelne aufeinander folgende Module gegliedert mit jeweils individuell einstellbarer Temperatur und mit Mitteln, um den Gasstrom mit einem Quenchfluid in Kontakt zu bringen, wobei die Quenchrate für jedes Modul individuell einstellbar ist. Bevorzugt werden die Temperaturen so eingestellt, dass in Durchströmungsrichtung die Temperatur von Modul zu Modul geringer wird. Somit durchläuft der Gasstrom beim Durchströmen des vierten Reaktorabschnitts ein Tempera- turprofil von höheren hin zu niedrigeren Temperaturen, wobei die Temperaturen der einzelnen Module gewählt sind aus dem oben definierten Bereich, vorzugsweise aus dem als bevorzugt gekennzeichneten Bereich. Besonders bevorzugt ist ein Temperaturprofil, das sich von einem Höchstwert von 1000 °C am Eingang des vierten Reaktorabschnitts bis zu einem Mindestwert von 100 °C am Ausgang des vierten Reaktorabschnitts erstreckt. Größe und Anzahl der der aufeinander folgenden Module sind dabei so gestaltet, dass die gewünschte mittlere Verweilzeit, bezogen auf den vierten Reaktorabschnitt als Ganzes, erreicht wird.
In der zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorzugsweise ein Umsatz bezogen auf das im Eduktgas enthaltene Methan von 5 % oder höher, bevorzugt 50 % oder höher und besonders bevorzugt 70 % oder höher erzielt und eine Kohlenstoffausbeute an organischen Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher von 5 % bis 50 %, bevorzugt 10 % bis 60 %, besonders bevorzugt 20 % bis 80 %.
Die zweite bevorzugte Ausführungsform der Erfindung - insbesondere in ihren als bevorzugt gekennzeichneten Varianten - zeichnet sich dadurch aus, dass zuerst mit hoher Selektivität und hoher Kohlenstoffausbeute Acetylen und/oder Ethylen aus dem im Eduktgas enthaltenen Methan gebildet werden, und dann das gebildete Acetylen und/oder Ethylen in einer kontrollierten thermischen Oligomerisierung (d.h. mit höherer Selektivität und typischerweise höherer Kohlenstoffausbeute im Vergleich zu der oben beschriebenen ersten Ausführungsform der Erfindung) zu Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher z.B. aus der Gruppe bestehend aus Benzol, Naphthalen und Anthracen umgewandelt wird, ohne dass ein Katalysator erforderlich ist.
In einer speziellen Variante der zweiten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird
ein gequenchtes Produktgas enthaltend eine oder beide Verbindungen aus der Gruppe bestehend aus Ethylen und Acetylen gebildet, und
das gequenchte Produktgas weiterbehandelt, um ein weiterbehandeltes Produktgas umfassend eine oder mehrere organische Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher sowie Ruß zu bilden.
In einer speziellen Variante der zweiten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist der Reaktor so eingerichtet, dass ein gequenchtes Produktgas enthaltend eine oder beide Verbindungen aus der Gruppe bestehend aus Ethylen und Acetylen gebildet wird, und
umfasst der Reaktor in Strömungsrichtung des gequenchten Produktgases auf den dritten Reaktorabschnitt folgend einen vierten Reaktorabschnitt zum Weiterbehan- dein des gequenchten Produktgases, um ein weiterbehandeltes Produktgas umfassend eine oder mehrere organische Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher sowie Ruß zu bilden.
In dieser speziellen Variante der zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind in dem vierten Reaktorabschnitt keine Katalysatoren vorgesehen. Die Bildung von Ruß lässt sich erreichen durch geeignete Einstellung der o.g. Verfahrensparameter, z.B. Wahl eines relativ hohen Energieeintrags pro kg Methan durch das Plasma und einer relativ langen Verweilzeit bzw. hohen Temperatur im vierten Reaktorabschnitt, wobei eine umso höhere Verweilzeit nötig ist, je kleiner die Temperatur im vierten Reaktorabschnitt ist.
Bei der oben beschriebenen ersten Alternative mit einer konstanten Temperatur im vierten Reaktorabschnitt wird eine Rußbildung erreicht bei mittleren Verweilzeiten größer 20 s bei einer Temperatur im vierten Reaktorabschnitt von mindestens 1000 °C, mittleren Verweilzeiten größer 10 s bei einer Temperatur im vierten Reaktorabschnitt von mindes- tens 1300 °C, und mittleren Verweilzeiten größer 1 s bei einer Temperatur im vierten Reaktorabschnitt von mindestens 1600 °C, wobei im vierten Reaktorabschnitt keine Katalysatoren vorgesehen sind.
Besteht der vierte Reaktorabschnitt gemäß der oben beschriebenen zweiten Alternative aus aufeinander folgenden Modulen mit jeweils individuell einstellbarer Temperatur, so ist z.B. ein Energieeintrag von 14 kWh/kg Methan oder mehr durch das Plasma in Kombination mit einer mittleren Verweilzeit von 400 ms oder mehr bei einer mittleren Temperatur im vierten Reaktorabschnitt von 500 °C oder mehr, sowie ein Energieeintrag von 20 kWh/kg Methan oder mehr durch das Plasma in Kombination mit einer mittleren Verweilzeit von 1 s oder mehr bei einer mittleren Temperatur im vierten Reaktorabschnitt von 300 °C für die Rußbildung geeignet.
Bei dieser speziellen Variante der zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die gebildeten Kohlenwasserstoffe mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher zum Teil von dem gebildeten Ruß adsorbiert. Typischerweise beträgt der von Ruß adsorbierte Anteil der gebildeten Kohlenwasserstoffe mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher 10 bis 30 mol%, bezogen auf die Gesamtmenge an gebildeten Kohlenwasserstoffen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher. Bei den von Ruß adsorbierten Verbindungen handelt es sich vorwiegend um aromatische Kohlenwasserstoffe (einschließlich polyzyklischer aromatischer Kohlenwasserstoffe). Der Gehalt des Rußes an adsorbierten aromatischen Kohlenwasserstoffen beträgt dabei vorzugsweise bis zu 25 Gew.-%, bevorzugt bis zu 30 Gew.-%, besonders bevorzugt bis zu 50 Gew.-%. Bei der Verarbeitung in der Raffinerie werden die von Ruß absorbierten organischen Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher desorbiert und weiterverarbeitet, während der Ruß als fester Rückstand zurückbleibt. Der bei der Erdöldestillation und -raffination zurückbleibende feste Rückstand wird nach Kalzination üblicherweise nach bekannten Verfahren zu Petrolkoks (Pet-coke) verarbeitet, der beispielsweise zur Herstellung von Söderberg-Elektroden, insbesondere für die Aluminiumgewinnung, sowie als Ausgangsstoff für die Herstellung von synthetischem Graphit, insbesondere als Elektrodenmaterial für die Herstellung von Elektrostahl, verwendet wird. Somit eröffnet diese spezielle Variante der zweiten Ausführungsform der Erfindung den Zugang zu weiteren Wertschöpfungsketten.
In einer weiteren speziellen Variante der oben beschriebenen zweiten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird
ein gequenchtes Produktgas enthaltend eine oder beide Verbindungen aus der Gruppe bestehend aus Ethylen und Acetylen gebildet, und
das gequenchte Produktgas in Gegenwart eines oder mehrerer Katalysatoren weiterbehandelt, um ein weiterbehandeltes Produktgas umfassend eine oder mehrere organische Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher zu bilden.
In einer weiteren speziellen Variante der zweiten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist der Reaktor so eingerichtet, dass ein gequenchtes Produktgas enthaltend eine oder beide Verbindungen aus der Gruppe bestehend aus Ethylen und Acetylen gebildet wird, und
umfasst der Reaktor in Strömungsrichtung des gequenchten Produktgases auf den dritten Reaktorabschnitt folgend einen vierten Reaktorabschnitt zum Weiterbehandeln des gequenchten Produktgases, um ein weiterbehandeltes Produktgas umfassend eine oder mehrere organische Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher zu bilden, wobei in dem vierten Reaktorabschnitt ein oder mehrere Katalysatoren angeordnet sind.
Der vierte Reaktorabschnitt zur Bildung einer oder mehrerer organischer Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher, in dem ein oder mehrere Katalysatoren angeordnet sind, ist bevorzugt so eingerichtet, dass die mittlere Verweilzeit 10 ms bis 1000 ms, bevorzugt 100 ms bis 1000 ms, besonders bevorzugt 300 ms bis 1000 ms beträgt bei einer Temperatur im Bereich von 100 °C bis 1500 °C, bevorzugt von 200 °C bis 600 °C, besonders bevorzugt 200 °C bis 300 °C. Mittlere Verweilzeit und Temperatur sind dabei so gewählt, dass die Bildung von Ruß, der sich auf dem Katalysator ablagern und diesen blockieren könnte, vermieden wird.
In dieser speziellen Variante der oben beschriebenen zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorzugsweise ein Umsatz bezogen auf das im Eduktgas enthal- tene Methan von 5 % oder höher, bevorzugt 20 % oder höher und besonders bevorzugt 60 % oder höher erzielt. Bezogen auf das gebildete Acetylen wird ein Umsatz von 5 % oder höher, bevorzugt 50 % oder höher und besonders bevorzugt 70 % oder höher erzielt sowie eine Kohlenstoffausbeute an Ethylen von 20 % oder höher, bevorzugt 40 % oder höher, und bis zu 80 %, bevorzugt bis zu 90 % und besonders bevorzugt bis zu 100 % erzielt bzw. eine Kohlenstoffausbeute an Acetylen von 10 % oder höher und bis zu 50 %. Dabei sind die Kohlenstoffausbeuten an Acetylen und Ethylen additiv und betragen zusammengenommen maximal 100 %. Je nach den im vierten Reaktorabschnitt einzusetzenden Katalysatoren ist entweder ein an Acetylen oder ein an Ethylen reicher Gasstrom von Vorteil. Für die hier beschriebene spezielle Variante der oben beschriebenen zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind alle Katalysatoren geeignet, die Lewis-saure und/oder Brönsted-saure katalytisch aktive Zentren aufweisen.
Bevorzugt sind Katalysatoren (gegebenenfalls in Kombination mit Promotoren) basierend auf Elementen aus der 3. bis 14. Gruppe des Periodensystems (außer Kohlenstoff) auf einem geeigneten Trägermaterial, bevorzugt einem Trägermaterial, das Lewis-saure und/oder Brönsted-saure Zentren aufweist. Bevorzugte Elemente aus der 3. bis 14. Gruppe des Periodensystems sind Molybdän, Mangan, Eisen, Cobalt, Nickel, Aluminium, Bor und Silicium.
Bevorzugte Trägermaterialien sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alumini- umoxid, Siliciumdioxid, Siliciumdioxid-Titaniumdioxid-Gemischen, aluminiumhaltigen Tonerden, siliciumhaltigen Tonerden, synthetischen oder natürlichen silikathaltigen Mineralien wie Schichtsilikaten (z.B. Steatit), Ringsilikaten (z.B. Cordierit), Inselsilikaten, (z.B. Mullit, Sillimanit, Andalusit); Zeolithen, z.B. ZSM 5 (Zeolite Socony Mobil, entwickelt von Mobil Oil) und mesoporösen Silikatgerüsten vom MCM- (=Mobil crystalline material oder Mobil composition of matter) SBA- (=Santa Barbara Amorphous type-Silica), MSU- (=Michigan State University mesoporous silica), KSW- (benannt nach Kimura et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2000, 21, 3855-3859), FSM- (=Folded sheets mesoporous- materials), oder HMM-Typ (=Hiroshima mesopourous material) oder weiteren mesoporösen silikathaltigen Strukturen. Erfindungsgemäß besonders bevorzugte Katalysatoren sind z.B. Zeolith H-ZSM5 (eine Form des Zeolithen ZSM 5, in welchem die Metall-Kationen durch Protonen ausgetauscht sind), mit Nickel dotierter Zeolith ZSM 5 sowie ein Katalysator umfassend Molybdän auf einem Zeolithen, insbesondere Zeolith ZSM 5. Die spezielle Variante der oben beschriebenen zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei der im vierten Reaktorabschnitt zur Bildung einer oder mehrerer organischer Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher aus Acetylen und/oder Ethylen ein oder mehrere Katalysatoren angeordnet sind, zeichnet sich - insbesondere in den als bevorzugt gekennzeichneten Varianten - dadurch aus, dass die Bildung einer oder mehrerer organischer Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher aus Acetylen und/oder Ethylen in Gegenwart eines oder mehrerer Katalysatoren bei geringeren Temperaturen durchführbar ist als in Abwesenheit von Katalysatoren, da die Katalysatoren die Aktivierungsenergien der betreffenden Reaktionen senken. Ein weiterer Vorteil dieser speziellen Variante der oben beschriebenen zweiten bevorzugten Ausfüh- rungsform der Erfindung besteht darin, dass durch entsprechende Auswahl der Katalysatoren die Selektivität des Prozesses und die Bandbreite des Spektrums der erhältlichen Reaktionsprodukte beeinflusst werden kann. So kann z.B. durch Auswahl entsprechend geeigneter Katalysatoren der Anteil bestimmter Verbindungen wie z.B. Benzen und/oder Naphthalen an den gebildeten Reaktionsprodukten erhöht werden. Das gequenchte und gegebenenfalls weiterbehandelte Produktgas enthält neben den gewünschten organischen Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher auch Bestandteile mit einem Siedepunkt unterhalb von 15 °C (jeweils bezogen auf Normdruck, siehe oben). Diese Bestandteile mit einem Siedepunkt unterhalb von 15 °C umfassen insbesondere Wasserstoff, der wie oben beschrieben durch Rekombination von Wasserstoff-Radikalen oder durch Wasserstoffabspaltung aus im Plasma gebildeten Verbindungen mit zwei und mehr Kohlenstoffatomen entsteht, nicht umgesetztes oder durch Rekombination von Radikalen gebildetes Methan, gegebenenfalls Ethylen und/oder Acetylen sowie - je nach Zusammensetzung des Eduktgases - Gase aus der Gruppe bestehend aus Schwefelwasserstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Stickstoff und Edelgasen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, die Bestandteile des gequenchten Produktgases mit einem Siedepunkt unterhalb von 15 °C wenn möglich als Betriebsstoffe und/oder Energieträger für die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. für das das erfindungsgemäße Verfahren zu nutzen.
Daher ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung zusätz- lieh zu den oben beschriebenen Bestandteilen eine Einrichtung umfasst, um aus dem gequenchten Produktgas oder aus dem weiterbehandelten Produktgas ein Gas umfas- send einen oder mehrere Bestandteile aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Methan, Acetylen und Ethylen abzutrennen. Dementsprechend ist es bevorzugt, dass das erfindungsgemäße Verfahren zusätzlich zu den oben beschrieben Schritten das Abtrennen eines Gases umfassend einen oder mehrere Bestandteile aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Methan, Acetylen und Ethylen aus dem gequenchten Produktgas oder aus dem weiterbehandelten Produktgas umfasst. Dies gilt für alle Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere aber für die oben beschriebene erste und zweite bevorzugte Ausführungsform. Für das Gas umfassend einen oder mehrere Bestandteile aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Methan, Acetylen und Ethylen, das aus dem gequenchten Produktgas oder aus dem weiterbehandelten Produktgas abgetrennt worden ist, bietet sich innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. innerhalb des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Nutzung als Energieträger (insbesondere zur Bereitstellung der für die Erzeugung des Plasmas nötigen elektrischen Energie), als Quenchfluid und/oder als Plasmagas an.
Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfassen somit eine Einrichtung, um aus dem gequenchten Produktgas oder aus dem weiterbehandelten Produktgas ein Gas umfassend einen oder mehrere Bestandteile aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Methan, Acetylen und Ethylen abzutrennen zur Nutzung für einen oder mehrere Zwecke aus der Gruppe bestehend aus
Quenchfluid
Brennstoff für die Bereitstellung elektrischer Energie
Plasmagas.
Das aus dem gequenchten Produktgas oder aus dem weiterbehandelten Produktgas abgetrennte Gas umfassend einen oder mehrere Bestandteile aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Methan, Acetylen und Ethylen wird in bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens für einen oder mehrere Zwecke genutzt aus der Gruppe bestehend aus
Quenchfluid
- Brennstoff für die Bereitstellung elektrischer Energie
Plasmagas.
Alternativ oder zusätzlich ist aus dem bereitgestellten Methan enthaltenden Gas entnommenes Methan enthaltendes Gas innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. innerhalb des erfindungsgemäßen Verfahrens als Energieträger (insbesondere zur Bereitstellung der für die Erzeugung des Plasmas nötigen elektrischen Energie), als Quenchfluid und/oder als Plasmagas einsetzbar.
Aus der Einrichtung zum Bereitstellen eines Methan enthaltenden Gases wird in bevor- zugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung somit neben dem Methan enthaltenden Eduktgas auch Methan enthaltendes Gas entnommen zur Nutzung für einen oder mehrere Zwecke aus der Gruppe bestehend aus
Quenchfluid
Brennstoff für die Bereitstellung elektrischer Energie
- Plasmagas.
Aus dem bereitgestellten Methan enthaltenden Gas wird in bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens somit neben dem Methan enthaltenden Eduktgas auch Methan enthaltendes Gas entnommen für einen oder mehrere Zwecke aus der Gruppe bestehend aus
- Quenchfluid
Brennstoff für die Bereitstellung elektrischer Energie
Plasmagas.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst bevorzugt zusätzlich zu den oben beschriebenen Bestandteilen
- eine Einrichtung zum Bereitstellen elektrischer Energie umfassend eine Einrichtung zum Verbrennen mindestens eines Brennstoffs,
Mittel, um der Einrichtung zum Bereitstellen elektrischer Energie mindestens einen Brennstoff zuzuführen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:
ein Gas umfassend einen oder mehrere Bestandteile aus der Gruppe beste- hend aus Wasserstoff, Methan, Acetylen und Ethylen, das aus dem gequenchten Produktgas oder aus dem weiterbehandelten Produktgas abgetrennt worden ist,
und
ein aus der Einrichtung zum Bereitstellen eines Methan enthaltenden Gases entnommenes Methan enthaltendes Gas
Mittel zum Übertragen der bereitgestellten elektrischen Energie zu den Mitteln zum Erzeugen eines Plasmas. Die Einrichtung zum Bereitstellen elektrischer Energie ist bevorzugt eine Gasturbine oder eine Gas-und Dampf-(GuD)-Turbine.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren umfasst somit bevorzugt zusätzlich zu den oben beschriebenen Schritten die Schritte
- Bereitstellen elektrischer Energie umfassend das Verbrennen mindestens eines Brennstoffs ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:
ein Gas umfassend einen oder mehrere Bestandteile aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Methan, Acetylen und Ethylen, das aus dem gequenchten Produktgas oder aus dem weiterbehandelten Produktgas ab- getrennt worden ist,
und
ein aus dem bereitgestellten Methan enthaltenden Gas entnommenes Methan enthaltendes Gas
Erzeugen eines Plasmas mittels der bereitgestellten elektrischen Energie. Bevorzugt ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Plasma ein edelgasfreies Plasma, und die Mittel zur Erzeugung eines Plasmas in der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Mittel zur Erzeugung eines edelgasfreien Plasmas. Die Verwendung eines edelgasfreien Plasmas trägt der Tatsache Rechnung, dass am Einsatzort der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens Betriebsstoffe wie Edel- gase, die eigens von außen herangebracht werden müssen, üblicherweise nur in sehr begrenztem Maße oder gar nicht zur Verfügung stehen. Es ist erfindungsgemäß jedoch nicht ausgeschlossen, dass das Plasmagas Spuren von Edelgasen enthält, da diese ja gegebenenfalls Bestandteil des in der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. im erfindungsgemäßen Verfahren bereitgestellten Methan enthaltenden Gases sind. Somit ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass das Plasmagas kein Edelgas enthält, das aus anderen Quellen als dem in der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. im erfindungsgemäßen Verfahren bereitgestellten Methan enthaltenden Gas stammt; und den Mitteln zum Erzeugen des Plasmas kein Edelgas zugeführt wird, das aus anderen Quellen als in der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. im erfindungsgemäßen Verfahren bereitgestellten Methan enthaltenden Gases stammt.
In der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfassen die Mittel zum Zuführen eines Plasmagases bevorzugt Mittel, um mindestens ein Plasmagas zuzuführen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: ein Gas umfassend einen oder mehrere Bestandteile aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Methan, Acetylen und Ethylen, das aus dem gequenchten Produktgas oder aus dem weiterbehandelten Produktgas abgetrennt worden ist, und
ein aus der Einrichtung zum Bereitstellen eines Methan enthaltenden Gases entnommenes Methan enthaltenden Gas.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird bevorzugt mindestens ein Plasmagas zugeführt bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:
ein Gas umfassend einen oder mehrere Bestandteile aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Methan, Acetylen und Ethylen, das aus dem gequenchten Produktgas oder aus dem weiterbehandelten Produktgas abgetrennt worden ist, und
ein aus dem bereitgestellten Methan enthaltenden Gas entnommenes Methan enthaltendes Gas.
Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt, besonders bevorzugt mit einer der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dazu eingerichtet, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen, besonders bevorzugt eine der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erzeugen einer oder mehrerer organischer Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher aus einem Methan enthaltenden Gas, vorzugsweise nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Hinsichtlich bevorzugter Ausgestaltungen der Vorrichtung und des Verfahrens gelten die obigen Ausführungen.
Je nach Aufkommen an zu verarbeitendem Methan enthaltendem Eduktgas werden an einem Einsatzort eine einzelne oder mehrere parallelgeschaltete erfindungsgemäße Vorrichtungen (wie oben definiert) vorgesehen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren gewährleisten auch bei relativ geringen Methanmengen von 100 kta bis 20000 kta einen rentablen Betrieb, da Vorrichtung und Verfahren einen sehr geringen Raumbedarf haben. Erfindungsgemäß lässt sich mittels eines thermischen Plasmas, das örtlich sehr begrenzt ist, die für die Umwandlung von Methan in organische Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher nötige Energie gezielt und mit hoher Effizienz in den Prozess eintragen, d.h. ein hoher Anteil der eingetragenen Energie steht tatsächlich für die gewünschten Reaktionen zur Verfügung. Dank dieser hohen Energieeffizienz, verbunden mit dem relativ geringen Raumbedarf, zeichnen sich die erfindungsgemäß zu verwendende Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren durch eine besonders hohe Produktivität bezogen auf das zur Verfügung stehende Reaktorvolumen aus und sind besonders geeignet, um unter den Bedingungen eines begrenzten Platzangebots eingesetzt zu werden. Da die erfindungsgemäße Vorrichtung relativ kompakt und leicht auf- und abbaubar ist, erlaubt sie eine rentable Nutzung auch von Quellen mit einem zeitlich begrenzten Aufkommen an Methan enthaltendem Gas.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren sind u.a. geeignet zum Betrieb in Kombination mit - gegebenenfalls bereits bestehenden - Anlagen zur Stromerzeugung, die Methan enthaltendes Gas - z.B. Biogas, Flözgas, Grubengas oder Deponiegas - als Brennstoff nutzen. In Zeiträumen mit einem Überangebot an Strom im Netz aus anderen Quellen (z.B. durch die zunehmende Nutzung fluktuierender regenerativer Energiequellen) kann dann der durch Verbrennung des Methan enthaltenden Gases erzeugte Strom für den Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung genutzt werden und so in Form der erzeugten organischen Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher chemisch gespeichert werden. Auf diese Weise wird die Flexibilität der Anlage zur Stromerzeugung in Bezug auf Schwankungen der Aufnahmekapazität des Stromnetzes verbessert.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren erläutert. Hierbei zeigen:
Figur 1a eine erste Ausführungsform eines Reaktors für eine erfindungsgemäße
Vorrichtung
Figur 1 b eine zweite Ausführungsform eines Reaktors für eine erfindungsgemäße
Vorrichtung.
Figur 1 c einen Reaktor für die erste bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
Figur 1d einen Reaktor für eine erste Variante der zweiten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung Figur 1 e einen Reaktor für eine zweite Variante der zweiten bevorzugten Ausfüh- rungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
Figur 1f einen Reaktor für eine dritte Variante der zweiten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung Figur 2 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
Die Figuren sind rein schematische Darstellungen, nicht maßstäblich und nicht die realen Größenverhältnisse wiedergebend.
Die Figuren 1a und 1 b zeigen eine erste und eine zweite Ausführungsform eines Reak- tors für eine erfindungsgemäße Vorrichtung. Der Reaktor 60a gemäß Figur 1a bzw. der Reaktor 60b gemäß Figur 1 b umfasst drei in Strömungsrichtung aufeinanderfolgende Reaktorabschnitte, wobei die Temperatur vom ersten zum dritten Reaktorabschnitt abfällt. In bestimmten Ausführungsformen enthält der Reaktor weitere, in den Figuren nicht dargestellte Reaktorabschnitte. In den Figuren 1a und 1 b sind identische Bestandteile mit identischen Bezugszeichen versehen.
Der Reaktor 60a gemäß Figur 1a bzw. der Reaktor 60b gemäß Figur 1 b umfasst einen ersten Reaktorabschnitt 1a bzw. 1 b, in welchem
Mittel 1 1a zum koaxialen Zuführen eines Plasmagases bzw. Mittel 1 1 b zum tangentialen Zuführen des Plasmagases
- Mittel zum Erzeugen eines Plasmas, d.h. eine Elektrode 12a, 12b nebst Stromversorgung 13 zur Erzeugung eines Lichtbogens 14a, 14b
und Mittel 15 zum Abkühlen des Plasmagases 10 auf eine Temperatur im Bereich von 2500 K bis 5000 K
angeordnet sind. Im Reaktorabschnitt 1a bzw. 1 b wird
ein Plasmagas zugeführt,
mit dem zugeführten Plasmagas ein Plasma mit einer Temperatur größer als 5000 K erzeugt,
und anschließend das Plasmagas auf eine Temperatur im Bereich von 2500 K bis 5000 K abgekühlt. Die koaxiale Zuführung 1 1a des Plasmagases gemäß Figur 1a hat den Vorteil, dass das Plasmagas wandnah in den Reaktor eintritt und so zur Kühlung der Reaktorwand beiträgt. Der erzeugte Lichtbogen 14a ist jedoch fluktuierend. Die tangentiale Zuführung 1 1 b des Plasmagases gemäß Figur 1 b hat den Vorteil, dass sich ein stabilerer Lichtbogen 14b aufbaut.
In Strömungsrichtung des Plasmagases 10 auf den ersten Reaktorabschnitt 1a bzw. 1 b folgend umfasst der Reaktor 60a gemäß Figur 1a bzw. der Reaktor 60b gemäß Figur 1 b einen zweiten Reaktorabschnitt 2, in welchem Mittel 21 angeordnet sind zum Zuführen eines aus einer Einrichtung zum Bereitstellen eines Methan enthaltenden Gases ent- nommenen Methan enthaltenden Eduktgases zu dem auf eine Temperatur im Bereich von 2500 K bis 5000 K gekühlten Plasmagas 10. Der Reaktorabschnitt 2 ist so eingerichtet, dass ein Produktgas 20 enthaltend eine oder beide Verbindungen aus der Gruppe bestehend aus Ethylen und Acetylen gebildet wird.
Im Reaktorabschnitt 2 wird
- ein aus einem bereitgestellten Methan enthaltenden Gas entnommenes Methan enthaltendes Eduktgas zu dem auf eine Temperatur im Bereich von 2500 K bis 5000 K abgekühlten Plasmagas zugeführt,
ein Produktgas enthaltend eine oder beide Verbindungen aus der Gruppe bestehend Ethylen und Acetylen gebildet. In Strömungsrichtung des Produktgases 20 auf den Reaktorabschnitt 2 folgend umfasst der Reaktor gemäß Figur 1a bzw. 1 b einen dritten Reaktorabschnitt 3, in welchem Mittel 31 angeordnet sind, um das im Reaktorabschnitt 2 gebildete Produktgas 20 mit einem Methan enthaltenden Quenchfluid so in Kontakt zu bringen, dass ein gequenchtes Produktgas 30 mit einer Temperatur im Bereich von 750 K bis 1 100 K gebildet wird. Im Reaktorabschnitt 3 wird das im Reaktorabschnitt 2 gebildete Produktgas 20 mit einem Methan enthaltenden Quenchfluid so in Kontakt gebracht, dass ein gequenchtes Produktgas 30 mit einer Temperatur im Bereich von 750 K bis 1 100 K gebildet wird.
Die Mittel 21 zum Zuführen eines Methan enthaltenden Eduktgases und die Mittel 31 , um das Produktgas 20 mit einem Methan enthaltenden Quenchfluid in Kontakt zu bringen und ein gequenchtes Produktgas 30 zu bilden, sind dazu eingerichtet, ein Verhältnis von Methan im Eduktgas zu Methan im Quenchfluid im Bereich von 3: 1 bis 1 :3 einzustellen. Erfindungsgemäß wird ein Verhältnis von Methan im Eduktgas zu Methan im Quenchfluid im Bereich von 3:1 bis 1 :3 eingestellt. In den bevorzugten Ausführungsformen des Reaktors 60a gemäß Figur 1a bzw. des Reaktors 60b gemäß Figur 1 b sind im Reaktorabschnitt 3 Mittel 32 angeordnet, um das gequenchte Produktgas mit einem oder mehreren weiteren Quenchfluiden in Kontakt zu bringen, wobei die weiteren Quenchfluide ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Methan enthaltenden Quenchfluiden, Luft und Wasser. Ebenfalls bevorzugt ist der Einsatz eines Teilvolumenstroms der erzeugten organischer Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher als weiteres Quenchfluid (siehe dazu auch Figur 2). In den bevorzugten Ausführungsformen des Reaktors wird im Reaktorabschnitt 3 das gequenchten Produktgas mit einem oder mehreren weiteren Quenchfluiden in Kontakt gebracht.
Figur 1 c zeigt einen Reaktor 60c für die oben beschriebene erste bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Der Reaktor 60c ist so eingerichtet, dass ein gequenchtes Produktgas 30a enthaltend eine oder mehrere organische Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher sowie gegebenenfalls Ruß gebildet werden.
Der erste Reaktorabschnitt 1 b weist in der in Figur 1 c gezeigten Ausführungsform des Reaktors 60c denselben grundlegenden Aufbau auf wie in Reaktor 60b aus Figur 1 b, identische Reaktorkomponenten sind daher in den Figuren 1 b und 1 c mit identischen Bezugszeichen bezeichnet. In einer alternativen Ausführungsform des Reaktors für diese erste bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist der erste Reaktorabschnitt denselben grundlegenden Aufbau auf wie in Reaktor 60a aus Figur 1a.
Im zweiten Reaktorabschnitt 2c wird über Mittel 21 ein aus einer Einrichtung zum Bereitstellen eines Methan enthaltenden Gases entnommenes Methan enthaltendes Eduktgas zugeführt zu dem auf eine Temperatur im Bereich von 2500 K bis 5000 K gekühlten Plasmagas 10. Der Reaktorabschnitt 2c ist so eingerichtet, dass ein Produktgas 20 enthaltend eine oder beide Verbindungen aus der Gruppe bestehend aus Ethylen und Acetylen gebildet wird. Bevorzugt ist der Reaktorabschnitt 2c so ausgelegt, dass die Parameter Verweilzeit, Volumenstrom an Methan, und Energieeintrag durch das Plasma pro kg Methan in den oben angegebenen bevorzugten Bereichen liegen. Den dritten Reaktorabschnitt bildet eine auf die Mittel 31 , um das Produktgas mit einem Methan enthaltenden Quenchfluid in Kontakt zu bringen, folgende Auslaufstrecke umfassend ein erstes Drittel 3a, ein zweites Drittel 3b und ein letztes Drittel 3c. In der Auslaufstrecke wird das gequenchten Produktgas 30a enthaltend einen oder mehrere organische Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher und gegebenenfalls Ruß über eine definierte mittlere Verweilzeit in einem bestimmten Temperaturbereich gehal- ten. Im ersten Drittel 3a der Auslaufstrecke und am Ende der Auslaufstrecke sind Mittel 32 und 33 vorgesehen, um das gequenchte Produktgas 30a mit einem oder mehreren weiteren Quenchfluiden in Kontakt zu bringen, wobei die weiteren Quenchfluide ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Methan enthaltenden Quenchfluiden, Luft und Wasser. Ebenfalls bevorzugt ist der Einsatz eines Teilvolumenstroms der erzeugten organischer Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher als weiteres Quenchfluid (siehe dazu auch Figur 2). Das gequenchte Produktgas 30a wird in der Auslaufstrecke vorzugsweise über eine mittlere Verweilzeit von 100 ms bis 1000 ms, weiter bevorzugt von 300 ms bis 500 ms bei einer Temperatur im Bereich von 400 °C bis 1000 °C gehalten.
Figur 1 d zeigt einen Reaktor 60d für eine erste Variante der oben beschriebenen zweiten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Der Reaktor 60d ist so eingerichtet, dass im dritten Reaktorabschnitt 3d ein gequenchtes Produktgas 30b enthaltend eine oder beide Verbindungen aus der Gruppe bestehend aus Ethylen und Acetylen gebildet wird, und umfasst einen vierten Reaktorabschnitt 4d zum Weiterbehandeln des gequenchten Produktgases, um ein weiterbehandeltes Produktgas 40 umfassend eine oder mehrere organische Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher sowie gegebenenfalls Ruß zu bilden.
Der erste Reaktorabschnitt 1 b weist in der in Figur 1d gezeigten Ausführungsform des Reaktors 60d denselben grundlegenden Aufbau auf wie in Reaktor 60b aus Figur 1 b, identische Reaktorkomponenten sind daher in den Figuren 1 b und 1d mit identischen Bezugszeichen bezeichnet. In einer alternativen Ausführungsform des Reaktors für diese Variante der zweiten bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist der erste Reaktorabschnitt denselben grundlegenden Aufbau auf wie in Reaktor 60a aus Figur 1a.
Im zweiten Reaktorabschnitt 2d wird über Mittel 21 ein aus einer Einrichtung zum Bereitstellen eines Methan enthaltenden Gases entnommenes Methan enthaltendes Eduktgas zugeführt zu dem auf eine Temperatur im Bereich von 2500 K bis 5000 K gekühlten Plasmagas 10. Der Reaktorabschnitt 2d ist so eingerichtet, dass ein Produktgas 20 enthaltend eine oder beide Verbindungen aus der Gruppe bestehend aus Ethylen und Acetylen gebildet wird. Bevorzugt ist der Reaktorabschnitt 2d so ausgelegt, dass die Parameter Verweilzeit, Volumenstrom an Methan und Energieeintrag durch das Plasma pro kg Methan in den oben angegebenen bevorzugten Bereichen liegen.
Im dritten Reaktorabschnitt 3d wird durch Mittel 31 das im Reaktorabschnitt 2d gebildete Produktgas 20 mit einem Methan enthaltenden Quenchfluid in Kontakt gebracht, so dass ein gequenchtes Produktgas 30b enthaltend eine oder beide Verbindungen aus der Gruppe bestehend aus Ethylen und Acetylen mit einer Temperatur im Bereich von 750 K bis 1 100 K gebildet wird.
In dieser ersten Variante der zweiten bevorzugten Ausführungsform ist der vierte Reak- torabschnitt 4d des Reaktors 60d so eingerichtet, dass dem gequenchten Produktgas 30b durch Mittel 43 zur Kühlung bzw. Beheizung eine konstante Temperatur gewählt aus dem Bereich von 400 bis 1000 °C aufgeprägt wird, wobei gegebenenfalls Mittel 42 vorgesehen sind, um das gequenchte Produktgas mit einem oder mehreren weiteren Quenchfluiden in Kontakt zu bringen, wobei die weiteren Quenchfluide ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Methan enthaltenden Quenchfluiden, Luft und Wasser. Ebenfalls bevorzugt ist der Einsatz eines Teilvolumenstroms der erzeugten organischer Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher als weiteres Quenchfluid (siehe dazu auch Figur 2).
Figur 1 e zeigt einen Reaktor 60e für eine zweite Variante der oben beschriebenen zwei- ten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Der Reaktor 60e ist so eingerichtet, dass im dritten Reaktorabschnitt 3e ein gequenchtes Produktgas 30b enthaltend eine oder beide Verbindungen aus der Gruppe bestehend aus Ethylen und Acetylen gebildet wird, und umfasst einen vierten Reaktorabschnitt 4e zum Weiterbehandeln des gequenchten Produktgases, um ein weiterbehandeltes Produktgas 40 umfas- send eine oder mehrere organische Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher sowie gegebenenfalls Ruß zu bilden
Der erste Reaktorabschnitt 1 b weist in der in Figur 1 e gezeigten Ausführungsform des Reaktors 60e denselben grundlegenden Aufbau auf wie in Reaktor 60b aus Figur 1 b, identische Reaktorkomponenten sind daher in den Figuren 1 b und 1 e mit identischen Bezugszeichen bezeichnet. In einer alternativen Ausführungsform des Reaktors für diese Variante der zweiten bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist der erste Reaktorabschnitt denselben grundlegenden Aufbau auf wie in Reaktor 60a aus Figur 1a.
Im zweiten Reaktorabschnitt 2e wird über Mittel 21 ein aus einer Einrichtung zum Bereit- stellen eines Methan enthaltenden Gases entnommenes Methan enthaltendes Eduktgas zugeführt zu dem auf eine Temperatur im Bereich von 2500 K bis 5000 K gekühlten Plasmagas 10. Der Reaktorabschnitt 2e ist so eingerichtet, dass ein Produktgas 20 enthaltend eine oder beide Verbindungen aus der Gruppe bestehend aus Ethylen und Acetylen gebildet wird. Bevorzugt ist der Reaktorabschnitt 2e so ausgelegt, dass die Parameter Verweilzeit, Volumenstrom an Methan, und Energieeintrag durch das Plasma pro kg Methan in den oben angegebenen bevorzugten Bereichen liegen.
Im dritten Reaktorabschnitt 3e wird durch Mittel 31 das im Reaktorabschnitt 2e gebildete Produktgas 20 mit einem Methan enthaltenden Quenchfluid in Kontakt gebracht, so dass ein gequenchtes Produktgas 30b enthaltend eine oder beide Verbindungen aus der Gruppe bestehend aus Ethylen und Acetylen mit einer Temperatur im Bereich von 750 K bis 1 100 K gebildet wird.
In dieser zweiten Variante der zweiten bevorzugten Ausführungsform ist der vierte Reaktorabschnitt 4e des Reaktors 60e in einzelne aufeinander folgende Module 41 ', 41 ", 41 "', 41 "", 41 ""' gegliedert mit jeweils Mitteln 43', 43", 43"', 43"", 43""' zur individuellen Kühlung bzw. Beheizung und mit Mitteln 42', 42", 42"', 42"", 42""', um das gequenchte Produktgas 30b mit einem oder mehreren weiteren Quenchfluiden in Kontakt zu bringen. Die Quenchrate ist für jedes Modul individuell einstellbar. Somit durchläuft der Gasstrom beim Durchströmen des Reaktorabschnitts 4e ein Temperaturprofil von höheren hin zu niedrigeren Temperaturen, wobei die Temperaturen der einzelnen Module gewählt sind aus dem oben definierten Bereich, vorzugsweise aus dem als bevorzugt gekennzeichneten Bereich. Besonders bevorzugt ist ein Temperaturprofil, das sich von einem Höchstwert von 1000 °C am Eingang des Reaktorabschnitts 4e bis zu einem Mindestwert von 100 °C am Ausgang des Reaktorabschnitts 4e erstreckt. Figur 1f zeigt einen Reaktor 60f für eine dritte Variante der oben beschriebenen zweiten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Der Reaktor 60f ist so eingerichtet, dass in dritten Reaktorabschnitt 3f ein gequenchtes Produktgas 30b enthaltend eine oder beide Verbindungen aus der Gruppe bestehend aus Ethylen und Acetylen gebildet wird, und umfasst einen vierten Reaktorabschnitt 4f zum Weiterbehan- dein des gequenchten Produktgases in Gegenwart eines oder mehrerer Katalysatoren, um ein weiterbehandeltes Produktgas 40 umfassend eine oder mehrere organische Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher zu bilden.
Der erste Reaktorabschnitt 1 b weist in der in Figur 1f gezeigten Ausführungsform des Reaktors 60f denselben grundlegenden Aufbau auf wie in Reaktor 60b aus Figur 1 b, identische Reaktorkomponenten sind daher in den Figuren 1 b und 1f mit identischen Bezugszeichen bezeichnet. In einer alternativen Ausführungsform des Reaktors für diese Variante der zweiten bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist der erste Reaktorabschnitt denselben grundlegenden Aufbau auf wie in Reaktor 60a aus Figur 1a. Im zweiten Reaktorabschnitt 2f wird über Mittel 21 ein aus einer Einrichtung zum Bereitstellen eines Methan enthaltenden Gases entnommenes Methan enthaltendes Eduktgas zugeführt zu dem auf eine Temperatur im Bereich von 2500 K bis 5000 K gekühlten Plasmagas 10. Der Reaktorabschnitt 2f ist so eingerichtet, dass ein Produktgas 20 ent- haltend eine oder beide Verbindungen aus der Gruppe bestehend aus Ethylen und Acetylen gebildet wird. Bevorzugt ist der Reaktorabschnitt 2f so ausgelegt, dass die Parameter Verweilzeit, Volumenstrom an Methan, und Energieeintrag durch das Plasma pro kg Methan in den oben angegebenen bevorzugten Bereichen liegen.
Im dritten Reaktorabschnitt 3f wird durch Mittel 31 das im Reaktorabschnitt 2f gebildete Produktgas 20 mit einem Methan enthaltenden Quenchfluid in Kontakt gebracht, so dass ein gequenchtes Produktgas 30b enthaltend eine oder beide Verbindungen aus der Gruppe bestehend aus Ethylen und Acetylen mit einer Temperatur im Bereich von 750 K bis 1 100 K gebildet wird. Gegebenenfalls sind Mittel 32 vorgesehen, um das gequenchte Produktgas vor dem Kontakt mit den Katalysatoren 44 mit einem oder mehreren weiteren Quenchfluiden in Kontakt zu bringen, wobei die weiteren Quenchfluide ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Methan enthaltende Quenchfluid, Luft und Wasser. Ebenfalls bevorzugt ist der Einsatz eines Teilvolumenstroms der erzeugten organischer Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher als weiteres Quenchfluid (siehe dazu auch Figur 2). In dieser dritten Variante der zweiten bevorzugten Ausführungsform sind in dem vierten Reaktorabschnitt 4f des Reaktors 60f ein oder mehrere Katalysatoren 44 angeordnet. Bevorzugt verfügt der Reaktorabschnitt 4f über Mittel 43 zur Kühlung bzw. Beheizung. Bevorzugt sind der oder die Katalysatoren 44 im vierten Reaktorabschnitt 4f in Form eines beheizten oder unbeheizten Festbetts angeordnet. Figur 2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 100. Aus einer Einrichtung 50 zum Bereitstellen eines Methan enthaltenden Gases wird ein Methan enthaltendes Eduktgas 51 entnommen und einem Reaktor 60 zugeführt. Bei dem Reaktor 60 handelt es sich vorzugsweise um eine der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen 60a bis 60f. Der Reaktor 60 umfasst, wie oben dargelegt, mindestens drei aufeinanderfolgende Reaktorabschnitte (In Figur 2 nicht dargestellt, siehe aber die Figuren 1a-1f). Im ersten Reaktorabschnitt wird über Mittel 1 1 ein Plasmagas, z.B. ein aus der Vorrichtung 50 entnommenes Methan enthaltendes Gas 54, zugeführt, mit dem zugeführten Plasmagas ein Plasma mit einer Temperatur größer als 5000 K erzeugt, und anschließend das Plasmagas auf eine Temperatur im Bereich von 2500 K bis 5000 K abgekühlt. Im zweiten Reaktorabschnitt wird ein aus der Einrichtung 50 zum Bereitstellen eines Methan enthaltenden Gases entnommene Methan enthaltende Eduktgas 51 zu dem auf eine Temperatur im Bereich von 2500 K bis 5000 K abgekühlten Plasmagas zugeführt und ein Produktgas enthaltend eine oder beide Verbindungen aus der Gruppe bestehend Ethylen und Acetylen gebildet. Im dritten Reaktorabschnitt wird das im zweiten Reaktorabschnitt gebildete Produktgas mit einem Methan enthaltenden Quenchfluid, z.B. einem aus der Vorrichtung 50 entnommenen Methan enthaltenden Gas 52, so in Kontakt gebracht, dass ein gequenchtes Produktgas mit einer Temperatur im Bereich von 750 K bis 1 100 K gebildet wird. Je nach Einrichtung des Reaktors (Figuren 1 c- 1 f ) wird ein gequenchte Produktgas 30a enthaltend eine oder mehrere organische Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher sowie gegebenenfalls Ruß gebildet (siehe Figur 1 c), oder ein gequenchtes Produktgas 30b enthaltend eine oder beide Verbindungen aus der Gruppe bestehend aus Ethylen und Acetylen. Im letzteren Fall umfasst der Reaktor 60 einen auf den dritten Reaktorabschnitt folgend einen vierten Reaktorabschnitt zum Wei- terbehandeln des gequenchten Produktgases, um ein weiterbehandeltes Produktgas 40 umfassend eine oder mehrere organische Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher (siehe Figuren 1d-1f) sowie gegebenenfalls Ruß (siehe Figuren 1d und 1 e) zu bilden.
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst die erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 zusätzlich eine Einrichtung 70, um aus dem gequenchten Produktgas 30a oder aus dem weiterbehandelten Produktgas 40 ein Gas 71 umfassend einen oder mehrere Bestandteile aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Methan, Acetylen und Ethylen von den erzeugten organischer Verbindungen 80 mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher abzutrennen. In bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 wird von den erzeugten organischer Verbindungen 80 mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher ein Teilvolumenstrom 82 abgetrennt zur Verwendung als weiteres Quenchfluid im Reaktor 60. Der zur Weiterverarbeitung vorgesehene Anteil 81 der erzeugten organischer Verbindungen 80 mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher wird in geeigneter Weise der vorgesehenen Weiterverarbeitung zugeführt.
Das aus dem gequenchten Produktgas 30a oder nach dem Weiterbehandeln des gequenchten Produktgases 40 in der Vorrichtung 70 abgetrennte Gas 71 umfassend einen oder mehrere Bestandteile aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Methan, Acetylen und Ethylen wird in bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens für einen oder mehrere Zwecke genutzt aus der Gruppe bestehend aus
Quenchfluid 72 Brennstoff 73 für die Bereitstellung elektrischer Energie für die Erzeugung des Plasmas
Plasmagas 74.
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst die erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 zusätzlich eine Einrichtung 90 zum Bereitstellen elektrischer Energie 91 umfassend eine Einrichtung zum Verbrennen mindestens eines Brennstoffs unter Zufuhr von Luft 92. Über Mittel 93 wird der Einrichtung 90 zum Bereitstellen elektrischer Energie mindestens ein Brennstoff zugeführt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:
ein Gas 73 umfassend einen oder mehrere Bestandteile aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Methan, Acetylen und Ethylen, das in der Vorrichtung 70 aus dem gequenchten Produktgas 30a oder aus dem weiterbehandelten Produktgas 40 abgetrennt worden ist,
und
ein aus der Einrichtung 50 zum Bereitstellen eines Methan enthaltenden Gases entnommenes Methan enthaltendes Gas 53
Über entsprechende, in Figur 2 nicht dargestellte Mittel wird die bereitgestellte elektrische Energie 91 zu den (in Figur 2 nicht dargestellten) Mitteln 12a, 12b, 13 zum Erzeugen eines Plasmas im Reaktor 60 übertragen.

Claims

Patentansprüche:
1. Vorrichtung (100) zum Erzeugen einer oder mehrerer organischer Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher aus einem Methan enthaltenden Gas (51 ), umfassend
eine Einrichtung (50) zum Bereitstellen eines Methan enthaltenden Gases mindestens einen Reaktor (60, 60a, 60b, 60c, 60d, 60e, 60f), wobei dieser Reaktor umfasst:
einen ersten Reaktorabschnitt (1a, 1 b), in welchem
Mittel (1 1 , 1 1a, 1 1 b) zum Zuführen mindestens eines Plasmagases,
Mittel (12a, 12b, 13) zum Erzeugen eines Plasmas mit einer Temperatur größer als 5000 K mit dem zugeführten Plasmagas, und Mittel (15) zum Abkühlen des Plasmagases (10) auf eine Temperatur im Bereich von 2500 K bis 5000 K
angeordnet sind;
einen in Strömungsrichtung des Plasmagases (10) auf den ersten Reaktorabschnitt (1a, 1 b) folgenden zweiten Reaktorabschnitt (2, 2c, 2d, 2e, 2f), in welchem
Mittel (21 ) zum Zuführen eines aus der Einrichtung (50) zum Bereitstellen eines Methan enthaltenden Gases entnommenen Methan enthaltenden Eduktgases (51 ) zu dem auf eine Temperatur im Bereich von 2500 K bis 5000 K abgekühlten Plasmagas (10) angeordnet sind,
wobei dieser Reaktorabschnitt (2, 2c, 2d, 2e, 2f) so eingerichtet ist, dass ein Produktgas (20) enthaltend eine oder beide Verbindungen aus der Gruppe bestehend aus Ethylen und Acetylen gebildet wird; einen in Strömungsrichtung des Produktgases (20) auf den zweiten Reaktorabschnitt (2, 2c, 2d, 2e, 2f) folgenden dritten Reaktorabschnitt (3, 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f), in welchem
Mittel (31 ) angeordnet sind, um das im zweiten Reaktorabschnitt (2, 2c, 2d, 2e, 2f) gebildete Produktgas (20) mit einem Methan enthaltenden Quenchfluid so in Kontakt zu bringen, dass ein gequenchtes Produktgas (30, 30a, 30b) mit einer Temperatur im Bereich von 750 K bis 1 100 K gebildet wird; wobei die Mittel (21 ) zum Zuführen eines Methan enthaltenden Eduktgases (51 ) und die Mittel (31 ), um das Produktgas (20) mit einem Methan enthaltenden Quenchfluid in Kontakt zu bringen, dazu eingerichtet sind, ein Verhältnis von Methan im Eduktgas (51 ) zu Methan im Quenchfluid im Bereich von 3: 1 bis 1 :3 einzustellen
wobei
(i) der Reaktor (60c) dazu eingerichtet ist, ein gequenchtes Produktgas (30a) enthaltend eine oder mehrere organische Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher zu bilden
oder
(ii) der Reaktor (60d, 60e, 60f) einen oder mehrere weitere Reaktorabschnitte (4d, 4e, 4f) umfasst zum Weiterbehandeln des gequenchten Produktgases (30b), um eine oder mehrere organische Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher zu bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 1 , wobei die Einrichtung (50) zum Bereitstellen des Methan enthaltenden Gases ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus:
Einrichtungen zum Bereitstellen von bei der Erdölförderung anfallendem Erdöl-Begleitgas
Einrichtungen zum Bereitstellen von Erdgas
Einrichtungen zum Bereitstellen von Biogas
Einrichtungen zum Bereitstellen von Flözgas
Einrichtungen zum Bereitstellen von Grubengas
Einrichtungen zum Bereitstellen von durch Methanisieren von Kohlendioxid gebildetem Methan,
Einrichtungen zum Bereitstellen von Deponiegas.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Mittel (31 ), um das Produktgas (20) mit einem Methan enthaltenden Quenchfluid in Kontakt zu bringen, Mittel umfassen, um das Produktgas (20) mit einem aus der Einrichtung (50) zum Bereitstellen eines Methan enthaltenden Gases entnommenen Methan enthaltenden Quenchfluid (52) in Kontakt zu bringen. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, zusätzlich umfassend
Mittel (32, 33, 42, 42', 42", 42"', 42"", 42""'), um das gequenchte Produktgas (30) mit einem oder mehreren weiteren Quenchfluiden (72, 82) in Kontakt zu bringen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei
der Reaktor (60c) so eingerichtet ist, dass ein gequenchtes Produktgas (30a) enthaltend eine oder mehrere organische Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher sowie gegebenenfalls Ruß gebildet werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Reaktor (60d, 60e) so eingerichtet ist, dass ein gequenchtes Produktgas (30b) enthaltend eine oder beide Verbindungen aus der Gruppe bestehend aus Ethylen und Acety- len gebildet wird, und
in Strömungsrichtung des gequenchten Produktgases (30b) auf den dritten Reaktorabschnitt (3d, 3e) folgend einen vierten Reaktorabschnitt (4d, 4e) umfasst zum Weiterbehandeln des gequenchten Produktgases, um ein weiterbehandeltes Produktgas (40) umfassend eine oder mehrere organische Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher sowie gegebenenfalls Ruß zu bilden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Reaktor (60f)
so eingerichtet ist, dass ein gequenchtes Produktgas (30b) enthaltend eine oder beide Verbindungen aus der Gruppe bestehend aus Ethylen und Acety- len gebildet wird, und
in Strömungsrichtung des gequenchten Produktgases (30b) auf den dritten Reaktorabschnitt (3f) folgend einen vierten Reaktorabschnitt (4f) umfasst zum Weiterbehandeln des gequenchten Produktgases, um ein weiterbehandeltes Produktgas (40) umfassend eine oder mehrere organische Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher zu bilden, wobei in dem vierten Reaktorabschnitt (4f) ein oder mehrere Katalysatoren (44) angeordnet sind. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zusätzlich umfassend: eine Einrichtung (70), um aus dem gequenchten Produktgas (30a) oder aus dem weiterbehandelten Produktgas (40) ein Gas (71 ) umfassend einen oder mehrere Bestandteile aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Methan, Acetylen und Ethylen abzutrennen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zusätzlich umfassend: eine Einrichtung (90) zum Bereitstellen elektrischer Energie (91 ) umfassend eine Einrichtung zum Verbrennen mindestens eines Brennstoffs,
Mittel (93), um der Einrichtung zum Bereitstellen elektrischer Energie mindestens einen Brennstoff zuzuführen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:
ein Gas (73) umfassend einen oder mehrere Bestandteile aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Methan, Acetylen und Ethylen, das aus dem gequenchten Produktgas (30a) oder aus dem weiterbehandelten Produktgas (40) abgetrennt worden ist,
und
ein aus der Einrichtung (50) zum Bereitstellen eines Methan enthaltenden Gases entnommenes Methan enthaltendes Gas (53)
Mittel zum Übertragen der bereitgestellten elektrischen Energie zu den Mitteln (12a, 12b, 13) zum Erzeugen eines Plasmas.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Mittel (1 1 , 1 1a, 1 1 b) zum Zuführen mindestens eines Plasmagases (10) Mittel umfassen, um mindestens ein Plasmagas zuzuführen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:
ein Gas (74) umfassend einen oder mehrere Bestandteile aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Methan, Acetylen und Ethylen, das aus dem gequenchten Produktgas (30a) oder aus dem weiterbehandelten Produktgas (40) abgetrennt worden ist,
und
ein aus der Einrichtung (50) zum Bereitstellen eines Methan enthaltenden Gases entnommenes Methan enthaltenden Gas (54). Verfahren zum Erzeugen einer oder mehrerer organischer Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher aus einem Methan enthaltenden Gas, umfassend die Schritte
Bereitstellen eines Methan enthaltenden Gases
plasma-unterstütztes Erzeugen einer oder mehrerer organischer Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher aus einem Methan enthaltenden Gas, umfassend:
Zuführen mindestens eines Plasmagases, Erzeugen eines Plasmas mit einer Temperatur größer als 5000 K mit dem zugeführten Plasmagas, und Abkühlen des Plasmagases auf eine Temperatur im Bereich von 2500 K bis 5000 K;
Zuführen eines aus dem bereitgestellten Methan enthaltenden Gas entnommenen Methan enthaltenden Eduktgases zu dem auf eine Temperatur im Bereich von 2500 K bis 5000 K abgekühlten Plasmagas und Bilden eines Produktgases enthaltend eine oder beide Verbindungen aus der Gruppe bestehend Ethylen und Acetylen;
in Kontakt Bringen des Produktgases mit einem Methan enthaltenden Quenchfluid, so dass ein gequenchtes Produktgas mit einer Temperatur im Bereich von 750 K bis 1 100 K gebildet wird,
wobei ein Verhältnis von Methan im Eduktgas zu Methan im Quenchfluid im Bereich von 3: 1 bis 1 :3 eingestellt wird
wobei
(i) ein gequenchtes Produktgas enthaltend eine oder mehrere organische Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher gebildet wird
oder
(ii) das gequenchte Produktgas weiterbehandelt wird, um eine oder mehrere organische Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher zu bilden.
12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , wobei das bereitgestellte Methan enthaltende Gas ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus:
bei der Erdölförderung anfallendes Erdöl-Begleitgas
Erdgas
- Biogas
Flözgas
Grubengas
durch Methanisieren von Kohlendioxid gebildetes Methan,
Deponiegas. 13. Verfahren nach Anspruch 1 1 oder 12, wobei das Methan enthaltende Quenchfluid aus dem bereitgestellten Methan enthaltenden Gas entnommenes wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13, zusätzlich umfassend den Schritt in Kontakt bringen des gequenchten Produktgases mit einem oder mehreren weiteren Quenchfluiden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 14, wobei
ein gequenchtes Produktgas enthaltend eine oder mehrere organische Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher sowie gegebenenfalls Ruß gebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 1 bis 14, wobei
ein gequenchtes Produktgas enthaltend eine oder beide Verbindungen aus der Gruppe bestehend aus Ethylen und Acetylen gebildet wird und das gequenchte Produktgas weiterbehandelt wird, um ein weiterbehandeltes Produktgas umfassend eine oder mehrere organische Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher sowie gegebenenfalls Ruß zu bilden.
17. Verfahren nach Anspruch 1 1 bis 14, wobei
ein gequenchtes Produktgas enthaltend eine oder beide Verbindungen aus der Gruppe bestehend aus Ethylen und Acetylen gebildet wird und das gequenchte Produktgas in Gegenwart eines oder mehrerer Katalysatoren weiterbehandelt wird, um ein weiterbehandeltes Produktgas umfassend eine oder mehrere organische Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher zu bilden. 18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 17, zusätzlich umfassend den Schritt
Abtrennen eines Gases umfassend einen oder mehrere Bestandteile aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Methan, Acetylen und Ethylen aus dem gequenchten Produktgas oder aus dem weiterbehandelten Produktgas.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 18, zusätzlich umfassend die Schritte
Bereitstellen elektrischer Energie umfassend das Verbrennen mindestens eines Brennstoffs ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:
ein Gas umfassend einen oder mehrere Bestandteile aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Methan, Acetylen und Ethylen, das aus dem gequenchten Produktgas oder aus dem weiterbehandelten Produktgas abgetrennt worden ist,
und
ein aus dem bereitgestellten Methan enthaltenden Gas entnommenes Methan enthaltendes Gas
Erzeugen eines Plasmas mittels der bereitgestellten elektrischen Energie. 20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 19, wobei mindestens ein Plasmagas zugeführt wird ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus:
ein Gas umfassend einen oder mehrere Bestandteile aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Methan, Acetylen und Ethylen, das aus dem gequenchten Produktgas oder nach dem Weiterbehandeln des gequenchten Produktgases abgetrennt worden ist,
und
ein aus dem bereitgestellten Methan enthaltenden Gas entnommenes Methan enthaltendes Gas.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 20, wobei das Verfahren Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchgeführt wird.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 20 durchzuführen.
23. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zum Erzeugen einer oder mehrerer organischer Verbindungen mit einem Siedepunkt von 15 °C oder höher aus einem Methan enthaltenden Gas, vorzugsweise nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 20.
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