ТЕРМОЛИТИЧЕСКАЯ ФРАГМЕНТАЦИЯ САХАРОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ РЕЗИСТИВНОГО НАГРЕВА

1
3
1. Реакторная система для термолитической фрагментации сахара до С-С-оксигенатов, включающая:
1
3
1
3
реактор фрагментации, содержащий теплонесущие частицы для подачи тепла для термолитической фрагментации сахара до С-С-оксигенатов, причем указанный реактор фрагментации оборудован впускным отверстием для частиц фрагментации для введения нагретых теплонесущих частиц в реактор фрагментации, выпускным отверстием для частиц фрагментации для сбора отработанных теплонесущих частиц из реактора фрагментации, впускным отверстием для исходного сырья для введения сахара в реактор фрагментации, восходящим участком реактора фрагментации, включающим зону фрагментации и обеспечивающим возможность термолитической фрагментации сахара, и выпускным отверстием для продукта для извлечения С-С-оксигенатов;
подогреватель, причем указанный подогреватель включает:
первое впускное отверстие для газа в подогревателе,
впускное отверстие для частиц в подогревателе,
выпускное отверстие для частиц в подогревателе,
выпускное отверстие для газа в подогревателе,
систему резистивного нагрева,
первое устройство обеспечения потока для транспортировки отработанных теплонесущих частиц от выпускного отверстия для частиц фрагментации к впускному отверстию для частиц в подогревателе;
второе устройство обеспечения потока для транспортировки нагретых теплонесущих частиц от выпускного отверстия для частиц в подогревателе к впускному отверстию для частиц фрагментации;
причем система резистивного нагрева содержит нагревательную конструкцию из электропроводящего материала, причем указанная нагревательная конструкция расположена в зоне нагревания внутри подогревателя для передачи теплоты теплонесущим частицам внутри подогревателя.
2. Реакторная система по п. 1, причем нагревательная конструкция из электропроводящего материала подключена к источнику электроэнергии, причем указанный источник электроэнергии сконфигурирован для нагрева теплонесущих частиц до температуры на выходе из подогревателя, составляющей по меньшей мере 300°C, как например, 300-800°C, 400-700 или 500-650.
-7
-5
3. Реакторная система по п. 1, причем электропроводящий материал нагревательной конструкции представляет собой материал, имеющий удельное электрическое сопротивление в диапазоне от 10 Ом⋅м до 10 Ом⋅м при 20°C.
4. Реакторная система по п. 1, причем электропроводящий материал нагревательной конструкции представляет собой материал, обеспечивающий тепловой поток от нагревательной конструкции к теплонесущим частицам в диапазоне от 500 до 500000 Вт/м².
5. Реакторная система по п. 1, причем электропроводящий материал нагревательной конструкции представляет собой электропроводящий металл или металлический сплав, содержащий один или несколько из меди, серебра, алюминия, хрома, железа и никеля.
6. Реакторная система по п. 1, причем электропроводящий материал нагревательной конструкции представляет собой электропроводящий керамический материал, такой как материал, содержащий один или несколько из карбида кремния, карбида молибдена, карбида вольфрама, нитрида титана, дисилицида молибдена, дисилицида вольфрама; или их смеси.
7. Реакторная система по п. 1, причем система резистивного нагрева дополнительно содержит защитный слой, покрывающий по меньшей мере 50% поверхности нагревательной конструкции, как, например, по меньшей мере 70, 80 или 90% поверхности нагревательной конструкции.
9
9
25
8. Реакторная система по п. 7, причем защитный слой содержит материал, имеющий удельное электрическое сопротивление более 10 Ом⋅м при 20°C, как например, в диапазоне от 10 до 10 Ом⋅м при 20°C.
9. Реакторная система по п. 7, причем защитный слой содержит керамический материал, такой как карбид кремния, оксид алюминия, оксид циркония, нитрид кремния и/или огнеупорная футеровка.
10. Реакторная система по п. 1, причем теплонесущие частицы выбирают из группы, состоящей из песка, диоксида кремния, стекла, оксида алюминия, стали и карбида кремния.
11. Реакторная система по п. 1, причем средний размер частиц по Заутеру для теплонесущих частиц находится в диапазоне 20-400 мкм, как, например, 20-300, 20-200 или 20-100 мкм.
12. Реакторная система по п. 1, причем подогреватель имеет стенку реактора, а нагревательная конструкция соединяется с источником электропитания через указанную стенку реактора в фитинговых соединениях, электрически изолирующих нагревательную конструкцию от стенки реактора.
13. Реакторная система по п. 12, причем зона нагревания расположена в вертикальном направлении ниже выпускного отверстия для газа в подогревателе.
14. Реакторная система по п. 12, причем фитинговые соединения расположены в вертикальном направлении выше выпускного отверстия для частиц в подогревателе.
15. Реакторная система по п. 1, причем выпускное отверстие для частиц в подогревателе расположено в вертикальном направлении выше впускного отверстия для частиц фрагментации.
16. Реакторная система по п. 1, причем первое и/или второе устройство обеспечения потока оборудованы средствами управления текучей средой.
17. Реакторная система по п. 1, причем реактор фрагментации дополнительно включает:
впускное отверстие для псевдоожижающего газа для введения псевдоожижающего газа, и/или
1
3
первый отделитель для частиц фрагментации для отделения фракции отработанных теплонесущих частиц от C-C-оксигенатов, и/или
1
3
секцию охлаждения для быстрого охлаждения C-C-оксигенатов, и/или
1
3
второй отделитель для частиц фрагментации для отделения оставшихся отработанных теплонесущих частиц от C-C-оксигенатов, и/или
зону десорбции фрагментации для улучшения перемешивания любой проходящей через нее текучей среды.
18. Реакторная система по п. 17, причем первый отделитель для частиц фрагментации расположен внутри резервуара отделителя, и резервуар отделителя дополнительно включает зону десорбции фрагментации, оборудованную перегородками или другими внутренними устройствами для улучшения смешивания любой текучей среды, проходящей через нее, и впускным отверстием для псевдоожижающего газа в отделителе; причем зона десорбции расположена в вертикальном направлении ниже первого отделителя для частиц фрагментации, а впускное отверстие для псевдоожижающего газа в отделителе расположено в вертикальном направлении ниже зоны десорбции отделителя.
19. Реакторная система по п. 18, причем выпускное отверстие для частиц фрагментации расположено в вертикальном направлении ниже зоны десорбции фрагментации и в вертикальном направлении выше впускного отверстия для частиц в подогревателе.
20. Реакторная система по п. 1, причем подогреватель дополнительно включает:
зону десорбции подогревателя, оборудованную перегородками или другими внутренними устройствами для улучшения перемешивания любой текучей среды, проходящей через нее, и/или
второе впускное отверстие для газа в подогревателе для подачи окисляющего газа в зону десорбции подогревателя, и/или
отделитель для частиц в подогревателе, и/или
компрессор подогревателя.
21. Реакторная система по п. 20, причем зона десорбции подогревателя расположена в вертикальном направлении ниже зоны нагревания и в вертикальном направлении выше выпускного отверстия для частиц в подогревателе.
1
3
22. Способ для проведения термолитической фрагментации сахара до C-C-оксигенатов, причем указанный способ включает стадии:
a. обеспечения нагретых теплонесущих частиц, подходящих для псевдоожижения;
b. введения нагретых теплонесущих частиц в реактор фрагментации через впускное отверстие для частиц фрагментации для получения псевдоожиженного потока частиц в восходящем участке фрагментации реактора фрагментации, причем восходящий участок содержит зону фрагментации;
c. обеспечения исходного сырья, содержащего сахар;
d. введения исходного сырья в псевдоожиженный поток частиц;
1
3
е. предоставления возможности сахару подвергаться термолитической фрагментации с образованием насыщенного частицами продукта фрагментации, содержащего образовавшиеся C-C-оксигенаты;
1
3
f. отделения фракции теплонесущих частиц от насыщенного частицами продукта фрагментации для получения отработанных теплонесущих частиц и обедненного по содержанию частиц продукта фрагментации, содержащего образовавшиеся C-C-оксигенаты;
1
3
g. извлечения C-C-оксигенатов,
h. выведения отработанных теплонесущих частиц, отделенных на стадии f), из выпускного отверстия для частиц фрагментации в форме первого потока теплонесущих частиц и транспортировки первого потока теплонесущих частиц через первое устройство обеспечения потока с последующей подачей первого потока теплонесущих частиц в подогреватель через впускное отверстие для частиц в подогревателе;
i. предоставления возможности теплонесущим частицам поглощать тепло внутри подогревателя в зоне нагревания для получения нагретых теплонесущих частиц;
j. выведения нагретых теплонесущих частиц, полученных на стадии i), из выпускного отверстия для частиц в подогревателе в форме второго потока теплонесущих частиц и транспортировки второго потока теплонесущих частиц через второе устройство обеспечения потока с последующей подачей второго потока теплонесущих частиц в реактор фрагментации через впускное отверстие для частиц фрагментации; а затем
k. повторения стадий от с) до k).
23. Способ по п. 22, причем теплонесущие частицы выбирают из группы, состоящей из песка, диоксида кремния, стекла, оксида алюминия, стали и карбида кремния.
24. Способ по п. 22, причем средний размер частиц по Заутеру для теплонесущих частиц находится в диапазоне 20-400 мкм, как например, 20-300, 20-200 или 20-100 мкм.
2
25. Способ по п. 22, причем теплонесущие частицы имеют плотность потока на единицу площади поперечного сечения в зоне нагрева подогревателя в диапазоне от 5 до 10000 кг/м/с.
26. Способ по п. 22, причем поверхностная скорость газа в зоне нагрева подогревателя находится в диапазоне от 0,01 м/с до 2 м/с.
27. Способ по п. 22, причем на стадии i) отработанные теплонесущие частицы смешивают с потоком окислительного газа для окисления любых углеродистых отложений, присутствующих на поверхности отработанных теплонесущих частиц, в зоне нагрева подогревателя, причем окислительный газ содержит кислород в диапазоне 3-21 об.%
28. Способ по п. 22, причем теплонесущие частицы подвергают псевдоожижению внутри подогревателя с использованием псевдоожижающего газа подогревателя.
3
29. Способ по п. 28, причем соотношение псевдоожижающего газа подогревателя, подаваемого в подогреватель (нм/час), и сахара, подаваемого в реактор фрагментации (метрические тонны/час), находится в диапазоне от 10 до 1000, как например, от 100 до 300.
30. Способ по п. 28, причем псевдоожижающий газ подогревателя имеет содержание кислорода в диапазоне от 1 до 103 ч./млн.
31. Способ по п. 22, причем температура теплонесущих частиц, выводимых на стадии j), находится в диапазоне от 300 до 800°C, как например, в диапазоне от 400 до 800, 400-700 или 500-700°C.
32. Способ по п. 22, причем избыточный кислород из теплонесущих частиц удаляют десорбцией в зоне десорбции подогревателя перед стадией j).
33. Способ по п. 28, причем псевдоожижающий газ подогревателя содержит азот.
34. Способ по п. 22, причем нагретые теплонесущие частицы вводят на стадии b) со скоростью, достаточной для поддержания температуры по меньшей мере 250°C, как например, по меньшей мере 300, 350, 400 или 450°C, после того, как произошла термолитическая фрагментация на стадии e), причем указанная скорость является достаточной для получения псевдоожиженного потока частиц.
35. Способ по п. 22, дополнительно включающий стадию быстрого охлаждения обедненного по содержанию частиц продукта фрагментации со стадии е) при температуре по меньшей мере 50°C, так что с момента ввода исходного сырья в псевдоожиженный поток частиц до выполнения быстрого охлаждения среднее время пребывания газа составляет максимум 5 секунд, как, например, максимум 3 секунды, например максимум 2, 1, 0,8 или 0,6 секунды.
1
3
36. Способ по п. 22, дополнительно включающий подвергание обедненного по содержанию частиц продукта фрагментации второму отделению для получения неочищенного продукта фрагментации, содержащего C-C-оксигенаты.
37. Способ по п. 22, причем исходное сырье содержит водный раствор сахара, выбранного из группы, состоящей из сахарозы, лактозы, ксилозы, арабинозы, рибозы, маннозы, тагатозы, галактозы, глюкозы и фруктозы или их смесей.
38. Способ по п. 37, причем концентрация сахара в исходном сырье находится между 10 и 90 мас.%.
39. Способ по п. 22, причем энергоэффективность, измеренная как процентное соотношение энергии (кВт), подаваемой в систему резистивного нагрева, и энергии (кВт), подводимой к нагретым теплонесущим частицам, составляет по меньшей мере 80%, например, по меньшей мере от 82 до 99, или от 90 до 98%.
40. Способ по одному из пп. 22-39, причем соотношение энергии (кВт), подаваемой в систему резистивного нагрева, и сахара, подаваемого в реактор фрагментации (метрические тонны/час), находится в диапазоне от 800 до 2500, как, например, от 1100 до 2000.
1
3
41. Способ получения C-C-гидроксисоединений из сахара, включающий стадии:
осуществления способа по одному из пп. 22-40; а затем
1
3
1
3
подвергания C-C-оксигенатов процессу гидрирования с получением соответствующих C-C-гидроксисоединений.