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用于进行化学反应的反应器和方法与流程

2022-12-13 07:22:44 来源:中国专利 TAG:


1.本发明涉及根据独立权利要求的前序部分进行化学反应的反应器和方法。


背景技术:

2.在化学工业的许多工艺中,使用反应器,其中一种或多种反应物通过加热的反应管并在那里进行催化或非催化反应。特别地,加热用于克服发生化学反应所需的活化能。该反应可以整体以吸热方式进行,或者在克服活化能后以放热方式进行。本发明特别地涉及强吸热反应。
3.这些方法的示例是蒸汽裂解、各种重整工艺,特别是蒸汽重整、干重整(二氧化碳重整)、混合重整工艺、烷烃脱氢的工艺等。在蒸汽裂解中,反应管以盘管的形式引导通过反应器,盘管在反应器中具有至少一个u形弯道,而在蒸汽重整中通常使用不具有u形弯道的管子穿过反应器。
4.本发明适用于所有此类反应管的工艺和设计。ullmann的《encyclopedia of industrial chemistry》中的文章“ethylene”、“gas production”和“propene”,例如,2009年4月15日doi:10.1002/14356007.a10_045.pub2,2006年12月15日doi:10.1002/14356007.a12_169.pub2和2000年6月15日doi:10.1002/14356007.a22_211的出版物,在此仅为说明目的而引用。
5.对应的反应器的反应管通常使用燃烧器进行加热。在这种情况下,反应管穿过燃烧室,燃烧器也布置在燃烧室中。
6.然而,例如,在de102015004121a1(类似于ep3075704a1)中所述,例如,在本地二氧化碳排放减少或不减少的情况下生产的合成气和氢气的需求正在增加。然而,由于典型的化石能源载体的燃烧,使用燃烧反应器的工艺无法满足这一需求。例如,由于成本高,其他工艺被排除在外。这同样适用于通过蒸汽裂解或烷烃脱氢提供烯烃和/或其他烃。在这种情况下,也需要至少在现场排放较少量二氧化碳的工艺。
7.在此背景下,前述的de102015004121a1提出除了燃烧之外还对用于蒸汽重整的反应器进行电加热。在这种情况下,使用一个或多个电压源,在三个外部导体上提供三相交流电压。每个外部导体连接到反应管。形成星形电路,其中,星点由收集器实现,管道通向该收集器并且反应管与该收集器导电连接。这样,收集器理想地保持无电位。在竖直方向上,收集器布置在燃烧室下方和外部并且优选地横向于反应器管或沿着水平方向延伸。wo2015/197181a1同样公开了一种反应器,其反应管布置在星点电路中。
8.除了直接加热反应管(电流流经反应管)外,还有各种各样的间接电加热反应管的概念。如wo2020/002326a1中所述,间接电加热可以以外部电加热的形式发生。内部加热也是可能的,例如,如wo2019/228798a1所公开的。除了电阻或阻抗加热之外,例如,如wo2017/072057a1中所述,可以发生反应管或催化剂床的感应电加热。例如,感应加热可以加热内部或外部加热元件或反应管本身。反应管的直接(无感应)加热也公开在de102015004121a1中。对于加热,可以实现使用多相或单相交流或直流电的基本概念。在用直流电或单相交流
电直接加热反应器的情况下,不能实现无电位星点的星形电路,但电力输入大致可以用类似的方式实现。本发明适用于电加热的所有变体。
9.wo2004/091773a1描述了一种用于在高温下进行气体反应的电加热反应器。反应器包括反应器块、被外壳包围的一个或多个适合电加热的材料的整体模块、穿过模块并被设计为反应通道的通道、以及用于在反应器块中导电或感应电流的装置。在这样的反应器操作期间的安全性将得到提高,因为反应器块的外壳具有以气密方式密封反应器块的双壁护套,以及用于将惰性气体进料到双壁护套中的至少一个装置。
10.正如下面所解释的,在电加热反应器的情况下,必须注意与安全有关的特殊方面。本发明的目的是说明考虑到这些方面的措施,并以这种方式允许电加热反应器的有利操作。


技术实现要素:

11.针对这种背景,本发明提出了根据独立权利要求的前序部分的用于进行化学反应的反应器和方法。实施例是从属权利要求和以下描述的内容。
12.在作为本发明基础的通电炉概念(术语“炉”通常被理解为表示对应的反应器或至少其绝热的反应空间)中,例如反应管或其对应的管段(以下也简称为“管”)本身用作电阻器以生成热量。与通过外部电加热元件的间接加热相比,这种方法具有更高的效率以及更高的可达到的热流密度的优势。然而,如一开始所述,在本发明的范围内,也可以执行任何其他类型的电加热(直接或间接地,以电阻、阻抗或感应加热的形式,借助于单相或多相交流电或直流电),如果证明所述加热是有利的。
13.在多相交流电加热的情况下,电流经由m个单独连接的相进料到被直接加热的反应管。连接到m相的导电反应管也可以电连接到星点。相数m特别是3,对应于常规三相电流源或三相电流网络的相数。然而,原则上,本发明不限于三相的使用,还可以使用更多的相,例如,4、5、6、7或8的相数。相位偏移特别是360
°
/m,即在三相交流电的情况下为120
°

14.在多相交流电的电加热中,相之间的电位均衡是通过星形电路在星点处实现的,这使得连接的管道的电气绝缘变得多余。这代表了这种炉概念的一个特别的优点,因为在用于绝缘特定区段的金属反应管的破裂是不期望的,特别是因为使用的高温以及因此需要的高的材料和施工费用。
15.然而,根据本发明提出并在下文解释的措施以相同的方式适用于使用单相交流电和直流电,并且本发明可以用在用交流电加热的反应器和用直流电加热的反应器中,或者也可以用于对应的混合形式。如上所述,本发明也适用于间接加热的反应管。在直流电布置中,例如,仅电流源的类型和与电力进料相对的反应管区域或通电的相应区段与交流电布置不同。在后者中,仅可选地执行不同管段的电连接。由于在直流电布置中不存在无电位的星点,因此应提供合适的电流放电元件,其将电流安全地引导回外部。后者可以类似于下面描述的电力输入进行设计。
16.用权利要求的语言来说,本发明涉及一种用于进行化学反应的反应器,反应器包括反应器容器(即,隔热或至少部分隔热区域)和一个或多个反应管,其中,用于电加热反应管的一个或多个电力输入元件被引导到反应器容器中。根据本发明,电力输入元件具有杆状区段,或多个电力输入元件分别具有杆状区段,其中,杆状区段在壁通道中或分别在壁通
道中延伸穿过反应器容器的壁。
17.在本发明的范围内,杆状区段突出到其中的连接腔室被布置在反应器容器的外部并且邻近电力输入元件的杆状区段所穿过的壁,即其中形成壁通道的壁。杆状区段(下文中,复数仅用于简化,但没有任何由此产生的预期限制;然而,这些解释以相同的方式应用于单独存在的元件)在连接腔室中连接
‑‑
特别地,连接到柔性接触元件
‑‑
例如,连接到股线、电源板、层状条、或电流弹簧,例如,也通过适当的中间区段或中间元件进行连接。这些柔性接触元件用不连接到杆状区段的端部固定到刚性接触元件上,刚性接触元件通常不可移动地布置在连接腔室中,例如以在壁中绝缘的方式,并且例如由dc或ac变压器供电。柔性接触元件补偿杆状区段在壁通道中的纵向运动。换句话说,杆状区段以纵向可移动的方式容纳在壁通道中。
18.在本发明的范围内,杆状区段以纵向可移动的方式容纳在其中的壁通道被设计为透气的,即可以发生从反应器容器到连接腔室的特定气体转移,反之亦然。
19.根据本发明,通过对应设置的气体进料装置
‑‑
例如,包括进料喷嘴或开口、管线、以及与之连接的气藏
‑‑
将惰性气体加载到连接腔室中,该惰性气体至少部分进料到连接腔室中并通过壁通道流出到反应器容器中。惰性气体至少部分地进料到连接腔室。进入连接腔室的进料产生有利的效果,即连接腔室被冲洗,在连接腔室中实现另外的冷却效果,以及从下到上实现在反应器容器中尽可能引导的冲洗流。可以在任何点提供另外的进料点,例如,为了进一步改善反应器容器中的冲洗流
‑‑
特别是为了避免氧可能积聚的死区。
20.下面参考实施例进一步描述本发明,其中,一个或多个反应管的多个管段分别在反应器容器内的第一区域和第二区域之间延伸,并穿过第一区域和第二区域之间的中间区域,并且其中,用于管段的电加热的第一区域中的管段分别电连接或能够电连接到电源的一个或多个电源连接头,即,在直流电布置的情况下,连接到一个或多个直流电连接头,以及在交流电布置的情况下,连接到多相交流电流源的相连接头(“外部导体”),如下文详细说明的。另外,在同样可能的间接加热中,用于对应的加热设备的连接元件被引导穿过反应器容器的壁。
21.如上所述,在本发明的相应实施例中,分别,相应的交流电压经由相连接头由交流电布置提供,并且相连接头的交流电压以上述方式相移。例如,供电网络或合适的发电机和/或变压器可以用作交流电流源。管段形成星形电路,其中它们在它们相应的与电源相对的端部(即,在第二区域中)彼此导电连接。
22.另一方面,在直流电布置的情况下,在其他实施例中,相同或不同的静态电位经由一个或多个直流电连接头被馈送,并且电流提取元件被设置在与电力输入相对的相应端部。当使用来自一个或多个电流源的单相交流电时,以类似的方式同样适用。
23.在中间区域中,本发明的实施例中提到的管段尤其自由地穿过反应器容器,即,没有机械支撑,没有电接触,和/或没有彼此之间的流体或纯机械交叉连接。在该实施例中,它们特别是在中间区域中大致或完全直线延伸,其中,“大致直线”应理解为意味着存在小于10
°
或5
°
的角偏差。
24.特别是蒸汽裂解中的裂解反应是强吸热反应。为了通过直接加热(欧姆电阻)为反应提供必要的能量,需要高电流强度,在前述反应器概念中,这是由放置在反应器外部的一个或多个变压器提供的。
25.在上述电加热的所有概念中,电流必须以最低的损耗(低电阻)从外部传导到隔热反应器的内部,并传导到工艺进行区域。
26.为了减少热损失,从而获得较高的系统效率,必须将电加热反应管放置在隔热盒(这里称为反应器容器)中。当穿过反应器容器的隔热壁时,电流导体必须克服准绝热区,而这些区域不出现不允许的高局部温度。
27.因此,在刚刚解释的本发明的特别优选实施例的范围内,在反应器的第一区域中,即在电力输入区域中,提供电力输入装置,相应的管段或相应的一组管段电连接到该电力输入装置。管段的数量被设置为,多个管段中的相应一个或相应一组能够连接到电力输入装置中的相应一个,反之亦然。在本发明的范围内提供的电力输入装置的数量取决于在交流电布置的情况下多相交流电流源的相连接头的数量,或者该数量对应于直流电连接头的数量。
28.电力输入元件分别具有所述杆状区段中的至少一个,杆状区段中的每个在其壁通道处穿过反应器容器的壁。与股线或类似物形成对比,例如,在本发明的所有实施例中,杆状区段特别地形成为单件(即,特别地,特别是不以平行或编织线的形式)。它可以设计为实心或至少部分管状的,即空心杆。杆状区段具有垂直于反应器容器的壁的纵向延伸,该纵向延伸至少是与反应器容器的壁平行的最大横向延伸的两倍大
‑‑
特别是至少三倍、四倍、或五倍并且例如可达十倍大。杆状区段的横截面可以形成为例如圆形、椭圆形、三角形或多边形,或者可以具有任何其他形状。
29.在本发明的所有实施例中,惰性气体可以是具有分别超大气含量的氮气、二氧化碳、和/或氩的气体或气体混合物,或者设置气体进料装置以提供对应的惰性气体。特别是,含量可以超过50%、60%、70%、80%、或90%。因此,它不一定是传统意义上的纯粹的“惰性气体”;相反,如果惰性气体
‑‑
特别是由于其不可燃气体的含量
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至少部分地降低了混合物的可燃范围,即降低了点火、爆炸、或燃爆的风险,就足够了。在本发明框架内使用的惰性气体可特别具有低于大气的氧含量-例如,氧含量小于10%、5%、1%、0.5%、或0.1%。惰性气体也可以是(基本上)无氧的。
30.通过根据本发明进行惰性气体的进料,本发明使得电力输入元件的杆状区段可移动地容纳在反应器容器的壁中,而不需要气密密封,否则为避免可燃气体逸出到环境中
‑‑
例如,当反应管损坏时(“盘管撕裂”)-则需要。在本发明的范围内,因此,壁通道从而可以显著地更加紧凑并且是永久性的,因为不需要密封材料。这里有利的是,从连接腔室到环境的所有组件现在都具有非常小的补偿运动,因此相对于反应器容器壁本身的气密性的实现在这里显著简化。
31.与根据本发明使用的纯电加热反应器相比,盘管撕裂在传统的燃烧反应器中较少出现安全问题,因为在燃烧反应器中以烃-蒸汽混合物的形式从反应管中排出的可燃气体通过在反应容器或对应的燃烧室中发生的燃烧立即和连续地反应,或者因为由于发生的燃烧而在反应容器的其它区域中存在显著降低的氧含量,并且因此围绕反应管的气体空间已经基本上“惰性化”。相反,在纯电加热的情况下,对应的可燃气体可能积聚在反应器容器中,并且在那里,在空气的正常氧含量和高于自燃温度的温度下,例如达到爆炸或燃爆极限。在没有燃爆的燃烧情况下,完全或不完全燃烧也导致能量输入,并且因此可能过热。与从反应管中流出的气体体积一起,完全或不完全燃烧本身也可导致显著的压力增加。这种
压力增加被降低,因为通过使用惰性气体阻止或至少极大地限制了排出的气体混合物的燃烧。
32.然而,通过将惰性气体特定地进料到连接腔室中或者(至少)通过将惰性气体加载到连接腔室,本发明实现了已经提到的另外的优点,包括连接腔室和反应器容器之间的壁的密封不必设计为完全气密的,由于高温,完全气密仅可以以非常高的材料费用来执行,例如,使用耐热的波纹管结构等。由于惰性气体从连接腔室有利地连续流出到反应器容器中,所以还可以实现对流散热,并且因此可以实现对连接腔室的冷却或支持已有冷却。
33.有利的是,如前所述,至多非常小的补偿运动发生在连接腔室和反应器容器之外。因此,根据本发明的一个实施例,反应器容器和连接腔室一起以气密的方式被封装,除了一个或多个规定出口的可选例外
‑‑
例如,以一个或多个烟道的形式。在此,术语“规定出口”应该理解为一种针对气体逸出而有针对性地打开的或能打开的出口,例如永久打开的出口开口或一种能通过增大的内压打开的、用作止回阀的气体出口封盖。“规定出口”不同于由不可避免的泄漏所导致的开口。气密封装可以使用分离的外部容器(安全壳)来提供,该外部容器再次单独地包围反应器容器和连接腔室,反应器容器和连接腔室中的每个都具有其自己的外壁。然而,将反应器容器和连接腔室的外壁设计为气密也是有利的,除了其中电力输入元件的杆状区段以可纵向移动的方式容纳在壁通道中所在的壁之外,并且同样除了规定出口之外。
34.如前所述,反应器容器可以具有一个或多个规定出口,规定出口可以连接到一个或多个烟道。在这种情况下,一个或多个烟道可以具有这样的尺寸,该尺寸使得能够减轻由于所述的影响而产生的超压,并且作为烟道效应的结果,在反应器容器中实现轻微的负压。在反应管损坏导致烃逸出的情况下,惰性化到一定程度并对环境“开放”的系统(由于烟道的作用)可以将反应器容器内的压力增加速率限制在可容忍量。按照本发明的方式使用惰性气体,包括用相对少量的惰性气体连续冲洗,确保没有环境空气回流到反应器容器和连接腔室中。此外,由于密封不足造成的小的泄露空气进入可以通过这种方式得到补偿。
35.所提出的充满惰性气体的腔室(反应器容器和连接腔室)的概念使得减少这些腔室中的氧含量成为可能。如根据本发明可以使用的,逸出烃的反应速率,以及因此显著的附加体积增加速率(作为反应热输入的结果),在一级近似下,与氧分压相关。这种相关性总结在下面的表1中,其中,γo2表示氧分压,v
reac
表示与反应相关的体积增加速率。
36.最大允许压力p
max
取决于各个腔室或周围安全壳的机械稳定性。该压力必须至少与盘管撕裂或相应的其他安全相关事件中的压力p
box
一样大,这又取决于相关腔室的体积vbox
、烟道直径d
chimney
、和氧分压:p
max
≥p
box
=f(v
box
,d
chimney
,γo2)
37.这一要求导致了烟道尺寸的设计基础,即与环境的开放连接,反之亦然。下面在图6再次解释了这种关系。例如,如图6中的虚线601和602所示,如果在这里使用20毫巴的最大允许压力增加作为基础,以便能够使用直径为500毫米的烟道(虚线601),则可以产生仅约10立方米/秒的反应相关体积增加速率,这导致约1%的最大氧含量,该最大氧含量由惰性化调节。相反,如果要进行惰性化至氧含量至多1%,则必须使用直径至少500毫米的烟道直径。为了能够使用直径为900毫米的烟道(虚线602),可以产生仅约42立方米/秒的反应相关体积增加速率,这导致约4%的最大氧含量,该最大氧含量由惰性化调节。相反地,与上面的解释类似,如果要进行氧含量至多4%的惰性化,那么在这里必须使用至少900毫米的烟道直径。
38.相关腔室中的氧含量越小,体积增加越小。因此,必须排放额外体积的应急烟道的直径也可以更小。对于有效地限制氧含量来说,重要的是始终对环境有足够好的密封,以尽可能或以充分的方式防止含氧泄露空气的进入。
39.换句话说,在本发明的框架内,通过惰性气体调节反应容器和/或连接腔室中的最大氧含量,所述最大氧含量是根据一个或多个烟道的尺寸选择的,或者设置气体进料装置用于进料惰性气体或在此基础上调节氧含量。
40.进料的惰性气体的量可以通过对应的调节装置调节
‑‑
特别是根据一个或多个烟道中的氧气测量
‑‑
从而使氧含量在操作期间保持恒定。对应的安全概念例如还可以包括当测得的氧含量超过目标氧含量时阻止或继续阻止反应器的操作。例如,只有当所需的氧含量不足时,才能释放烃进入反应管中的进料和/或其加热。当检测到故障时,通常可以阻止向反应管中加入烃类的反应操作。
41.例如,可以通过压力测量传感器来检测气体从反应管中的不允许的逸出,其中,当检测到气体逸出时,可以阻止烃进料到反应管,以使得逸出的烃的总量最小化。
42.为了检测非常小的损坏(没有急剧压力增加的泄漏流量),也可以连续测量一个或多个烟道中的烃含量(例如,以一氧化碳当量的形式)。不允许的值同样可以导致阻止烃进料。
43.因此,更一般地说,本发明可以包括在一个或多个烟道中基于压力和/或烃测量来确定并且如果该值超过预定阈值,则启动一个或多个安全措施。
44.根据本发明的一个实施例,可以在连接腔室中提供冷却流体可以流过的冷却面板,并且设置在至少两个或至少两组突出到连接腔室中的杆状区段之间。
45.本发明的这个实施例中的冷却面板有利地被设计为至少在一个区段中是平坦的,即,它们在以彼此相距一定距离布置的两个边界表面之间延伸,其中边界表面的距离限定了冷却面板的厚度,并且沿着边界表面的延伸超过该厚度的两倍、五倍、十倍或二十倍。边界表面可以是平面的或弯曲的边界表面,从而冷却面板可以是平坦的和平面的,但是它们也可以是弯曲的,使得冷却面板在这种情况下可以是平坦的和半圆柱形或部分圆柱形弯曲的。不同的冷却面板也可以有不同的尺寸或设计。“边界表面”是限定冷却面板最大厚度的表面。冷却面板不必在整个表面上靠在这些边界表面上。
46.这些尺寸分别应用于冷却面板中的每一个,即,第一冷却面板可以倾斜或垂直于
第二冷却面板布置。多个冷却面板可以相对于彼此旋转,特别是绕平行于电力输入元件的杆状区段的纵向延伸方向并垂直于反应器容器的壁的轴线旋转。
47.特别地,冷却面板可以被配置为使冷却流体在总体上对应于垂直或平行于杆状区段的方向的方向上流动通过,例如,流动通过平行于杆状区段的侧面上冷却流体的相应进料和取出开口。
48.冷却面板的厚度可以在0.5厘米至10厘米的范围内,特别是1厘米至5厘米,至少在所述尺寸的区段内是如此。
49.特别地,在本发明的这个实施例中的连接腔室可以具有侧壁,这些侧壁分别垂直于电力输入元件的杆状区段在壁通道中所穿过的反应器容器的壁延伸。一个或多个另外的冷却面板可以布置在这些侧壁中的至少一个上或平行于这些侧壁中的至少一个布置。与前面提到的冷却面板一样,这些冷却面板可以用基本尺寸来设计。
50.特别地,连接腔室还可以具有底壁,该底壁平行于电力输入元件的杆状区段各自在壁通道中所穿过的反应器容器的壁延伸,其中,前述元件布置在所提到的反应器容器的壁和连接腔室的底壁之间。该底壁可以至少部分地设计为中空壁,并被配置用于供上述或另外的冷却流体流过。
51.在本发明中,除了电力输入元件本身的对应的尺寸和设计之外,所述冷却确保总体上保持足够低的温度
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特别是用于连接高导电和/或柔性接触元件的温度。
52.特别地,与根据本发明提出的惰性化配合,由于可以可靠地防止超过临界温度,因此可以显著地提高操作安全性。
53.根据本发明,如前所述,电力输入元件的杆状区段分别在它们的壁通道中被纵向可移动地引导穿过反应器容器的壁。以这种方式确保的移动自由对于反应管的力学行为特别有利,反应管的力学行为主要由反应器操作期间几分米的管热膨胀所支配。由于移动自由,减少了反应管上使用刚性紧固会发生的弯曲负荷。另一方面,也如下面所述,在交流电加热的情况下,反应管可以用刚性星桥固定到第二区域中的反应器顶部上,从而即使在电力输入元件的杆状区段具有对应的纵向移动性的情况下,也以这种方式提供稳定的悬置。由于它们具有足够大的管线横截面的有利尺寸,电力输入元件的杆状区段确保了反应管的安全横向引导。另一方面,如前所述,通过冷却腔室中的连接
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特别是通过柔性接触元件
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从冷却腔室伸出环境的组件现在具有非常小的补偿运动。如多次提到的,根据本发明的惰性化简化了该实施例,因为壁通道本身不必是气密的。
54.本发明可用于蒸汽裂解的反应管和反应器,在反应器容器中具有几个u形弯道。然而,本发明也可用于其他类型的反应器,例如就像它们被用于所述的蒸汽重整一样,其中,反应管在反应器容器中没有任何u形弯道。根据本发明提出的反应器可用于进行任何吸热化学反应。
55.本发明还涉及一种使用具有反应器容器和一个或多个反应管的反应器进行化学反应的方法,其中,一个或多个电力输入元件被引导到反应器容器中,用于一个或多个反应管的电加热。
56.根据本发明,使用了一种反应器,其中,一个或多个电力输入元件分别具有杆状区段,并且一个或多个杆状区段分别在相应壁通道处穿过反应器容器的壁。
57.连接腔室位于反应器容器的外部并且邻近反应器容器的其中形成有一个或多个
壁通道的壁,一个或多个杆状区段突出到连接腔室中。设置了气体进料装置,该气体进料装置被设置为将惰性气体加载到连接腔室,并且一个或多个杆状区段以纵向可移动的方式容纳在其中的壁通道被设计为透气的,使得进料到连接腔室中的惰性气体的至少一部分流入反应器容器中。
58.在本发明的特别优选实施例中,使用了一种反应器,其中,一个或多个管段中的一定数量的管段分别在反应器容器中的第一区域和第二区域之间延伸,并且用于加热管段的第一区域分别电连接到电流源的一个或多个电源连接头。
59.在该实施例中,使用一种反应器,该反应器具有电力输入装置,管段中的相应一个或相应一组电连接到电力输入装置,并且电力输入装置中的每个都具电力输入元件中的一个,该电力输入元件具有杆状区段,杆状区段分别在壁通道处穿过反应器容器的壁。连接腔室设置在反应器容器的外部并邻近杆状区段在其壁通道中所穿过的反应器容器的壁,杆状区段突出到连接腔室中。杆状区段以纵向可移动的方式被容纳在壁通道中。杆状区段以纵向可移动的方式被容纳在其中的壁通道是透气的,并且根据本发明还提供了装置,该装置被设置为将惰性气体加载到连接腔室,并允许惰性气体至少部分地通过壁通道流出到反应器容器中。
60.对于其中有利地使用根据前面解释的本发明的实施例中的一个的反应器的对应方法的另外的特征和优点,参考上述解释。
61.下面将参照附图进一步说明本发明,其中参照并对比现有技术解释说明了本发明的实施例。
附图说明
62.图1示意性地示出了根据不是根据本发明的实施例的用于进行化学反应的反应器。
63.图2示意性地示出了根据本发明实施例的用于进行化学反应的反应器。
64.图3示意性地示出了根据本发明的另外的实施例的用于进行化学反应的反应器。
65.图4a和4b示出了根据本发明的另外的实施例的用于进行化学反应的反应器的部分视图。
66.图5示意性地示出了根据本发明的另外的实施例的用于进行化学反应的反应器。
67.图6示意性地示出了根据本发明实施例的烟道尺寸的设计原则。
具体实施方式
68.在下面的图中,功能或结构上彼此对应的元件由相同的附图标记指示,并且为了清楚起见,不重复说明。如果在下面解释了设备的组件,则对应的解释也将分别涉及用之执行的方法,反之亦然。附图的描述反复提到交流电加热。然而,如前所述,本发明也以同样的方式适用于使用直流电加热。这里参照上文的解释。
69.图1示意性地示出了根据不是根据本发明的实施例的用于进行化学反应的反应器。
70.这里指示为300的反应器是为了进行化学反应而设置的。为此目的,特别地,它具有隔热的反应器容器10、以及反应管20,其中反应管20的许多管段(在这里仅以两种示例用
21表示)分别在反应器容器10中的第一区域11’和第二区域12’之间延伸。下面将参照图2更详细地说明的反应管20通过适当的悬架13连接到反应器容器的顶部或支撑结构上。在较下方的区域中,反应器容器可以特别地具有炉(未示出)。不言而喻,在这里和随后的每种情况下都可以提供多个反应管。
71.图2示意性地示出了根据本发明的配置的用于进行化学反应的反应器,其总体由100指示。
72.前述由11’和12’指示的区域在这里采用区域11和12的形式,其中用于加热第一区域11中的管段21的管段21可以分别电连接到多相交流电流源50的相连接头u、v、w。开关等以及具体的连接类型未示出。
73.在这里所示的本发明的实施例中,管段21通过连接元件30在第二区域12中彼此导电地连接,该连接元件30一体地连接到一个或多个反应管20并布置在反应器容器10内。中性导体也可以与其连接。
74.在这里所示的反应器100中,反应管20的多个管段21(尽管可以设置多个这样的反应管20),因此并排地布置在反应器容器10中。管段21通过u形弯道23(仅部分示出)进入彼此,并连接到进料段24和提取段25。
75.第一组u形弯道23(在图中的底部)并排布置在第一区域11中,第二组u形弯道23(在图中的顶部)并排布置在第二区域12中。第二组的u形弯道23形成在连接元件30中,并且管段21从在第二区域12中的连接元件30延伸到第一区域11。
76.在本发明的范围内,连接元件30的使用是可选的但有利的。另一方面,下面解释的本发明的实施例特别涉及用于在第一区域11中输入电力的装置的实施例。后者通过使用电力输入元件41来实现,这里以高度简化的方式示出了电力输入元件41,并且只指示了其中的一个。
77.如下文还特别参照图4a和4b所说明的,电力输入元件41突出到连接腔室60中。电力输入元件41
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更准确地说,其杆状区段
‑‑
以纵向可移动的方式在对应的壁通道处容纳在将反应器容器10与连接腔室60分离的壁中,其中,在这里不产生气密封闭。如箭头i所示(相应地只指示出一个箭头),提供惰性气体,该惰性气体被进料到连接腔室60中,并通过壁通道进入反应器容器10,电力输入元件41以纵向可移动的方式容纳在壁通道中。为了提供和进料惰性气体,提供适当的气体进料装置,该装置在这里被大大简化,用80指示,并且包括例如一个或多个气罐和对应的管线81。
78.图3示意性地示出了根据本发明实施例的用于进行化学反应的反应器,其总体由200指示。
79.在反应器200中,管段
‑‑
这里作为对比,用22指示
‑‑
分别都包括由若干反应管20组成的管段22,其中,管段22以非流体连接的方式并排地布置在反应器容器10中,并且分别都连接到进料段24和提取段25。对于其余元件,请明确参照上述与上述数字有关的解释。
80.同样,在本发明的范围内使用连接元件30是可选的,尽管是有利的。这里也以大大简化的方式示出了电力输入元件41和连接腔室60。惰性气体i的进料在这里进行,基本如上文所述。电力输入元件可以具有套筒状区域49,套筒状区域49被放置在第一区域11中,围绕反应管20或管段。
81.图4a和4b示出了根据本发明实施例的具有连接腔室60的反应器100的纵剖面(图
4a)和横截面(图4b)的部分视图,其中,在横截面(图4b)中,仅示出了一些选定的元件。图4a和4b特别地被大大简化,因为在实际反应器中可以提供数量明显更多的所示元件。
82.具体如图4a所示,电力输入元件的杆状区段43分别在壁通道15中延伸穿过反应器容器10的壁14。杆状区段43分别以纵向可移动的方式被容纳,如多次提到的,并且在壁通道15处不存在气密封闭。连接腔室60(杆状区段43突出到连接腔室60中)被布置在反应器容器10的外部并邻近杆状区段43在其壁通道15中所穿过的反应器容器10的壁14。由于壁通道15中没有形成气密封闭,如箭头i1所示,通过适当的开口82或喷嘴进料到连接腔室中的惰性气体可以流入反应器容器,如箭头i2所示。如图4b中的箭头i3所示,惰性气体也可以横向地进料到连接腔室60中。
83.冷却面板61可以被设置在连接腔室60中,并且可以特别明显地如图4b中布置。冷却流体可以流过它们,并且它们可以被布置在突出到连接腔室60中的杆状区段43中的至少两个或至少两组之间。
84.连接腔室60具有侧壁62,侧壁62分别垂直于杆状区段43所穿过的反应器容器10的壁14延伸,其中,如图4b所示,并且如图4a所未单独示出的,一个或多个另外的冷却面板63也可以布置在至少一个侧壁62上。
85.连接腔室60具有如图4a所示的底壁64,该底壁64平行于杆状区段43所穿过的反应器容器10的壁14延伸,其中,底壁64至少在一个部分中形成为中空壁,并且同样被设置为供冷却流体流过。连接腔室60被设计为不具有用于在冷却面板61和杆状区段43周围的气体气氛65中提供强制对流的装置。
86.在连接腔室60中,在图4a中示出为股线66的柔性连接元件连接到杆状区段43,并且以其未连接到杆状区段43的端部紧固到刚性接触元件67,刚性接触元件67不可移动地被布置在连接腔室60中,并在这里紧固在底部64中的隔热和气密容器中(没有更详细的标记)。
87.图5示意性地示出了根据本发明的另外的实施例的用于进行化学反应的反应器,该反应器是根据前述图的图示的延伸,其中,上面在图2中已经示出的元件部分未示出。这些元件可能都是图5所示反应器的部分。在图5中,特别是以大大简化的方式示出了反应器容器10和连接腔室60。
88.如这里所示,反应器容器10通过规定出口71连接到烟道70,烟道70在邻接反应器容器10的区域中具有适当的隔热材料72。烟道70相对于地面的高度h可为例如20至50米,以便在事故情况下能够将逸出的烃消散到安全位置。同样可以提供所谓的速度密封件74,以及用于检测烟道气体中的氧和/或烃含量的一个或多个传感器。可选地,在烟道出口的区域中,可以另外安装点火装置或引燃器73,以便在发生灾难时至少部分阻止未燃烧的烃逃逸到大气中。
89.图6以图表的形式示意性地说明了根据本发明实施例的烟道尺寸设计的原则,其中,在横坐标上以百分比为单位绘制氧含量,在纵坐标上以m3/s为单位绘制与反应有关的体积增加速率。图形601表示已经参考上述表格解释的关系。虚线602表示在烟道直径为500毫米的情况下,最大压力增加20毫巴所需的值;虚线603表示在烟道直径为900毫米的情况下的对应的值。
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