气体加热器制造技术

本申请提供了一种用于加热加压原料气的加热系统和方法，其中通过电式电阻加热来提供用于反应的热量。用于反应的热量。用于反应的热量。

gas heater

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】气体加热器


[0001]提供了一种用于对加压原料气进行加热的加热系统和方法，其中通过电阻加热提供热量。

技术介绍

[0002]通常，气体热交换器的设计温度受到限制，因为它们也是压力裸露设备，这通常会限制这些设备的最高工作温度。热交换的经典配置是管壳式，其中在管侧流动的一种气体与在壳侧流动的另一种气体进行热交换，从而加热第一气体并冷却第二气体，反之亦然。需要开发一种加热系统，特别是气体预热器，它允许将气体系统加热到非常高的温度。还希望开发一种紧凑且操作简单的加热系统。本技术的另一个优点是二氧化碳的总排放量和对气候有害的其他排放物可以显著减少，特别是如果加热系统中使用的电功率(power)来自可再生能源。
[0003]在化学工艺设计的许多方面都需要对气体进行预热。气体预热器的例子包括用于活化催化剂床的还原气体的预热。气体预热器的另一种用途是CO2预热器到绝热后转换器(APOC)的示例。APOC反应器描述于WO2019/110267。在这两种情况下，都希望具有非常高的气体预热温度，以实现下游单元操作的相互作用。
[0004]专利技术概述
[0005]本技术因此提供了一种用于加热原料气的加热系统，所述加热系统包括：
[0006]‑
原料气的供应；
[0007]‑
用于加热所述原料气的结构体，所述结构体包括导电材料的宏观结构；
[0008]‑
容纳所述结构体的耐压壳，所述耐压壳包括用于引入所述原料气的入口和用于排出经加热的气体的出口，其中所述入口被定位成使得所述原料气在所述结构体的第一端进入所述结构体，并且经加热的气体从所述结构体的第二端离开所述结构体；
[0009]‑
所述结构体和所述耐压壳之间的热绝缘层；
[0010]‑
至少两个导体，其电连接到所述结构体和电连接到放置在所述耐压壳外部的供电电源，其中所述电源的尺寸设计成通过使电流通过所述宏观结构而将所述结构体的至少一部分加热到至少400℃的温度，其中所述至少两个导体在结构体上更靠近所述结构体的所述第一端而不是所述结构体的所述第二端的位置处连接到结构体，并且其中所述结构体被构造成引导电流从一个导体基本流向结构体的第二端并返回到所述至少两个导体中的第二个；和，
[0011]‑
经加热的气体的出口。
[0012]此外，一种用于加热本文所述的加热系统中的原料气的方法；所述方法包括以下步骤：
[0013]‑
加压所述原料气，
[0014]‑
将所述经加压的原料气供应到加热系统，
[0015]‑
经由将放置在耐压壳外部的供电电源与结构体连接的电导体供应电功率，允许
电流流过电材料，从而加热结构体的至少一部分，
[0016]‑
加热原料气，和
[0017]‑
从加热系统中排出经加热的气体。
[0018]本技术的其他方面在从属权利要求、附图和以下描述文本中阐述。
[0019]附图的简要说明
[0020]图1a显示了本专利技术的加热系统的一个实施方案的横截面，该加热系统在横截面中具有包含宏观结构阵列的结构体；
[0021]图1b显示了图1a的加热系统，其中一部分耐压壳和热绝缘层被移除；
[0022]图2是加热系统的一部分的放大图。
[0023]图3和4分别显示了从上面和从侧面看的具有宏观结构阵列的结构体的实施方案；
[0024]图5显示了本专利技术的结构体的一个实施方案；
[0025]图6和7显示了具有连接器的结构体的实施方案；和
[0026]图8显示了包括加热系统和绝热后转换器的方法的实施方案。
[0027]图9显示了根据本专利技术的加热系统的实验数据和CO2工艺温度随电力输入的变化。
[0028]图10显示了根据本专利技术的加热系统的实验数据和CO2工艺温度随电力输入的变化。
[0029]图11显示了根据本专利技术的加热系统的实验数据和N2工艺温度随电力输入的变化。
[0030]专利技术详述
具体实施方案
[0031]本技术描述了电加热系统如何能够以按需方式促进在紧凑设计中加热气体的任务。
[0032]使用结构体的紧凑型电加热系统可以轻松操作，并在需要时使用易于启动的原理。这给出了相对便宜的设备。
[0033]因此提供了一种用于加热原料气的加热系统，所述加热系统包括：
[0034]‑
原料气的供应；
[0035]‑
用于加热所述原料气的结构体，所述结构体包括导电材料的宏观结构；
[0036]‑
容纳所述结构体的耐压壳，所述耐压壳包括用于引入所述原料气的入口和用于排出经加热的气体的出口，其中所述入口被定位成使得所述原料气在所述结构体的第一端进入所述结构体，并且经加热的气体从所述结构体的第二端离开所述结构体；
[0037]‑
所述结构体和所述耐压壳之间的热绝缘层；
[0038]‑
至少两个导体，其电连接到所述结构体和电连接到放置在所述耐压壳外部的供电电源，其中所述电源的尺寸设计成通过使电流通过所述宏观结构而将所述结构体的至少一部分加热到至少400℃的温度，其中所述至少两个导体在结构体上更靠近所述结构体的所述第一端而不是所述结构体的所述第二端的位置处连接到结构体，并且其中所述结构体被构造成引导电流从一个导体基本流向结构体的第二端并返回到所述至少两个导体中的第二个；和，
[0039]‑
经加热的气体的出口。
[0040]加热系统的布局允许在入口处将经加压的原料气供给到加热系统并将该气体引
导到加热系统的耐压壳中。在耐压壳内部，布置了绝热层和惰性材料的构造，以引导原料气通过结构体。来自加热的结构体的经加热的气体被引导至加热系统出口。
[0041]因此，电阻加热过程的一个重要特征是能量是在物体本身内部提供的，而不是通过热传导、对流和辐射从外部热源提供。此外，加热系统最热的部分将位于加热系统的耐压壳内。优选地，电源和结构体的尺寸设计成使得结构体的至少一部分达到至少700℃、优选至少900℃、更优选至少1000℃的温度。导电材料的表面积，涂有
‑
任选的
‑
陶瓷涂层的导电材料的比例(fraction)，陶瓷涂层的类型和结构可以根据具体的操作条件进行调整。
[0042]由于在加热系统中不发生化学反应，在出口处离开加热系统的经加热的气体可以具有与原料气处基本相同的化学组成和摩尔流速。
[0043]在一个实施方案中，经加热的气体选自N2、H2、CO2、CH4、H2O、O2及其混合物。
[0044]导电材料适当地是宏观结构。如本文所用，术语“宏观结构”意在表示大到足以用肉眼看到的结构，而无需放大装置。宏观结构的尺寸通常在厘米或甚至米的范围内。有利地使宏观结构的尺寸至少部分地对应于容纳结构体的耐压壳的内部尺寸，为热绝缘层和导体留出空间。可以连接两本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于加热原料气的加热系统，所述加热系统包括：
‑
原料气的供应；
‑
用于加热所述原料气的结构体，所述结构体包括导电材料的宏观结构；
‑
容纳所述结构体的耐压壳，所述耐压壳包括用于引入所述原料气的入口和用于排出经加热的气体的出口，其中所述入口被定位成使得所述原料气在所述结构体的第一端进入所述结构体，并且经加热的气体从所述结构体的第二端离开所述结构体；
‑
所述结构体和所述耐压壳之间的热绝缘层；
‑
至少两个导体，其电连接到所述结构体和电连接到放置在所述耐压壳外部的供电电源，其中所述供电电源的尺寸设计成通过使电流通过所述宏观结构而将所述结构体的至少一部分加热到至少400℃的温度，其中所述至少两个导体在结构体上更靠近所述结构体的所述第一端而不是所述结构体的所述第二端的位置处连接到结构体，并且其中所述结构体被构造成引导电流从一个导体基本流向结构体的第二端并返回到所述至少两个导体中的第二个；和，
‑
经加热的气体的出口。2.根据权利要求1所述的加热系统，其中所述供电电源的尺寸设计成将所述结构体的至少一部分加热到至少700℃、优选至少900℃、更优选至少1000℃的温度。3.根据前述权利要求中任一项所述的加热系统，其中所述原料气在耐压壳外壳的入口处具有与在所述出口处基本相同的化学组成。4.根据前述权利要求中任一项所述的加热系统，其中所述原料气选自N2、H2、CO2、CH4、H2O、O2及其混合物。5.根据前述权利要求中任一项所述的加热系统，其中所述宏观结构支撑陶瓷涂层。6.根据前述权利要求中任一项所述的加热系统，其中所述导电材料的电阻率在10
‑5Ω
·
m至10
‑7Ω
·
m之间。7.根据前述权利要求中任一项所述的加热系统，其中所述至少两个导体在套筒中被引导通过所述耐压壳，使得所述至少两个导体与所述耐压壳电绝缘。8.根据前述权利要求中任一项所述的加热系统，其中所述结构体具有至少一个电绝缘部件，所述电绝缘部件被布置成引导电流通过所述结构体，以确保对于所述结构体的至少70％的长度，主电流路径的电流密度向量具有平行于所述结构体长度的非零分量值。9.根据前述权利要求中任一项所述的加热系统，其中所述宏观结构的材料选择为通过材料的电阻加热产生500至50000W/m2的热通量的材料。10.根据前述权利要求中任一项所述的加热系统，其中所述加热系统内的结构体具有在0.1至2.0的范围内的通过结构体的水平横截面的面积等效直径与结构体的高度之间的比。11.一种用于加热根据前述权利要求中任...

【专利技术属性】
技术研发人员：P，
申请(专利权)人：托普索公司，
类型：发明
国别省市：