用于进行化学反应的反应器和方法技术

本发明专利技术涉及一种用于进行化学反应的反应器(100、200)，具有反应器容器(10)和一个或多个反应管(20)，其中，一个或多个反应管(20)的多个管段(21、22)在反应器容器(10)内的第一区域(11)和第二区域(12)之间延伸，并且其中，在用于对管段(21、22)进行电加热的第一区域(11)中的管段(21、22)能够与多相交流电源(50)的相位连接连接。本发明专利技术还包括，第二区域(12)中的管段(21、22)通过单个刚性连接元件(30)相互导电地连接为整体或者通过多个刚性连接元件(30)导电地连接成组，单个或多个刚性连接元件(30)与一个或多个反应管(20)一体地连接并且布置在反应器容器(10)内。对应的方法也是本发明专利技术的主题。明的主题。明的主题。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于进行化学反应的反应器和方法


[0001]本专利技术涉及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。

技术介绍

[0002]在化学工业的许多过程中使用反应器，其中，一种或多种反应物通过加热的反应管并在反应管中进行催化或非催化反应。加热特别有助于克服正在发生的化学反应所需的活化能。反应可以整体吸热的方式进行，也可以克服活化能后以放热的方式进行。本专利技术特别涉及强吸热反应。
[0003]这些方法的示例是蒸汽裂解、各种重整过程，特别是蒸汽重整、干重整(二氧化碳重整)、混合重整方法、脱氢烷烃的方法等。在蒸汽裂解过程中，反应管以盘管的形式穿过反应器，在反应器中可以有反转点，而在蒸汽重整中通常使用没有反转点的反应管通过反应器。
[0004]本专利技术适用于所有此类反应管的工艺和设计。Ullmann的Encyclopedia of Industrial Chemistry中的“Ethylene”、“Gas production”、和“Propene”等章节(例如2009年4月15日出版的DOI:10.1002/14356007.a10_045.pub2、2006年12月15日出版的DOI:10.1002/14356007.a12_169.pub2、2和2000年6月15日出版的DOI:10.1002/14356007.a22_211)在此纯粹为了说明的目的而引用。
[0005]常规地，对应的反应器的反应管使用燃烧器进行加热。在这种情况下，反应管穿过其中布置有燃烧器的燃烧室。
[0006]然而，例如，在DE 10 2015 004 121 A1(类似于EP 3 075 704 A1)中所述，例如，在减少或不减少当地二氧化碳排放的条件下生产的合成气和氢气的需求目前正在增加。然而，由于典型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。其他工艺例如由于高成本而被排除在外。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，人们也希望至少在现场排放更低数量的二氧化碳。
[0007]在此背景下，上述DE 10 2015 004 121 A1提出了除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，其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(star point)由集热器实现，管道通入该集热器，反应管与该集热器导电连接。这样，集电极理想地保持无电位。相对于竖直方向，收集器被布置在燃烧室的下面和外面，并且优选地横向地延伸到反应器管或沿着水平方向延伸。
[0008]在不存在所阐述的类型的收集器的情况下，例如，在反应器内反应管具有将它们连接到星点的反转点的反应器中，反应器的对应的电加热可能是有问题的，例如，在WO2015/197181A1中也是如此。由于反应器中的高电流和高温度，很难找到一种在星点处电连接反应器管以满足电流过渡值的解决方案，以用于减少过大的功率损耗并确保电流均匀分布，从而使星点无电位。
[0009]US2014/02338523A1涉及一种用于加热用于熔盐的管线系统的设备，包括至少两
个管线，电阻加热元件沿至少两个管线延伸，其中，在每个电阻加热元件的至少一端设置接近地电位的电位，并且电阻加热元件从其远程连接到直流电源的连接，或者在每种情况下连接到n相交流电源的相。
[0010]WO2015/069762A2中公开了一种包括化学反应器的化学反应器系统，化学反应器具有入口和与入口流体连接的歧管，其中，歧管包括歧管壳体，其中，歧管壳体限定歧管室并具有至少一个另外的组件，该另外的组件可以包括与歧管室热连接的加热器和空腔，其中，歧管壳体限定该空腔并且在特定的布置中提供密封。
[0011]在US2015/010467A1中公开的固定床反应器具有：用于催化反应的原料气体的流入路径和用于重整气体的流出路径；与流入路径和流出路径连接并包含催化剂的催化反应器容器；具有通风特性并保持催化剂的催化剂支架；以及通过上下移动催化剂支架来上下移动催化剂的驱动机构。US6 296 814 B1公开了一种燃料重整器，它用于从原始燃料生产富含氢的工艺燃料。催化剂管布置优选地包括以六边形布置的多个催化剂管。外壳包含内部六角形绝热材料，以确保催化剂管的均匀加热。管的直径被设计为使得布置中相邻管之间的距离可以最小化以实现有效的热传递。
[0012]因此，本专利技术的目的是改进用于进行化学反应的电加热反应器。

技术实现思路

[0013]在此背景下，本专利技术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。从属权利要求和以下描述的主题是相应的设计方案。
[0014]在作为本专利技术基础的大部分部分通电炉概念(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，反应管或其对应的管段(以下也简称为“管”)中的至少一个本身用作电阻器以生成热量。与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通量密度的优点。本专利技术的范围包括通过燃烧其他能量载体(例如天然气等化石能量载体，甚至是所谓的生物天然气或生物甲烷等能量载体)也可以提供炉内总热量输出的一部分的可能性。
[0015]因此，如果本文中提到电加热，并不排除存在另外的非电加热。特别地，还可以规定，电加热和非电加热的贡献随时间而变化，例如，如上所述，取决于电力供应和价格或非电能载体的供应和价格。
[0016]电流通过M个分开连接的相进入直接加热的反应管。连接到M相的导电反应管也必须电连接到星点。相数M特别是为3，对应于常规的三相电流源或网络的相数。然而，原则上，本专利技术不限于三相的使用，还可以与更多的相一起使用，例如，4，5，6，7或8的相数。尤其优选3的倍数，例如6、9、12等。在这种情况下，相位偏移特别是360
°
/M，即，在三相电流的情况下为120
°
。
[0017]在星点采用星形电路实现了相位间的电位均衡，使得连接管道的电绝缘变得多余。这代表了这种炉概念的一个特别的优点，因为在金属反应管中用于绝缘某些部分的破裂是不希望的，特别是因为使用的高温以及因此需要的高材料和结构费用。
[0018]在权利要求的语言中，本专利技术涉及一种用于进行化学反应的反应器，该反应器具有反应器容器(即，绝热或至少部分绝热的区域)和一个或多个反应管，其中，一个或多个反应管的多个管段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，在用于电加热管段的第一区域中的管段与多相交流电源的相位连接(“外部导体”)连接或能够与其连接，例如借助于导电轨或连接条。开关设备尤其可以安装在所使用的变压器系统的初级侧，因为那里有更高的电压和更低的电流。
[0019]如上所述地，经由相位连接提供交流电压，并且以上述方式相移相位连接的交流电压。在本专利技术的范围内，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源。管段形成星形电路本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于进行化学反应的反应器(100、200)，具有反应器容器(10)和一个或多个反应管(20)，其中，所述一个或多个反应管(20)的多个管段(21、22)每一个都在所述反应器容器(10)内的第一区域(11)与第二区域(12)之间延伸，并且其中，在用于对所述管段(21、22)进行电加热的第一区域(11)中的所述管段(21、22)每一个都与多相交流电源(50)的相位连接电连接或能够与所述多相交流电源(50)的相位连接电连接，其特征在于，所述第二区域(12)中的所述管段(21、22)通过单个刚性连接元件(30)相互导电地连接为整体或者通过多个刚性连接元件(30)相互导电地连接成组，所述单个刚性连接元件(30)或所述多个刚性连接元件(30)与所述一个或多个反应管(20)一体地连接并且布置在所述反应器容器(10)内。2.根据权利要求1所述的反应器(100、200)，其中，所述化学反应是吸热化学反应。3.根据权利要求1或2所述的反应器，其中，所述管段(21)每一个都包括至少部分地并排布置在所述反应器容器(10)中的多个反应管(20)的两个管段(21)，其中，所述多个反应管(20)的相应的所述两个管段(21)每一个都在所述第一区域(11)中经由U形弯头(23)通入彼此。4.根据权利要求3所述的反应器，其中，所述多个反应管(20)的所述两个管段(21)中的一个管段(21)连接到多个连接元件(30)中的第一连接元件，并且所述多个反应管(20)的相应的所述两个管段(21)中的另一个管段(21)连接到所述多个连接元件(30)中的第二连接元件。5.根据权利要求3所述的反应器，其中，所述多个反应管(20)的所述两个管段(21)每一个均连接到一个连接元件(30)。6.根据权利要求1或2所述反应器(100)，其中，所述管段(21)是一个反应管(20)或经由多个U形弯头(23)相互串联连接的多个反应管(20)中的每一个反应管的四个以上的偶数个管段(21)，其中，U形弯头(23)的数量比经由所述U形弯头(23)串联连接的管段(21)的数量少一个，并且其中，所述U形弯头(23)从所述第一区域(11)中的第一U形弯头(23)开始交替地布置在所述第一区域(11)和所述第二区域(12)中。7.根据权利要求6所述的反应器(100)，其中，布置在所述第二区域(12)中的一个或多个所述U形弯头(23)形成在所述刚性连接元件(30)中，并且其中，所述管段(21)从所述第二区域(12)中的所述连接元件(30)开始延伸到所述第一区域(11)。8.根据权利要求6或7所述的反应器(100)，其中，所述连接元件(30)被铸造在所述第二区域(12)中预先设置有一个或多个所述U形弯头(23)或与一个或多个所述U形弯头(23)连接形成的所述管段(21)上。9.根据权利要求6或7所述的反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：马丁，
申请(专利权)人：巴斯夫欧洲公司，
类型：发明
国别省市：