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)，该反应器(100、200)具有反应器容器(10)、一个或多个反应管(20)和用于电加热一个或多个反应管(20)的装置(40)。反应器容器(10)具有一个或多个排放孔(61、62)，该一个或多个排放孔(61、62)永久打开或被设置为在高于预设压力水平条件下打开，并且提供气体进料装置(50)，该气体进料装置被设置为将惰性气体进料到反应器容器(10)的内部。对应的方法也是本发明专利技术的主题。发明专利技术的主题。发明专利技术的主题。

【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。本专利技术特别地涉及强吸热反应。
[0003]这些工艺的示例是蒸汽裂解、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。
[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。
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]除了对反应管的直接加热(电流流经反应管)之外，对反应管的间接电加热也有各种各样的概念。其中，如在WO2020/002326A1中所描述的，可以以外部电加热的形式进行间接电加热。例如，如在WO2019/228798A1中所公开的，内部加热也是可能的。除了电阻或阻抗加热之外，例如，如WO2017/072057A1中所述，可以进行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。在DE102015004121A1中还公开了对反应管的直接(非感应)加热。对于加热，可以实现使用多相或单相交流电或直流电的
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，但电力输入基本上可以如多相直流情况那样类似的方式实现。本专利技术适用于电加热的所有变体。
[0009]WO 2004/091773A1描述了一种用于在高温下进行气体反应的电加热反应器。该反应器包括反应器块、被壳体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，因为反应器块的壳体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。
[0010]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。本专利技术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。

技术实现思路

[0011]针对这种背景，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。实施例是从属权利要求和以下描述的内容。
[0012]在作为本专利技术基础的通电炉概念(术语“炉”通常被理解为表示对应的反应器或至少其隔热的反应空间)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，这种直接方法具有更高的效率以及更高的可达到的热流密度。然而，如开头所述，也可以进行在本专利技术的框架内的任何其他类型的电加热(直接或间接，以电阻、阻抗、或感应加热的形式，通过单相或多相交流电或直流电)，如果所述加热被证明是有利的。
[0013]在多相交流电加热的情况下，电力经由M个单独连接的相馈入直接被加热的反应管。连接到M个相的导电反应管也可以电连接到另一端的星点。相数M特别是3，对应于常规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
°
。
[0014]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，这理想地使得相连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高的材料和结构费用。
[0015]然而，根据本专利技术提出并在下文解释的措施以相同的方式适用于单相交流电和直流电的使用，并且本专利技术可以用在由交流电加热的反应器和直流电加热的反应器中，或者也可以用于对应的混合形式中。如上所述，本专利技术也适用于间接加热的反应管。例如，在直流电布置中，仅电流源的类型和与电力输入相对的反应管区域或通电的相应区段不同于交流电布置。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来设计。
[0016]本专利技术涉及对所述类型的电加热反应器的保护，这特别是在反应管损坏(“盘管撕裂”)的情况下是必要的。在相应损坏的情况下，一个或多个反应管尤其可以被完全切断；然而，本专利技术对于较小程度的泄漏也是有利的。在发生相应损坏的情况下，会发生可燃气体突
然或缓慢逃逸到由于隔热原因而基本上密封的反应器容器中。
[0017]与根据本专利技术使用的纯电加热反应器相比，这种损坏在传统的燃烧反应器中是较低程度的安全问题，因为在燃烧反应器中以烃
‑
蒸汽混合物的形式从反应管中产生的可燃气体通过在反应器容器或相应的燃烧室中发生的燃烧而立即和连续地反应，或者因为由于发生的燃烧而存在显著降低的氧含量并且反应管周围的气体空间因此已本文档来自技高网...

【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)，其具有反应器容器(10)、一个或多个反应管(20)、和用于电加热所述一个或多个反应管(20)的装置(40)，其特征在于，所述反应器容器(10)具有一个或多个排放孔(61、62)，所述一个或多个排放孔(61、62)永久打开或被设置为在高于预设压力水平条件下打开，并且，设有气体进料装置(50)，所述气体进料装置(50)被设置为将惰性气体进料到所述反应器容器(10)的内部。2.根据权利要求1所述的反应器(100、200)，其中，所述反应器(100、200)被设置为在高于500℃、特别是700℃至1000℃的温度水平下进行所述化学反应。3.根据权利要求1或2所述的反应器(100、200)，其中，所述一个或多个排放孔(61)是永久打开的。4.根据权利要求1或2所述的反应器(100、200)，其中，所述一个或多个排放孔(62)被设置为：在低于所述预设压力水平条件下关闭，并且在达到所述预设压力水平时暂时或永久打开。5.根据前述权利要求中任一项所述的反应器(100、200)，其中，所述气体进料装置(50)被设置为将所述惰性气体连续进料到所述反应器容器(10)中。6.根据前述权利要求中任一项所述的反应器(100、200)，其中，所述气体进料装置(50)被设置为一次性或周期性地向所述反应器容器(10)供应所述惰性气体。7.根据权利要求3所述的反应器(100、200)，其中，所述反应器容器(10)被设置用于在低于大气压的压力水平下操作，并且具有用于形成来自所述反应器容器(10)的气流的装置。8.根据权利要求4所述的反应器(100、200)，其中，所述反应器容器(10)被设置用于在超临界压力水平下...

【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：