提供的是一种用于在具有若干反应管的反应器中可控制地进行化学反应的方法，反应管具有数个能够电加热的管区段，其中，设有电力连接头，其分别在电流输入区域中与管区段中的至少一个连接，其中，在电流输出区域中设有至少一个连接元件，并且管区段中的每一个与一个连接元件连接，其中，化学反应是以下反应之一：蒸汽裂解、蒸汽重整、干重整、丙烷脱氢、与碳氢化合物的反应，其至少部分地在高于500℃下进行。该方法包括：引导工艺流体通过一个或多个反应管；在若干电力连接头处提供若干可变电压，其中，提供若干电压作为多相交流电压的相位，以使得至少一个连接元件形成星点；设置一个或多个电压；检测对应于一个或多个测定变量的一个或多个测定值；改变所设置的若干电压，以使得检测到的测定值对应于测定变量的预定值或预定值范围。此外，提供一种装置，其包括反应器、一个或多个测量设备和控制装置，其中，控制装置被配置为执行该方法。置被配置为执行该方法。置被配置为执行该方法。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于可控制地进行化学反应的装置和方法
[0001]本专利技术涉及一种用于在具有至少一个可加热的反应管的反应器中可调节地进行化学反应的装置和方法。
技术介绍
[0002]在化学工业的一系列工艺中使用反应器，其中，一种或多种反应物被引导通过加热的反应管并在那里催化或非催化转化。加热尤其用于克服化学反应发生所需的活化能。反应可以总体上吸热进行，或者在克服活化能之后放热进行。本专利技术尤其涉及强吸热反应。
[0003]这些工艺的示例是蒸汽裂解、不同的重整工艺——尤其是蒸汽重整、干重整(二氧化碳重整)、混合重整工艺、用于烷烃脱氢的工艺等。在蒸汽裂解中，反应管在反应器中以具有至少一个U形弯道的管圈的形式受引导通过反应器，而在蒸汽重整中，使用典型地在没有U形弯道的情况下延伸通过反应器的管。
[0004]本专利技术适合于所有这类工艺和反应管的实施例。仅说明性地，参考Ullmann的工业化学百科全书(Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry)中的文章“Ethylene”、“Gas Production”和“Propenes”——例如，2009年4月15日的出版物DOI：10.1002/14356007.a10_045.pub2、2006年12月15日的出版物DOI：10.1002/14356007.a12_169.pub2和2000年6月15日的出版物DOI：10.1002/14356007.a22_211。
[0005]传统上通过使用燃烧器加热相应反应器的反应管。反应管受引导通过也布置燃烧器的燃烧室。
[0006]然而，如例如在DE 10 2015 004 121 A1(同样，EP 3 075 704 A1)中描述的那样，对于在没有或具有减少的局部二氧化碳排放的情况下产生的合成气体和氢气的需求当前正在增加。然而，归因于典型地化石能源载体的燃烧，使用燃烧反应器的工艺不能满足该需求。例如，其他工艺归因于高成本而被拒绝。同样的情况也适用于通过蒸汽裂解或烷烃脱氢提供烯烃和/或其他碳氢化合物。在这些情况下，也存在对于至少现场排放较少量的二氧化碳的工艺的期望。
[0007]针对该背景，所引用的DE 10 2015 004 121 A1除了燃烧之外还提出用于蒸汽重整的反应器的电加热。在此，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。每个外部导体与反应管连接。形成星连接，其中，星点由收集器实现，管线打开到收集器中并且反应管与收集器导电连接。以此方式，收集器理想地保持无电势。相对于垂直，收集器被布置在燃烧室的下方和外部，并且优选地横向延伸到反应器管或沿着水平横向延伸。WO 2015/197181A1同样公开一种反应器，其反应管被布置在星点连接中。WO 2020/035575A1涉及一种用于通过至少一个直流电流电加热流体的设备。DE 10 2011 077 970A1涉及一种带有导电加热元件的装置，其被布置在处理室中，以用于腐蚀性气体的温度处理。
[0008]在带有电加热的反应管的这类反应器的操作期间，一方面反应管的电性质(电阻)的改变可能发生，且另一方面可以期望反应产物的量和/或组成的改变。目的因此是能够使反应器的操作条件或用此进行的化学反应的反应参数在操作期间适配这些改变。此外，还
存在目的在于能够使电工操作条件适配这些改变——尤其当使用在外部导体上的多相交流电压时。
技术实现思路
[0009]该目的通过具有独立权利要求的特征的用于可调节地进行化学反应的方法和装置来实现。化学反应在引导工艺流体(即，带有反应物的流体(典型地，气体或气体混合物))所通过的若干反应管中进行。反应管的管区段是能够电加热的，其中，管区段通过电力连接头而与一个(或若干)能够控制的电力源或电压源连接，在此处用于电加热的电流或电压得以提供。提供电压作为多相交流电压的相位。根据本专利技术，施加到电力连接头的电压可以改变——尤其是单独地改变。一方面，倘若变化电气性质，那么这使得可能保持管区段处的加热电力恒定。电气性质的改变可能例如因归因于电流传导组件的电磁场导致的感应效应、反应器内的可变温度、在操作期间形成的焦炭层、作为改变反应的吸热/放热的结果的可变热需求或者制造公差或材料变化而产生。另一方面，加热电力可以按标定方式变化，以赋能反应产物的组成的适配，这尤其取决于工艺温度。此外，加热电力也可以有针对性地变化，以能够调整反应产物的组成，这依赖于工艺温度。另外，加热电力也可以有针对性地变化，以在组成受控的情况下能够执行反应产物的数量的调整。化学反应是以下之一：蒸汽裂解、蒸汽重整、干重整(二氧化碳重整)、丙烷脱氢、通常与碳氢化合物的反应——其至少部分地在高于500℃下进行。在更一般的意义上，化学反应可以是至少部分地在200℃至1700℃(并且尤其是300℃至1400℃或400℃至1100℃)的范围中的温度下进行的化学反应。化学反应优选地是至少部分地在至少500℃的温度、更优选地至少700℃的温度、并且尤其是至少部分地在500℃或700℃至1100℃的温度范围中进行的反应。所提供的电压/电流相应地适合于提供对应加热电力。反应器和电力源同样被配置为在这些温度下进行化学反应并提供对应加热电力。
[0010]更具体而言，反应器设有具有数个电可加热管区段的若干反应管，其中，设有若干电力连接头，其分别在电流输入区域中与管区段中的至少一个连接，其中，在电流输出区域中设有至少一个连接元件，并且管区段中的每一个与一个连接元件连接。具体而言，根据本专利技术的用于在反应器中可调节地进行化学反应的方法包括：引导工艺流体通过若干反应管；在若干电力连接头处提供若干可变电压，其中，提供若干电压作为多相交流电压的相位，以使得至少一个连接元件形成星点(连接元件星点)；设置若干电压；检测一个或多个测定变量；以及改变所设置的若干电压，以使得检测到的测定变量的测定值对应于测定变量的预定值或预定值范围。
[0011]在此情况下的若干所提供的电压处于一个或多个预定电压范围中，其对应于输送到被电加热的管区段的加热电力，并且其赋能管区段中的化学反应(即，将后者加热到合适的温度)。
[0012]结合根据本专利技术的装置的实施例描述检测这些测定变量所用的测量设备及其布置。电力连接头处电压的改变或控制根据由测量设备检测到的测定变量的测定值而发生。该改变发生的方式使得测定值对应于测定变量的指定值或值范围。用词“对应”在此应理解为测定值等于或尽可能接近于所指定的值或处于所指定值范围中。具体而言，控制环路因
此得以实现，其中，电压可以视为所操纵的变量，并且测定变量可以视为控制变量。
[0013]提供电压或对应电流作为交流电压或交流电流。电流输入以经由分配给电力连接头的M个单独连接的相位(每个电力连接头因此与相位中的一个连接)进入直接加热的反应管或其管区段的多相交流电流的形式而发生。经由电力连接头而与M个相位连接的电流传导反应管或管区段有利地同样(在电流输出区域中)由连接元件在星点处导电连接。相位数量M尤其是3，对应于常规三相交流本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于在具有若干反应管(20、20a、20b、20c)的反应器中可调节地在工艺流体中进行化学反应的方法，所述反应管(20、20a、20b、20c)具有数个能够电加热的管区段(24、24a、24b、24c)，其中，设有若干电力连接头(40)，所述若干电力连接头(40)分别在电流输入区域(11)中与所述管区段中的至少一个连接，其中，在电流输出区域(12)中设有至少一个连接元件(42)，并且所述管区段中的每一个与一个连接元件导电连接，其中，所述化学反应是以下反应之一：蒸汽裂解、蒸汽重整、干重整、丙烷脱氢、与碳氢化合物的反应，所述化学反应至少部分地在高于500℃下进行，包括：引导(502)所述工艺流体通过所述若干反应管；在所述若干电力连接头处提供(504)若干可变电压，其中，提供所述若干电压作为多相交流电压的相位，以使得所述至少一个连接元件(42)形成星点；设置(506)所述若干电压；检测(508)对应于一个或多个测定变量的一个或多个测定值；改变设置的所述若干电压，以使得检测到的所述测定值对应于所述测定变量的预定值或预定值范围。2.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述测定变量包括以下中的一个或多个：
‑
至少一个温度，
‑
至少一个电流强度，
‑
至少一个物质组成。3.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述若干电压以相同方式改变。4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述若干电压独立于彼此地改变。5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述一个或多个测定变量包括以下之一或二者：
‑
所述工艺流体的在所述若干反应管的管出口处测定的管出口温度，和
‑
所述工艺流体的在所述若干反应管的管出口处测定的物质组成；其中，优选地以以下方式改变所述若干电压：使得所测定的管出口温度和/或所测定的物质组成等于或尽可能接近于预定管出口温度和/或预定物质组成。6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述一个或多个测定变量包括以下之一或二者：
‑
在与各个电力连接头连接的管区段处测定的两个或更多个管区段温度，
‑
在各个电力连接头处测定的两个或更多个电力连接头电流强度；其中，优选地以以下方式控制所述各个电力连接头处的所述若干电压：使得所测定的管区段温度对应于预定管区段温度，和/或使得在与所述各个电力连接头连接的所述管区段处的由所述电流强度计算的电力输出对应于预定电力输出。7.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述一个或多个测定变量包括以下之一或二者：
‑
在中性导体上测定的中性导体电流强度，
‑
在各个电力连接头处测定的两个或更多个电力连接头电流强度；其中，优选地以以下方式改变所述若干电压：使得所述中性导体电流强度最小化，和/
或使在考虑相对相位条件下计算得到的所述电力连接头电流强度的总和最小化。8.一种用于在工艺流体中可调节地进行化学反应的装置，包括：具有若干反应管(20、20a、20b、20c)的反应器(100、200)，所述反应管(20、20a、20b、20c)具有数个能够电加热的管区段(24、24a、24b、24c)，其中，设有若干电力连接头(40)，所述若干电力连接头(40)分别在电流输入区域(11)...
【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯蒂安，
申请(专利权)人：巴斯夫欧洲公司，
类型：发明
国别省市：
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