[发明专利]感应加热反应器

说明书

本发明涉及一种用于执行吸热催化反应的管式热交换反应器。该管式热交换反应器包括：外管，具有第一端和第二端，其中第一端是入口端，并且其中第二端是封闭端；内管，同轴地布置在外管内并与外管间隔开，其中内管的至少一部分保持易受感应加热影响的催化剂材料的床，并且其中内管具有入口端和出口端；感应线圈，设置在限于外管与内管之间的环形空间内；电源，被布置为将交流电供应到感应线圈，以在内管的至少一部分内生成交变磁场。管式热交换反应器被布置为允许工艺气体流被引导到外管的入口端中并在限于外管与内管之间的环形空间中朝向外管的第二端流动并流到内管中，其中所述工艺气体到达催化剂材料的床并经历产生生成气体的吸热反应。

技术领域

本发明的实施例主要涉及一种用于执行吸热催化反应的管式热交换反应器以及管式热交换反应器用于执行吸热催化反应的应用。

背景技术

执行吸热反应经常受到如何有效地将热传递到反应器单元内的催化剂床的反应区的挑战。通过对流、传导和/或辐射的传统热传递非常缓慢且一般要满足许多构造中的大的耐热性。该挑战可利用蒸汽重整设备中的管式重整器来描述，其实际上可视作以限速步骤进行热传递的大的热交换器。由于磁场能够穿透许多材料并因此可在反应器单元内部的活性区内直接感应磁性加热，感应加热是可用于规避该挑战的电加热方法。

感应加热是通过磁感应、通过由涡流(还称为涡电流)和/或磁滞损耗在目标中生成热而加热导电目标(通常为金属)的工艺。感应加热器包括电磁体和使高频交流电(AC)穿过电磁体的电子震荡器。快速交变的电磁场穿透目标，在称为涡流的导体内部产生电流。流经材料电阻的涡流通过焦耳加热的方式加热它。涡流加热还称为欧姆加热。在诸如铁等铁磁(和亚铁磁和反铁磁)材料中，通过磁滞损耗而可选地或额外地生成热。这称为铁磁加热。所用的电流频率取决于目标尺寸、材料类型、耦合(在感应线圈与待加热目标之间)和穿透深度。包括弯曲成多个环或绕组的形状的导体的感应线圈是电磁体的示例。

通过感应加热，电能用于生成磁场，该磁场将能量从传导线圈传递到能够吸收电磁能量并将其转化为热的铁磁感受器(ferromagnetic susceptor)。粗略地，从电网提取的电能将用在三个地方：电子震荡器(还称为电力变压器)、线圈和感受器。在振荡器中，一般期望由焦耳加热产生欧姆热损耗。类似地，焦耳加热将采取从感应线圈排出的热的形式来实施能量损耗。在感受器材料中，电能通过磁滞损耗而转变为热。振荡器和感应线圈中的欧姆热损耗通常产生的感应加热系统的热传递效率较低。

本发明描述了集成在热损耗最小化的管式热交换反应器设计中的感应加热系统。

发明内容

本发明的实施例主要涉及一种用于执行吸热催化反应的管式热交换反应器。管式热交换反应器包括具有第一端和第二端的外管，其中第一端是入口端并且其中第二端是封闭端。管式热交换反应器还包括同轴地布置在外管内并与外管间隔开的内管，其中内管的至少一部分保持易受感应加热影响的催化剂材料的床，并且其中内管具有入口端和出口端。管式热交换反应器还包括设置在限于外管与内管之间的环形空间内的感应线圈和被布置为将交流电供应到感应线圈以在内管内的催化剂材料的床的至少一部分内生成交变磁场的电源。管式热交换反应器被布置为允许工艺气流被引导到外管的入口端中，以在限于外管与内管之间的环形空间中朝向外管的第二端流动并流到内管中，从而到达催化剂材料的床并经历产生生成气体的吸热反应。

本发明的反应器是集成的感应加热反应器，在其中供应到感应线圈的能量被有效地用于工艺流的预热或吸热反应的反应。反应器包括卡口形反应器，其中感应线圈设置在外管中并且将供给气体用作线圈的冷却介质，以接收感应线圈的焦耳加热。

在内管内部，加载易受感应加热影响的催化剂材料，以有助于吸热反应的反应。

总体上，本发明描述了热损耗最小化的反应器设计。该构思提供了优化的热利用率，其中除了电源中的功率损耗(这通常为好电源的约5％)以外，供应到感应加热器的所有电能在反应器内部被使用。预期总能量效率为90％至95％。