[发明专利]利用直接的电加热进行吸热反应的充填固体材料的设备有效

专利信息
申请号: 201980010241.5 申请日: 2019-01-22
公开(公告)号: CN111656858B 公开(公告)日: 2022-08-16
发明(设计)人: H·阿佩尔;J·贝尔纳特;F·格伦克;G·科利欧斯;G·奥尔贝特;F·谢夫;B·邹厄斯;M·科恩;D·弗利克;C·A·安德洛尔;D·克林勒;A·韦克松 申请(专利权)人: 巴斯夫欧洲公司
主分类号: H05B3/00 分类号: H05B3/00;F27D11/04;H05B3/60
代理公司: 北京市中咨律师事务所 11247 代理人: 黄丽娜;吴鹏
地址: 德国莱茵河*** 国省代码: 暂无信息
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摘要:
搜索关键词: 利用 直接 加热 进行 吸热 反应 充填 固体 材料 设备
【说明书】:

发明涉及一种用于进行吸热反应的可电加热的填料式承压设备,其具有上(3),中间(1)和下设备区段(3),其中至少一个竖向布置的电极对(4,5)安装在中间区段(1)中并且所有电极都布置在导电的固态填料(26)中,上和下设备区段具有105S/m至108S/m的比电导率,并且中间设备区段与固态填料电绝缘,其特征在于,上和下设备区段与中间设备区段电绝缘,上电极通过上设备区段连接,下电极通过下设备区段连接或者电极分别通过与这些区段电接触的一个或多个连接元件(10,16)连接并且上和下电极的横截面积与各自的导电的连接元件的横截面积之比为0.1至10,或者,在不使用连接元件的情况下,上和下电极的横截面积与相关导电设备区段的横截面积之比为0.1至10。

技术领域

本发明涉及一种用于进行吸热反应的可加热的填料式设备,该设备可分为上,中间和下设备区段,其中上和下设备区段与中间设备区段电绝缘,该设备具有竖直布置的至少一个电极对,所述至少一个电极对被在上和下设备区段中的承压设备壳体连接,并且该设备具有与中间设备区段的侧壁电绝缘的导电的固态填料。

背景技术

高度吸热反应经常发生在化学工业价值创造链的开始,例如,矿物油馏分的裂解,天然气或石脑油的重整,丙烷的脱氢,甲烷的脱氢芳构化为苯、或烃的热解。为了实现工业上和经济上令人感兴趣的产量,需要温度在500℃至1700℃之间。其主要原因在于平衡转化的热力学限制。

吸热高温反应对工业实施提出了两个主要挑战:首先在所需的反应温度下以高功率密度引入热量,其次是产物流和反应物流之间的热量的综合回收。热量的综合回收可以弥合反应物/产物的储存温度和所需反应温度之间的温差,而所需的能量消耗却最少。

根据现有技术,流化床反应器用于吸热过程的热集成传导(Levenspiel,O.(1988),Chemical Engineering's grand Adventure.Chemical Engineering Science,43(7),1427-1435)。为吸热反应提供热量采用了不同的概念。

US 2002/0007594公开了用于氢和含碳产物的平行制备的方法,其中将天然气引入反应空间中并在富碳固体存在下进行热分解。US 2002/0007594公开了在与用于热分解反应空间分开的反应器中加热含碳固体。加热通过在烃或氢的燃烧中形成的燃烧气体进行。随后,将加热的固体引入反应空间。

使用固体作为热载体的缺点在于,必须在单独的燃烧室中将固体加热到反应温度以上并在燃烧室和反应室之间循环。处理热固体会导致反应器和控制装置承受极大的热应力和机械应力。此外,固态颗粒的流速与反应的热量需求相关,并且整个横截面上的质量流均匀分布是实现最佳热集成的必要条件。因此,气体流和固体流之间的比例只能在狭窄的范围内调节。

WO 2013/004398公开了在反应空间外部为热载体产生热能,并使用气态热载体,该气态热载体对于分解反应是惰性的和/或该气态热载体是该反应的产物。缺点是固态颗粒的流速与热集成的要求有关。此外,分解反应的产物流通过温度下降的区域,在该区域中可以发生逆反应。

现有技术(例如,US 6,331,283)还公开了自热过程,其中吸热反应所需的热量是通过在相同反应空间中伴随的放热反应而产生的。这些自热过程的缺点是烟气对气态产物的污染,例如在烃热解的情况下,将含碳组分夹带到富氢产物流中。另一个缺点是产物产率的损失:在烃热解的情况下,热解碳大量损失。

另外,热量可以例如通过换热装置(例如,EP 15 16 8206)或通过热管(例如,US4,372,377)间接地从放热反应室传递到吸热反应室。该概念的缺点是反应室的热区段中的内部复杂性,这对垫片和避免热应力提出了高的与材料相关的要求和结构要求。此外,这些内部结构会破坏固体的流动。该概念的另一个问题是热传递表面的结垢:例如,在烃热解的情况下,热解碳优先沉积在热表面上。

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