[发明专利]电加热式反应器和使用所述反应器的气体转化工艺

说明书

本发明涉及一种反应器构型，所反应器构型包括限定空间的至少一个电加热式炉，其中至少一个反应器管放置在所述炉空间内，并且所述反应器管具有位于所述反应器炉外部的出口和入口，并且其中所述炉进一步设置有‑适于加热到400到1400℃范围内的高温的至少一个电辐射加热元件，所述加热元件以所述加热元件不与所述至少一个反应器管直接接触的方式定位于所述炉内部；以及；以及‑炉壁中的多个检查端口，以便能够在运行期间在所述至少一个反应器管的每个相对侧面上目视检查所述反应器管的状况，检查端口的总数足以绕所述炉中存在的所有反应器管的全长和周长检查所述反应器管；并且其中所述炉的加热负荷为至少3MW。电加热的工艺需要热通量和温度分布。在许多应用中，当所述工艺进入所述炉时，所述热通量较大，同时温度较低。接近所述出口，所述热通量较低，同时温度较高。本发明可以适应此要求。所述反应器可用于许多工业规模的高温气体转化和加热技术。

技术领域

本发明涉及一种包括至少一个电加热式炉的反应器构型，并且涉及一种在高温下执行气体转化工艺的方法，所述方法包括将至少一种气态反应物引入到所述反应器构型中。所述反应器和方法可用于许多工业规模的高温气体转化和加热技术。

背景技术

全球变暖问题和减少世界范围内的碳足迹的需求目前在政治议程上位列前茅。实际上，解决全球变暖问题被认为是21世纪人类面临的最重要挑战。地球系统吸收温室气体排放的能力已经耗尽，并且根据《巴黎气候协定(Paris climate agreement)》，在大约2070年之前，必须完全停止当前排放。为了实现这些减少，至少需要进行认真的产业重组，从而远离产生CO₂的传统能量载体。能量系统的这种去碳化要求能量转换远离常规的化石燃料，如石油、天然气和煤。及时实施能量转换需要并行进行多种方法。例如，节能和提高能量效率会起到一定作用，而且在使运输和工业工艺电气化方面的努力也起到一定作用。在过渡期之后，预计可再生能量生产将占世界能量生产的大部分，后者将主要由电力组成。

由于世界上某些地区的可再生电力成本已经很低，因此对于代替常规的烃燃式加热反应器和高负荷加热操作而言，使用电加热式反应器和装置的技术可能具有吸引力。预测的电价和CO₂费用将使这些反应器在经济上更具吸引力。

电力是可获得的最高等级的能量。在设计将电能转化为化学能的高效工业工艺时，可以考虑几种选项。这些选项是电化学、冷等离子体、热等离子体或热方法。在小规模的实验室环境中，已经将电加热应用于许多类型的工艺。然而，在考虑将所述选项用于设计工业规模的化学(转化)技术(如气体转化)时，那些选项中的每个选项都具有一定的复杂性和材料要求。当化学转化工艺高度吸热时，情况尤其如此，因为需要很高的热通量和温度水平。行业中需要适于工业规模的吸热化学反应和加热技术的电气化技术。

US2016288074描述了一种用于对含有烃，优选地甲烷的进料流进行蒸汽重整的炉，所述炉具有：燃烧室；多个反应器管，所述多个反应器管布置在所述燃烧室中，用于容置催化剂并且用于使所述进料流穿过所述反应器管；以及至少一个燃烧器，所述至少一个燃烧器被配置成使所述燃烧室内的燃烧燃料燃烧以对所述反应器管进行加热。另外，提供了至少一个电压源，所述至少一个电压源与所述多个反应器管连接，其连接方式使得在每种情况下都可以在所述反应器管中生成对所述反应器管进行加热以对给料进行加热的电流。

US2017106360描述了可以如何以真正的等温方式来控制吸热反应，其中外部热输入直接施加到固体催化剂表面本身而不是通过实际催化材料之外的间接手段施加。可以仅通过使用催化材料本身的电阻加热实现的传导或通过电阻加热元件(活性催化材料涂层直接位于表面上)来将这种热源均匀且等温地供应到催化剂活性位点。通过仅将传导用作热到催化位点的传递模式，避免了不均匀的辐射和对流模式，从而允许发生均匀的等温化学反应。

现有技术方法具有其独特的挑战、能力和/或基于将燃烧加热与线性电加热组合。因此，仍然需要电加热技术的例如可以用于大规模化学反应的更多和其它选项。