实施耗热程序的方法_3

文档序号:8926200阅读:来源:国知局
至所述程序的热流有利地减少或波动不超过10%,优选不 超过5 %,尤其是不超过1 %。
[0046] 就本发明而言,转换时间为完成能源/能量模式变化(从一种能量模式变成另一 种能量模式)的时间。转换时间可例如借助所有能源的功率总和或借助反应区中的温度测 量;在转换时间之外(且任选在所述程序的运转或停止运转之外),反应区中的温度优选为 恒定的(例如在耗热程序的连续操作模式情况下),或者具有周期性温度水平(例如在耗热 程序的周期性操作模式情况下)。
[0047] 在转换时间期间,反应区中的温度有利地变化不超过20K,优选不超过10K,尤其 优选不超过5K,尤其是不超过1K。典型化学高温程序的温度变化具有IK/秒的动力学。
[0048] 在转换时间期间,耗热程序的转化率有利地变化不超过2 %,优选不超过1 %,尤 其优选不超过〇. 5 %,尤其是不超过0. 2 %。
[0049] 转换时间有利地短于电力网中分钟备用所需的响应时间,优选短于二级调节所需 的响应时间(〈7. 5分钟),尤其优选短于一级调节所需的响应时间(〈30秒)。
[0050] 转换时间有利地短于15分钟,优选短于7. 5分钟,尤其优选短于5分钟,更尤其优 选短于60秒,尤其是短于30秒。转换时间有利地为0秒至15分钟,优选为0. 2秒至7. 5 分钟,尤其优选为〇. 5秒至5分钟,更尤其优选为1-60秒,尤其为1-30秒。
[0051] 例如,现有技术中常用的燃烧器的功率可在数秒内在任选"关闭"至达到例如 2000°C温度的宽范围内变化(参见例如Selas-Linde的产品范围)。
[0052] 在能量模式转换期间,高温程序的副产物选择性有利地仅很小地变化;副产物选 择性优选增大不超过1 %,优选不超过〇. 5 %,尤其是不超过0. 2 % (绝对)。
[0053] 反应器中(尤其是反应区中)的温度分布有利地为恒定的,而与上述三种能量模 式无关。在能量模式变化期间,热通量变化优选小于10 %,优选小于5 %,尤其是小于2 %。
[0054] 起始物质组成物有利地为恒定的,而与上述三种能量模式无关。在能量模式变化 期间,起始物质的体积流量变化优选小于20 %,优选小于10 %,尤其优选小于5 %,尤其是 小于2%。
[0055] 为了经由电功率提供用于耗热程序的热能,可遵循各种路径。此处可提及的实例 为感应或电阻法、等离子体法、借助导电加热元件/接触区或者借助微波加热。
[0056] 向工艺流中引入热能可例如在反应器外部在实施耗热工艺步骤的部分中实施,例 如进料预热,和/或在反应器内部,在反应区外部与内部实施。
[0057] 例如,可借助一个或多个用于处理工艺流的导电加热元件中的电流产生热,即,使 传热介质(其中传热介质也可为产物流的一部分)或进料流直接接触且由此加热。如果传 热介质或进料流通过与电加热式加热元件直接接触加热,则其随后通过直接接触和/或经 由热交换器向另一工艺流传热。
[0058] 传热介质有利地能与产物和起始物质完全分离。对于各耗热程序,相较于由现有 技术已知的工艺流,传热介质有利地不为其他材料。优选为包含如下的工艺流:烃,尤其是 甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、环己烷和/或乙苯、水、氢气、二氧化碳、一氧化碳、氨和/或氧气和 /或惰性气体如氮气。尤其优选为包含甲烷、乙烯和/或氢气的工艺流。特别地,优选以氢 气作为工艺流。
[0059] 为了产生热量,有利地使电功率通过设置为加热导体的加热元件,其中热量以电 阻法产生。如果电流为交变电流,则可有利地借此产生交变磁场,为此使电流通过感应线 圈。有利地排列与感应线圈电绝缘的导电加热元件以使得可由交变磁场感应在其中产生涡 电流且由于欧姆损耗而对加热元件加热。
[0060] 在本发明的另一实施方案中,使用电功率借助部分离子化将至少一部分气态工艺 流转化成等离子体。在电子和离子复合时所释放出的能量大部分传送至气体原子或分子以 产生经加热的工艺流,所述工艺流自身为经加热的进料流和/或起传热介质的作用,其热 量随后通过直接接触和/或经由热交换器传送至耗热程序的进料流,例如待分解的烃。有 利地经由等离子体发生器输送至少一部分气态工艺流,其中向所述等离子体发生器中引入 冷气流且自其输出经加热的气流。通过所述等离子体发生器的子流大小由待传送的热量量 决定。
[0061] 当以能量模式(ii)实施本发明的方法时,使用自功率随时间波动的电能源获得 的热能例如产生经加热的工艺流,任选的传热介质,其具有恒定的流速且温度随时间作为 可用于加热的瞬时电功率的函数而波动。作为替代方案,可调节工艺流(任选的传热介质) 的流速以使得该工艺流(任选的传热介质)的温度至少在宽范围内与可用于将其加热的电 功率无关。
[0062] 当实施本发明的方法时,优选在第一加热步骤中将来自电能源的热能供应至工艺 流。如果所述电能源的瞬时功率不足,则进一步在下游至少一个第二加热步骤中通过引入 来自至少一种非电能源的热能而将所述工艺流的温度提高至所需值。工艺流的加热也可以 以相反的顺序进行,即首先借助来自至少一种非电能源的热能预热工艺流,随后借助电产 生的热使所述工艺流达到所需的温度。
[0063] 作为两种或更多种能源串联连接的替代方案,这些能源也可并联连接,其中与热 能平行地供应两种或更多种工艺流。
[0064] 当以电能源与氧化程序组合的方式使用等离子体发生器时,应避免烟道气污染等 离子体燃烧器。因此,工艺流首先有利地借助等离子体发生器(预)加热,随后借助氧化程 序使工艺流达到所需的温度。作为替代方案,所述等离子体发生器与氧化程序平行操作。
[0065] 如果使用氧化产生热能的非电能源实施本发明的方法,则这优选通过完全或部分 燃烧燃料如氢气、天然气、煤或其他含烃能源载体实现。此处所形成的热烟道气的热量随后 通过直接接触和/或经由热交换器传送至起始物质,例如传送至待分解的烃和/或传热介 质。
[0066] 或者,使用包含可氧化组分(如氢气或烃,优选甲烷)的气体(例如使用天然气, 其中取决于天然气来源,天然气的甲烷含量通常为75-99摩尔% )作为工艺流以使得可借 助可氧化组分的氧化增加其热含量(优选在电预热后)。为此,有利地将工艺流引入燃烧器 中且在其中与氧化剂(为空气或富氧空气或纯氧)混合。在定量调节下引入氧化剂,其中 使用在燃烧器下游设定的工艺流温度作为调节变量。因此,工艺流的温度可设定为预定值, 尤其是保持恒定而基本上与瞬时可用于其加热的电功率无关。
[0067] 如果在加热元件中借助功率随时间波动的电流产生热,则有利地将这些加热元件 置于作为燃烧器中的烟道气产生的热气态工艺流中。
[0068] 如果耗热程序为烃热解,则有利地将烃加热至高于其分解温度以达到热力学平 衡,即反应区中的停留时间足够长以确保达到热力学平衡,以使其分解成氢气和碳。然而, 也可使高于分解温度下的时间如此短以至于无法建立热力学平衡。这给出了不仅包含氢气 和碳,而且还包含不饱和烃化合物和芳族化合物以及未反应饱和烃如甲烷和/或乙烷的产 物气流。
[0069] 在本发明的另一实施方案中,有利地在反应区中加热工艺流。例如,可将电阻杆 和加热散热管布置在反应区中。散热管优选与复热或再生式燃烧器组合(J.A.WUnning, J. G. Wlinning :Regeneratorbrenner flir Strahlheizrohre. Deutscher Flammentag, Berlin,2007)。燃烧器的燃料供应有利地经由故障参数连接以使得在电能源功率变化的情 况下反应区中的温度可保持在规定值的方式调节。在该设置中,工艺流与氧化燃烧的烟道 气分离。热量经由散热管壁间接传送。以此方式,通过组合电加热与氧化加热可有效防止 污染工艺流。例如,电加热散热管和氧化加热散热管可交替排列在反应空间内。
[0070] 以编号DE102011106645. 8在德国专利商标局申请的专利申请(其内容以引用方 式全部并入本专利申请中)描述了一种用于分解烃的方法,其中待分解的烃经由设置在颗 粒材料床中的高温区域输送,且热分解成氢气和碳。所述颗粒材料有利地由包含金属、陶 瓷
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