包括带有电动加热元件的加热区的炉以及相关方法与流程

本公开涉及包括具有电动加热元件的加热区的炉以及相关方法，并且更具体地，涉及用于加热进料并且包括具有电动加热元件的加热区的炉以及相关方法。

背景技术：

1、用于加热材料的一些炉可以包括两个相对的壁和一列或多列管，该一列或多列管被定位在两个相对的壁之间并且在材料的加热期间材料可以通过该一列或多列管。两个相对的壁中的每一个壁可以向管提供热量输入，并且在要加热的材料通过管时，热量从管传递到材料。已经认识到，可能对环境有利的是将此类炉构造为使用电动加热元件向管提供热量输入。

2、因为被加热的材料以相对低于离开管的出口的经加热材料的温度进入管的入口，管和加热元件的温度通常可以从在管的入口附近的相对较低温度变化到在管的出口附近的相对较高温度。因此，当材料通过管时，管可能不会均匀地加热材料，并且加热元件中的温度同样可能是不均匀的。在一些过程中，这可能会限制炉的效率并且造成由材料的不均匀加热引起的问题。例如，入口处的管的温度可能低于最佳温度，而出口处的温度可能高于最佳温度。这可能由于材料达到高于最佳温度的温度而导致管在出口处的过早材料结垢(例如，焦化)，并且在一些过程中，管在出口处的温度可能会达到导致对管的过早损坏的温度。因此，如果管被均匀地加热，则增加管在入口处的温度来获得在入口处的最佳材料加热可能导致管的出口变得太热。相反，如果向管输入较少热量以防止管的出口变得太热，则管的入口可能太冷而无法在材料进入管时优化材料的加热。在另一示例中，在出口附近的加热元件的温度可能高于在入口附近的加热元件的温度，这可能导致炉的维护成本更高。

3、在shell internationale research maatschappij b.v.的pct国际公开号wo2020/002326a1(“'326公开”)中描述了提供一种用于以工业规模进行气体转化过程的改进的电加热炉的尝试。'326公开描述了一种包括电加热炉和放置在该炉内的反应器管的反应器构造。'326公开的炉还包括适合于加热到在400℃至1400℃的范围内的高温的电辐射加热元件。根据'326公开，在很多应用中，当过程气体进入炉时，热通量较大而同时具有较低温度，并且朝向出口，热通量较低而同时具有较高温度。'326公开声称描述了一种炉，该炉适应这些过程参数。

4、申请人已经认识到'326公开的炉和过程可能仍然需要更高效和/或更环保和/或在操作和维护成本方面提供优势的用于生产产物的系统和方法。因此，尽管'326公开中描述的炉和过程声称提供了效率方面的增益，但仍需要更高效和/或更环保的用于生产经加热产物的系统和方法。

5、因此，申请人已经认识到需要用于经由电动加热元件来向经加热管提供热量的炉和相关方法，其提供更高效的加热和/或减少在经加热管(部分经加热管)中和在提供经加热管的出口的加热元件(部分加热元件)中的温差。本公开可以解决上述缺点中的一者或多者，以及其他可能的缺点。

技术实现思路

1、如上所述，一些炉可能未沿着用于加热通过管的材料的管的长度提供足够均匀的加热，从而缺乏效率并且可能使被加热的材料和/或管的出口端过热。同样地，它们可能未在加热元件中提供足够均匀的温度。本公开总体上涉及电动炉以及相关方法，并且更具体地，涉及用于加热进料并且包括具有一个或多个电动加热元件的加热区的炉以及相关方法。

2、例如，在一些实施方案中，一种加热进料的方法可以包括：提供电动炉，该电动炉具有至少一兆瓦的输出。电动炉可以包括控制系统和炉壳体，该炉壳体包括至少部分地限定内部体积的一个或多个壳体壁。电动炉还可以包括位于内部体积内的多个加热区，该多个加热区中的每个加热区包括一个或多个加热元件，该一个或多个加热元件是电动的并且当被激活时从其表面辐射热量。多个加热区中的每个加热区可以独立地响应控制系统。控制系统可以改变每个区中的一个或多个加热元件的输出以作为一个或多个加热元件中的每个加热元件的最大输出的一小部分。电动炉还可以包括多个经加热管，该多个经加热管在内部体积中延伸，该多个经加热管中的每个经加热管在入口端与出口端之间延伸并且限定内部通道，该内部通道被定位为接收进料并且在进料从入口端到出口端通过内部通道时加热进料，并且该多个经加热管被定位在炉壳体中以接收从多个加热区中的每个加热区中的一个或多个加热元件辐射的热量。该方法还可以包括：向电动炉提供进料；以及在算法上针对多个加热区中的每个加热区调整一个或多个加热元件的输出以将进料加热到期望温度，同时将一个或多个加热元件的温度保持在预定参数内。

3、在某些实施方案中，可以在操作期间用仪器测量一个或多个加热元件的温度，并且所测量的温度可以用于在算法上调整多个加热区中的每个加热区的一个或多个加热元件的输出。在某些实施方案中，可以从预测模型计算一个或多个加热元件的温度，并且所计算的温度可以用于在算法上调整多个加热区中的每个加热区的一个或多个加热元件的输出。

4、在某些实施方案中，在算法上调整一个或多个加热元件的输出可以包括使组合的加热元件表面中的最高温度最小化。控制系统可以利用来自多个加热区中的每个加热区的输出的比率来保持跨一个或多个加热元件的均匀温度分布，同时保持过程性能。预定参数可以是温度的均匀性，其中在炉的标准操作期间，每个单独加热元件表面中的任一者上的最高温度与任何加热元件表面上的最低温度之间的最大温差可以小于100摄氏度、优选地小于60摄氏度、更优选地小于30摄氏度。预定参数可以是温度的均匀性，其中在炉的标准操作期间，任何加热元件表面上的最高温度与任何加热元件表面上的最低温度之间的最大温差可以小于100摄氏度、优选地小于60摄氏度、更优选地小于30摄氏度。

5、控制系统可以确定对多个加热区中的每个加热区的相对功率输出。在多个加热管的入口端附近的一个或多个加热区可以具有比在多个加热管的出口端附近的一个或多个加热区更高的输出。最低输出加热区的输出可以比最高输出加热区的输出低至少10％。电动炉还可以包括在以下项之间的热分区：a)多个加热区的第一子集与多个经加热管的第一部分，以及b)多个加热区的第二子集与多个经加热管的第二部分，其中热分区至少部分地将第一子集和第一部分与第二子集和第二部分热绝缘。

6、在某些实施方案中，加热区的数量可以大于二。一个或多个加热元件可以是附接到或邻近壳体壁的电阻元件。炉壳体还可以包括导电耐火材料，该导电耐火材料当被激活时向多个经加热管辐射热量。

7、在一些实施方案中，电动炉可以包括多个加热区，其中加热区中的每个加热区包括一个或多个加热元件，该一个或多个加热元件是电动的并且被构造为辐射热量。炉还可以包括多个经加热管，该多个经加热管在入口端与出口端之间延伸并且被构造为接收进料并在进料从入口端传递到出口端时加热进料。多个加热区可以包括被构造为向经加热管辐射不同热量输入的加热区，使得在经加热管的入口端处的热量输入大于在经加热管的出口端处的热量输入。本文公开的炉和方法的至少一些实施方案可以产生提供更均匀加热的管、更均匀加热的进料材料、加热元件的更均匀温度和/或更高效加热的电动炉。在一些实施方案中，电动炉可以具有1兆瓦(mw)或更大的功率输出。

8、根据一些实施方案，加热进料的电动炉可以包括炉壳体，该炉壳体包括至少部分地限定内部体积的一个或多个壳体壁。电动炉还可以包括多个加热区，该多个加热区中的每个加热区包括一个或多个加热元件，该一个或多个加热元件是电动的并且被构造为辐射热量。电动炉可以进一步包括在内部体积中延伸的多个经加热管。多个经加热管中的每个经加热管可以在入口端与出口端之间延伸并且限定内部通道，该内部通道被定位为接收进料并在进料从入口端到出口端通过内部通道时加热进料。多个经加热管可以被定位在炉壳体中以接收从一个或多个加热元件辐射的热量。多个加热区可以包括第一加热区，该第一加热区包括一个或多个加热元件中的至少一个加热元件并且被构造为向多个经加热管的与入口端相关联的第一长度部分辐射第一热量输入。多个加热区还可以包括第二加热区，该第二加热区包括一个或多个加热元件中的至少一个加热元件并且被构造为向多个经加热管的与出口端相关联的第二长度部分辐射第二热量输入。第一热量输入可以大于第一热量输入和第二热量输入的平均热量输入，并且第二热量输入可以小于平均热量输入。

9、根据一些实施方案，一种碳氢化合物加热组件可以包括电动炉，并且电动炉可以是以下中的一者：蒸汽裂解炉、蒸汽甲烷重整器或用于脱氢的碳氢化合物加热器。电动炉可以包括至少部分地限定内部体积的一个或多个壳体壁。电动炉还可以包括多个加热区，该多个加热区中的每个加热区包括至少一个加热元件，该至少一个加热元件是电动的并且被构造为辐射热量。电动炉可以进一步包括在内部体积中延伸的多个经加热管。多个经加热管中的每个经加热管可以在入口端与出口端之间延伸并且限定内部通道，该内部通道被定位为接收进料并在进料从入口端到出口端通过内部通道时加热进料。多个经加热管可以被定位在炉壳体中以接收从一个或多个加热元件中的至少一个加热元件辐射的热量。多个加热区可以包括第一加热区，该第一加热区包括一个或多个加热元件中的至少一个加热元件并且被构造为向多个经加热管的与入口端相关联的第一长度部分辐射第一热量输入。多个加热区还可以包括第二加热区，该第二加热区包括一个或多个加热元件中的至少一个加热元件并且被构造为向多个经加热管的与出口端相关联的第二长度部分辐射第二热量输入。第一热量输入可以大于第一热量输入和第二热量输入的平均热量输入，并且第二热量输入可以小于平均热量输入。

10、根据一些实施方案，一种用于向进料提供热量的方法可以包括将进料供应到多个经加热管，多个经加热管各自从入口端延伸到出口端并且限定内部通道。该方法还可以包括经由第一加热元件来加热多个经加热管中的每个经加热管，该第一加热元件被构造为向多个经加热管的与入口端相关联的第一长度部分辐射第一热量输入。该方法可以进一步包括经由第二加热元件来加热多个经加热管中的每个经加热管，该第二加热元件被构造为向多个经加热管的与出口端相关联的第二长度部分辐射第二热量输入，其中第一热量输入大于第一热量输入和第二热量输入的平均值，并且第二热量输入小于平均热量输入。该方法还可以进一步包括在进料从入口端到出口端通过经加热管中的每个经加热管的内部通道时经由多个经加热管来加热进料。

11、在本公开中详细讨论了这些示例性实施方案和其他实施方案的另外的其他方面和优点。此外，应当理解，前述信息和以下详细说明书两者仅提供各个方面和实施方案的说明性示例，并且旨在提供用于理解所要求保护的方面和实施方案的性质和特性的概述或框架。因此，通过参考以下描述和附图，本公开的这些和其他目的以及优点和特征将变得显而易见。此外，应当理解，本文描述的各种实施方案的特征不是相互排斥的，并且可以以各种组合和排列存在。