[發明專利]電加熱式反應器和使用所述反應器的氣體轉化工藝

在審

• 申請號: 201980040180.7
• 申請日: 2019-06-25
• 公開（公告）號: CN112368235A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: G·G·P·范德普勒格
• 申請（專利權）人: 國際殼牌研究有限公司
• 主分類號: C01B3/38
• 分類號: C01B3/38;B01J8/06
• 代理公司: 中國貿促會專利商標事務所有限公司 11038
• 代理人: 王長青

本發明涉及一種反應器構型，所反應器構型包括限定空間的至少一個電加熱式爐，其中至少一個反應器管放置在所述爐空間內，并且所述反應器管具有位于所述反應器爐外部的出口和入口，并且其中所述爐進一步設置有?適于加熱到400到1400℃范圍內的高溫的至少一個電輻射加熱元件，所述加熱元件以所述加熱元件不與所述至少一個反應器管直接接觸的方式定位于所述爐內部；以及；以及?爐壁中的多個檢查端口，以便能夠在運行期間在所述至少一個反應器管的每個相對側面上目視檢查所述反應器管的狀況，檢查端口的總數足以繞所述爐中存在的所有反應器管的全長和周長檢查所述反應器管；并且其中所述爐的加熱負荷為至少3MW。電加熱的工藝需要熱通量和溫度分布。在許多應用中，當所述工藝進入所述爐時，所述熱通量較大，同時溫度較低。接近所述出口，所述熱通量較低，同時溫度較高。本發明可以適應此要求。所述反應器可用于許多工業規模的高溫氣體轉化和加熱技術。

技術領域

本發明涉及一種包括至少一個電加熱式爐的反應器構型，并且涉及一種在高溫下執行氣體轉化工藝的方法，所述方法包括將至少一種氣態反應物引入到所述反應器構型中。所述反應器和方法可用于許多工業規模的高溫氣體轉化和加熱技術。

背景技術

全球變暖問題和減少世界范圍內的碳足跡的需求目前在政治議程上位列前茅。實際上，解決全球變暖問題被認為是21世紀人類面臨的最重要挑戰。地球系統吸收溫室氣體排放的能力已經耗盡，并且根據《巴黎氣候協定(Paris climate agreement)》，在大約2070年之前，必須完全停止當前排放。為了實現這些減少，至少需要進行認真的產業重組，從而遠離產生CO₂的傳統能量載體。能量系統的這種去碳化要求能量轉換遠離常規的化石燃料，如石油、天然氣和煤。及時實施能量轉換需要并行進行多種方法。例如，節能和提高能量效率會起到一定作用，而且在使運輸和工業工藝電氣化方面的努力也起到一定作用。在過渡期之后，預計可再生能量生產將占世界能量生產的大部分，后者將主要由電力組成。

由于世界上某些地區的可再生電力成本已經很低，因此對于代替常規的烴燃式加熱反應器和高負荷加熱操作而言，使用電加熱式反應器和裝置的技術可能具有吸引力。預測的電價和CO₂費用將使這些反應器在經濟上更具吸引力。

電力是可獲得的最高等級的能量。在設計將電能轉化為化學能的高效工業工藝時，可以考慮幾種選項。這些選項是電化學、冷等離子體、熱等離子體或熱方法。在小規模的實驗室環境中，已經將電加熱應用于許多類型的工藝。然而，在考慮將所述選項用于設計工業規模的化學(轉化)技術(如氣體轉化)時，那些選項中的每個選項都具有一定的復雜性和材料要求。當化學轉化工藝高度吸熱時，情況尤其如此，因為需要很高的熱通量和溫度水平。行業中需要適于工業規模的吸熱化學反應和加熱技術的電氣化技術。

US2016288074描述了一種用于對含有烴，優選地甲烷的進料流進行蒸汽重整的爐，所述爐具有：燃燒室；多個反應器管，所述多個反應器管布置在所述燃燒室中，用于容置催化劑并且用于使所述進料流穿過所述反應器管；以及至少一個燃燒器，所述至少一個燃燒器被配置成使所述燃燒室內的燃燒燃料燃燒以對所述反應器管進行加熱。另外，提供了至少一個電壓源，所述至少一個電壓源與所述多個反應器管連接，其連接方式使得在每種情況下都可以在所述反應器管中生成對所述反應器管進行加熱以對給料進行加熱的電流。

US2017106360描述了可以如何以真正的等溫方式來控制吸熱反應，其中外部熱輸入直接施加到固體催化劑表面本身而不是通過實際催化材料之外的間接手段施加。可以僅通過使用催化材料本身的電阻加熱實現的傳導或通過電阻加熱元件(活性催化材料涂層直接位于表面上)來將這種熱源均勻且等溫地供應到催化劑活性位點。通過僅將傳導用作熱到催化位點的傳遞模式，避免了不均勻的輻射和對流模式，從而允許發生均勻的等溫化學反應。

現有技術方法具有其獨特的挑戰、能力和/或基于將燃燒加熱與線性電加熱組合。因此，仍然需要電加熱技術的例如可以用于大規模化學反應的更多和其它選項。