ES2973566T3

ES2973566T3 - Calentador de gas

Info

Publication number: ES2973566T3
Application number: ES20816478T
Authority: ES
Inventors: Peter Mølgaard Mortensen; Kasper Emil Larsen; Kim Aasberg-Petersen; Robert Klein
Original assignee: Haldor Topsoe AS
Current assignee: Topsoe AS
Priority date: 2019-12-04
Filing date: 2020-12-03
Publication date: 2024-06-20
Anticipated expiration: 2040-12-03
Also published as: CN114746173B; WO2021110809A1; US12447451B2; CN114746173A; EP4069414A1; EP4069414B1; CA3163744A1; US20230001368A1; KR20220104715A; FI4069414T3

Abstract

Se proporciona un sistema de calentamiento y un proceso para calentar un gas de alimentación presurizado, donde el calor para la reacción se proporciona mediante calentamiento por resistencia mediante energía eléctrica. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Calentador de gas

Campo técnico

Se proporcionan un sistema de calentamiento y un proceso para llevar a cabo el calentamiento de un gas de alimentación presurizado, donde el calor es proporcionado mediante calentamiento por resistencia.

Antecedentes

Normalmente, los intercambiadores de calor de gas tienen una temperatura de diseño limitada, ya que también son equipos de presión, lo que normalmente limita la temperatura máxima de funcionamiento de estos. Una configuración clásica de intercambio de calor es el tipo de tubo y carcasa, donde un gas que fluye en el lado del tubo intercambia calor con otro gas en el lado de la carcasa para calentar así el primer gas y enfriar el segundo gas, o viceversa. Es deseable desarrollar un sistema de calentamiento, específicamente un precalentador de gas, que permita calentar sistemas de gas a temperaturas muy altas. También es deseable desarrollar un sistema de calentamiento que sea compacto y sencillo de utilizar. Otra ventaja de la tecnología actual es que se pueden reducir considerablemente las emisiones globales de dióxido de carbono y otras emisiones perjudiciales para el clima, en particular si la energía utilizada en el sistema de calentamiento proviene de fuentes de energía renovables.

El precalentamiento del gas es necesario en muchos aspectos del diseño de procesos químicos. Los ejemplos de precalentadores de gas incluyen el precalentamiento del gas reductor utilizado para la activación de lechos catalíticos. Otro uso de un precalentador de gas es el ejemplo de un precalentador de CO<2>para un convertidor post-adiabático (APOC). El reactor APOC se describe en el documento WO 2019/110267. En ambos casos, puede ser deseable tener una temperatura de precalentamiento del gas muy alta para permitir la interacción del funcionamiento de la unidad aguas abajo. El documento WO 2019/110268 A1 describe un recipiente a presión adaptado para funcionar como precalentador de gas eléctrico y continuo a temperaturas de 500, 1000 °C y superiores.

Compendio

La presente tecnología proporciona así un sistema de calentamiento para calentar un gas de alimentación, comprendiendo dicho sistema de calentamiento:

- un suministro de gas de alimentación;

- un cuerpo estructurado dispuesto para calentar dicho gas de alimentación, comprendiendo dicho cuerpo estructurado una estructura macroscópica de material conductor de la electricidad;

- una carcasa de presión que aloja dicho cuerpo estructurado, comprendiendo dicha carcasa de presión una entrada para dejar entrar dicho gas de alimentación y una salida para dejar salir gas calentado, en donde dicha entrada está situada de manera que dicho gas de alimentación entre en dicho cuerpo estructurado por un primer extremo de dicho cuerpo estructurado y dicho gas calentado salga de dicho cuerpo estructurado por un segundo extremo de dicho cuerpo estructurado;

- una capa de aislamiento térmico entre dicho cuerpo estructurado y dicha carcasa de presión;

- al menos dos conductores conectados eléctricamente a dicho cuerpo estructurado y a una fuente de alimentación eléctrica situada fuera de dicha carcasa de presión, en donde dicha fuente de alimentación eléctrica está dimensionada para calentar al menos una parte de dicho cuerpo estructurado hasta una temperatura de al menos 400°C haciendo pasar una corriente eléctrica a través de dicha estructura macroscópica, en donde dichos al menos dos conductores están conectados al cuerpo estructurado en una posición en el cuerpo estructurado más cercana a dicho primer extremo de dicho cuerpo estructurado que a dicho segundo extremo de dicho cuerpo estructurado, y en donde el cuerpo estructurado está construido para dirigir una corriente eléctrica ir desde un conductor sustancialmente hasta el segundo extremo del cuerpo estructurado y regresar al segundo de dichos al menos dos conductores; y,

- una salida para gas calentado.

Adicionalmente, un proceso para calentar un gas de alimentación en un sistema de calentamiento descrito en esta memoria; comprendiendo dicho proceso las etapas de:

- presurizar dicho gas de alimentación,

- suministrar dicho gas de alimentación a presión al sistema de calentamiento,

- suministrar energía eléctrica a través de conductores eléctricos que conectan un suministro de energía eléctrica situado fuera de dicha carcasa de presión a dicho cuerpo estructurado, permitir que una corriente eléctrica pase a través de dicho material conductor de la electricidad, calentando así al menos parte del cuerpo estructurado, - calentar el gas de alimentación, y

- sacar un gas calentado del sistema de calentamiento.

Aspectos adicionales de la presente tecnología se establecen en las reivindicaciones dependientes, las figuras y el siguiente texto descriptivo.

Leyendas de las figuras

La Figura 1a muestra una sección transversal a través de una realización del sistema de calentamiento inventivo con un cuerpo estructurado que comprende una serie de estructuras macroscópicas, en una sección transversal; la Figura 1b muestra el sistema de calentamiento de la Figura 1a con una parte de la carcasa de presión y la capa de aislamiento térmico eliminadas;

la Figura 2 es una vista ampliada de una parte del sistema de calentamiento;

las Figuras 3 y 4 muestran una realización de un cuerpo estructurado con una serie de estructuras macroscópicas vistas desde arriba y desde un lado, respectivamente;

la Figura 5 muestra una realización del cuerpo estructurado de la invención;

las Figuras 6 y 7 muestran realizaciones de un cuerpo estructurado con conectores; y

la Figura 8 muestra una realización del proceso que incluye el sistema de calentamiento y un post-convertidor adiabático.

La Figura 9 muestra datos experimentales para un sistema de calentamiento según la invención y la temperatura de proceso del CO<2>en función de la entrada de electricidad.

La Figura 10 muestra datos experimentales para un sistema de calentamiento según la invención y la temperatura de proceso del CO<2>en función de la entrada de electricidad.

La Figura 11 muestra datos experimentales para un sistema de calentamiento según la invención y la temperatura del proceso del N<2>en función de la entrada de electricidad.

Descripción detallada

Realizaciones específicas

La tecnología actual describe cómo un sistema calentado eléctricamente puede facilitar la tarea de calentar gas en un diseño compacto en un enfoque a demanda.

Un sistema de calentamiento eléctrico compacto que utiliza un cuerpo estructurado se puede hacer funcionar fácilmente y utilizar principios de arranque sencillo cuando sea necesario. Esto da como resultado una planta relativamente económica.

Se proporciona así un sistema de calentamiento para calentar un gas de alimentación, comprendiendo dicho sistema de calentamiento:

- un suministro de gas de alimentación;

- una salida para un gas calentado.

La disposición del sistema de calentamiento permite alimentar un gas de alimentación presurizado al sistema de calentamiento en una entrada y dirigir este gas a la carcasa de presión del sistema de calentamiento. Dentro de la carcasa de presión, se dispone una configuración de capas de aislamiento térmico y material inerte para dirigir el gas de alimentación a través del cuerpo estructurado. El gas calentado procedente del cuerpo estructurado calentado se conduce a la salida del sistema de calentamiento.

Una característica importante del proceso de calentamiento por resistencia es que, por tanto, la energía se suministra dentro del propio objeto, en lugar de ser suministrado desde una fuente de calor externa por conducción, convección y radiación de calor. Además, la parte más caliente del sistema de calentamiento estará dentro de la carcasa de presión del sistema de calentamiento. Preferiblemente, la fuente de alimentación eléctrica y el cuerpo estructurado están dimensionados de manera que al menos una parte del cuerpo estructurado alcance una temperatura de al menos 700°C, preferiblemente al menos 900 °C, más preferiblemente al menos 1000°C. El área superficial del material conductor de la electricidad, la fracción del material conductor de la electricidad revestido con un revestimiento cerámico (opcional) y el tipo y estructura del revestimiento cerámico pueden adaptarse a las condiciones de funcionamiento específicas.

El gas calentado que sale del sistema de calentamiento por la salida puede tener sustancialmente la misma composición química y caudal molar que el gas de alimentación, ya que en el sistema de calentamiento no se produce ninguna reacción química.

En una realización, el gas calentado se selecciona del grupo que consiste en N<2>, H<2>, CO<2>, CH<4>, H<2>O, O<2>y una mezcla de los mismos.

El material conductor de la electricidad es adecuadamente una estructura macroscópica. Como se emplea en esta memoria, la expresión "estructura macroscópica" pretende indicar una estructura que es lo suficientemente grande como para ser visible a simple vista, sin dispositivos de aumento. Las dimensiones de la estructura macroscópica están, normalmente, en el intervalo de centímetros o incluso metros. Ventajosamente, las dimensiones de la estructura macroscópica se hacen corresponder al menos parcialmente con las dimensiones internas de la carcasa de presión que aloja el cuerpo estructurado, ahorrando espacio para la capa de aislamiento térmico y los conductores. Se pueden conectar dos o más estructuras macroscópicas con el fin de proporcionar una serie de estructuras macroscópicas tenga al menos una de las dimensiones externas en el intervalo de metros, como 2 m o 5 m. Estas dos o más estructuras macroscópicas pueden denominarse "un conjunto de estructuras macroscópicas". Ventajosamente, en este caso las dimensiones de una serie de estructuras macroscópicas se hacen corresponder al menos parcialmente con la dimensión interior de la carcasa de presión que aloja el cuerpo estructurado (ahorrando espacio para la capa de aislamiento térmico). Un conjunto imaginable de estructuras macroscópicas podría ocupar un volumen de 0,1 a 10 m3 o incluso más grande. El cuerpo estructurado puede comprender una única estructura macroscópica o una serie de estructuras macroscópicas, donde la(s) estructura(s) macroscópica(s) soporta(n) un revestimiento(s) cerámico(s) opcional(es). En una serie de estructuras macroscópicas, las estructuras macroscópicas pueden estar conectadas eléctricamente entre sí; sin embargo, de manera alternativa, las estructuras macroscópicas no están conectadas eléctricamente entre sí. Por tanto, el cuerpo estructurado puede comprender dos o más estructuras macroscópicas situadas una al lado de la otra. La(s) estructura(s) macroscópica(s) pueden ser estructuras extruidas y sinterizadas o estructuras impresas en 3D. Se puede proporcionar una estructura macroscópica impresa en 3D con o sin sinterización posterior. En el sistema de calentamiento descrito en esta memoria, el revestimiento cerámico no soporta un material catalíticamente activo. El revestimiento cerámico se puede aplicar para mantener un entorno químico inerte para limitar o incluso evitar reacciones superficiales en las superficies metálicas de la(s) estructura(s) macroscópica(s).

Las dimensiones físicas de la estructura macroscópica pueden ser cualesquiera dimensiones apropiadas; por tanto, la altura puede ser menor que la anchura de la estructura macroscópica o viceversa.

La estructura macroscópica puede soportar un revestimiento cerámico, que puede proporcionar una capa protectora sobre la estructura macroscópica. La expresión "estructura macroscópica que soporta un revestimiento cerámico" pretende indicar que la estructura macroscópica está revestida por el revestimiento cerámico en, al menos, una parte de la superficie de la estructura macroscópica. Por tanto, la expresión no implica que toda la superficie de la estructura macroscópica esté revestida por el revestimiento cerámico; en particular, al menos las partes de la estructura macroscópica que están conectadas eléctricamente a los conductores no tienen ningún revestimiento sobre las mismas. El revestimiento es un material cerámico con poros en la estructura.

Preferiblemente, la estructura macroscópica ha sido fabricada por extrusión de una mezcla de partículas metálicas en polvo y un aglutinante a una estructura extruida y posterior sinterización de la estructura extruida, proporcionando así un material con una alta superficie geométrica por volumen. Preferiblemente, la estructura extruida se sinteriza en una atmósfera reductora para proporcionar la estructura macroscópica. De manera alternativa, la estructura macroscópica se imprime en 3D mediante un proceso de fusión de fabricación aditiva de metal, es decir, a procesos de impresión 3D, que no requieren sinterización posterior, tal como la fusión de lechos de polvo o procesos de deposición directa de energía. Ejemplos de estos procesos de fusión de lecho de polvo o de deposición directa de energía son los procesos de impresión 3D por haz de láser, haz de electrones o plasma. Como otra alternativa, la estructura macroscópica pudo haber sido fabricada como una estructura metálica 3D mediante un proceso de fabricación aditiva metálica a base de aglomerantes, y posteriormente sinterizada en atmósfera no oxidante a una primera temperatura T<1>, donde T<1>> 1000 °C, con el fin de proporcionar la estructura macroscópica.

Se puede proporcionar un revestimiento cerámico sobre la estructura macroscópica antes de una segunda sinterización en atmósfera oxidante, para formar enlaces químicos entre el revestimiento cerámico y la estructura macroscópica.

Como se emplea en esta memoria, las expresiones "imprenta 3D" e "impresión 3D" pretenden denotar un proceso de fabricación aditiva de metal. Estos procesos de fabricación aditiva de metales abarcan los procesos de impresión 3D en los que el material se une a una estructura bajo control informático para crear un objeto tridimensional, donde se va a solidificar la estructura, p. ej., mediante sinterización, para proporcionar la estructura macroscópica. Además, tales procesos de fabricación aditiva de metales cubren los procesos de impresión 3D, que no requieren sinterización posterior, tal como la fusión de lechos de polvo o procesos de deposición directa de energía. Ejemplos de estos procesos de fusión de lecho de polvo o de deposición directa de energía son los procesos de impresión 3D por haz de láser, haz de electrones o plasma.

El sistema de calentamiento no necesita horno y esto reduce considerablemente el tamaño total.

El material conductor de la electricidad comprende Fe, Ni, Cu, Co, Cr, Al, Si o una aleación de los mismos. Una aleación de este tipo puede comprender otros elementos, tales como Mn, Y, Zr, C, Co, Mo o combinaciones de los mismos. Preferiblemente, el material conductor de la electricidad comprende Fe, Cr, Al o una aleación de los mismos. Una aleación de este tipo puede comprender otros elementos, tales como Si, Mn, Y, Zr, C, Co, Mo o combinaciones de los mismos. Preferiblemente, los conductores y el material conductor de la electricidad están hechos de materiales diferentes a los del material conductor de la electricidad. Los conductores pueden ser, por ejemplo, de hierro, níquel, aluminio, cobre, plata o una aleación de los mismos. El revestimiento cerámico es un material aislante de la electricidad y normalmente tendrá un espesor en el intervalo de aproximadamente 100 pm, digamos 10-500 pm. Ventajosamente, el material conductor de la electricidad es un material coherente o consistentemente intraconectado para lograr conductividad eléctrica en todo el material conductor de la electricidad y, por lo tanto, lograr conductividad térmica en todo el cuerpo estructurado.

Mediante el material coherente o interconectado de forma coherente es posible garantizar una distribución uniforme de la corriente dentro del material conductor de la electricidad y, por tanto, una distribución uniforme del calor dentro del cuerpo estructurado. A lo largo de este texto, el término "coherente" pretende ser sinónimo de cohesivo y, por tanto, se refiere a un material que está consistentemente interconectado o consistentemente acoplado. El efecto de que el cuerpo estructurado sea un material coherente o consistentemente intraconectado es que se obtiene un control sobre la conectividad dentro del material del cuerpo estructurado y, por tanto, la conductividad del material conductor de la electricidad.

Cabe señalar que incluso si se llevan a cabo modificaciones adicionales del material conductor de la electricidad, tales como provisión de ranuras dentro de partes del material conductor de la electricidad o la implementación de material aislante dentro del material conductor de la electricidad, el material conductor de la electricidad sigue siendo un material coherente o consistentemente intraconectado.

El flujo de gas sobre el cuerpo estructurado puede ser axial o coaxial con la trayectoria de la corriente a través del cuerpo estructurado, perpendicular a la trayectoria actual o tener cualquier otra dirección apropiada en relación con la trayectoria actual.

La materia prima puede ser corrientes sustancialmente puras de vapor y un hidrocarburo, alternativamente puede ser CO<2>puro o H<2>puro. Asimismo, la materia prima para el proceso de calentamiento puede incluir corrientes de reciclaje de operaciones unitarias aguas abajo del sistema de calentamiento.

En una realización, el gas de alimentación puede ser CO<2>sustancialmente puro, que se calienta a 800 °C, o incluso 1000 °C, o incluso 1200 °C. El CO<2>calentado, después de salir del sistema de calentamiento, puede mezclarse con un gas de síntesis caliente y equilibrarse según el reformado de metano con vapor, reacciones de metanación y desplazamiento inverso de gas de agua en un post-convertidor adiabático (APOC) para la producción de CO en un gas de síntesis rico en CO.

Por reacción inversa de desplazamiento de gas de agua se entiende:

CO<2>+ H<2>5 H<2>O CO

La reacción de metanación (y reformado inverso con vapor) se entiende como:

CO<3>H<2>5 H<2>O CH<4>

El gas de síntesis caliente puede proporcionarse a partir de cualquier tecnología de reformado adecuada, tal como un reformador tubular, un reformador autotérmico o un reformador eléctrico.

El uso del post-convertidor adiabático (APOC) permite un funcionamiento global del proceso para la producción de gas de síntesis en condiciones muy severas y una baja adición de vapor en comparación, p. ej., con un reformador tubular autónomo, ya que de esta manera los límites de carbono pueden eludirse parcialmente, lo que de otro modo plantearía limitaciones de proceso en dicho sistema de reactor.

Por corriente de gas de síntesis rica en CO se entiende una corriente de gas con una cantidad relativamente alta de CO. En una realización, el gas de síntesis rico en CO comprende una mezcla de gases con una razón H<2>/CO inferior a 3, tal como preferiblemente inferior a 2, o incluso inferior a 1.

En una realización, el gas de alimentación es una mezcla de diferentes gases, tales como N<2>y H<2>.

En una realización, el gas de alimentación calentado que comprende N<2>y H<2>puede usarse para reducir un catalizador de amoníaco, p. ej., en un reactor de síntesis de amoníaco posterior. El gas de alimentación calentado que comprende N<2>y H<2>se puede calentar a 500 °C.

En otra realización, el gas calentado comprende H<2>puro. Un gas calentado de este tipo puede usarse para reducir un catalizador de níquel, p. ej., en un reformador de vapor y, por lo tanto, se calienta a al menos 700 °C en el sistema de calentamiento.

En una realización diferente, el gas calentado comprende vapor sustancialmente puro. El vapor se puede calentar a una temperatura de 800 a 850 °C y usarse como materia prima para una celda de electrólisis de óxido sólido (SOEC) para electrólisis. En esta configuración, la SOEC se puede utilizar para producir H<2>a partir del vapor cuando se aplica un potencial eléctrico a la SOEC.

En una realización similar, el sistema de calentamiento se puede utilizar para calentar CO<2>puro. El CO<2>puede utilizarse como alimento para una SOEC. En esta configuración, la SOEC se puede utilizar para producir CO a partir del CO<2>cuando se aplica un potencial eléctrico a la SOEC.

La expresión "conductor de la electricidad" pretende indicar materiales con una resistividad eléctrica en el intervalo de: 10-5 a 10-8 ü m a 20 °C. De este modo, los materiales que son conductores de electricidad son, p. ej., metales como cobre, plata, aluminio, cromo, hierro, níquel o aleaciones de metales. Además, la expresión "aislantes eléctricos" se refiere a materiales con una resistividad eléctrica superior a 10 ü m a 20 °C, p. ej., en el intervalo de 109 a 1025ü m a 20 °C.

Cuando el sistema de calentamiento comprende una capa de aislamiento térmico entre el cuerpo estructurado y la carcasa de presión, se obtiene un aislamiento térmico y eléctrico apropiado entre el cuerpo estructurado y la carcasa de presión. La presencia de una capa termoaislante entre la carcasa de presión y el cuerpo estructurado ayuda a evitar el calentamiento excesivo de la carcasa de presión y ayuda a reducir las pérdidas térmicas hacia el entorno. Las temperaturas del cuerpo estructurado pueden alcanzar hasta aproximadamente 1300 °C, al menos en algunas partes del mismo, pero al utilizar la capa de aislamiento térmico entre el cuerpo estructurado y la carcasa de presión, la temperatura de la carcasa de presión se puede mantener a temperaturas significativamente más bajas de, digamos, 500 °C o incluso 100 °C, lo cual es ventajoso ya que los materiales de acero de construcción típicos generalmente no son adecuados para aplicaciones de soporte de presión a temperaturas superiores a 1000 °C. Además, una capa aislante del calor entre la carcasa de presión y el cuerpo estructurado ayuda al control de la corriente eléctrica dentro del sistema de calentamiento, ya que la capa de aislamiento térmico también es aislante de la electricidad. La capa de aislamiento térmico podría ser una o más capas de material sólido, tal como cerámicos, material inerte, material de fibra, ladrillos o una barrera para gas o una combinación de los mismos. Por tanto, también es concebible que un gas de purga o un gas confinado constituya o forme parte de la capa de aislamiento térmico.

Además, cabe señalar que la expresión "material termoaislante" pretende indicar materiales que tienen una conductividad térmica de aproximadamente 10 W m .-1k-1 o inferior. Ejemplos de materiales aislantes del calor son cerámicos, ladrillos, materiales basados en alúmina, materiales basados en zirconia y similares.

Ventajosamente, cualquier espacio relevante entre el cuerpo estructurado, la capa de aislamiento térmico, la carcasa de presión y/o cualquier otro componente dentro del sistema de calentamiento está lleno de material inerte, p. ej., en forma de gránulos inertes. Estos espacios son, p. ej., un espacio entre el lado inferior del cuerpo estructurado y el fondo de la carcasa de presión y un espacio entre los lados del cuerpo estructurado y la capa aislante que cubre los lados internos de la carcasa de presión. El material inerte puede ser, p. ej., un material cerámico en forma de gránulos o bloques huecos. El material inerte ayuda a controlar la distribución de gas a través del sistema de calentamiento y a controlar el flujo del gas a través del cuerpo estructurado. Además, el material inerte normalmente tiene un efecto de aislamiento térmico.

La carcasa presurizada tiene adecuadamente una presión de diseño de entre 2 y 30 bares. La presión operativa real estará determinada por el tamaño de las plantas, entre otros aspectos. Como la parte más caliente del sistema de calentamiento es el material conductor de electricidad, que estará rodeado por una capa de aislamiento térmico y dentro de la carcasa de presión del sistema de calentamiento, la temperatura de la carcasa de presión se puede mantener significativamente por debajo de la temperatura máxima del proceso. Esto permite tener una temperatura de diseño relativamente baja de la carcasa de presión de, p. ej., 700 °C o 500 °C o preferiblemente 300 °C o 100 °C de la carcasa de presión mientras se tienen temperaturas máximas de proceso de 400 °C, o incluso 900, o incluso 1100 °C, o incluso hasta 1300 °C en el cuerpo estructurado. La resistencia del material es mayor a la más baja de estas temperaturas (correspondiente a la temperatura de diseño de la carcasa de presión como se ha indicado anteriormente). Esto ofrece ventajas a la hora de diseñar el sistema de calentamiento. Convenientemente, la carcasa de presión tiene una presión de diseño de entre 2 bar y 30 bar, o entre 30 y 200 bar. Es preferible alrededor de 30 bar como compromiso entre la economía del proceso y las limitaciones termodinámicas.

La resistividad del material conductor de la electricidad está adecuadamente entre 10-5 ü m y 10-7 ü m . Un material con una resistividad dentro de este intervalo proporciona un calentamiento eficaz del cuerpo estructurado cuando se energiza con una fuente de energía. El grafito tiene una resistividad de aproximadamente 10'5 ü m a 20 °C, el kanthal tiene una resistividad de aproximadamente 10-6 ü m a 2O°C, mientras que el acero inoxidable tiene una resistividad de aproximadamente 10-7 ü m a 20 °C. El material conductor de la electricidad puede estar hecho, por ejemplo, de aleación de FeCr que tenga una resistividad de aprox. 1,5 10-6 ü m a 20 °C.

Normalmente, la carcasa de presión comprende una entrada para dejar entrar gas de proceso y una salida para dejar salir gas calentado, en donde la entrada está situada cerca de un primer extremo de la carcasa de presión y la salida está situada cerca de un segundo extremo de la carcasa de presión, y en donde al menos dos conductores están conectados ambos al cuerpo estructurado en una posición en el cuerpo estructurado más cerca de la entrada que de la salida. Por ello, los al menos dos conductores se pueden colocar en la parte sustancialmente más fría del sistema de calentamiento ya que el gas de entrada tendrá una temperatura más baja que el gas producto, el material conductor de la electricidad estará más frío en la parte más aguas arriba del material debido al calor consumido por el progreso del calentamiento, y el gas de alimentación alimentado a través de la entrada puede enfriar los al menos dos conductores antes de ser calentado por el cuerpo estructurado calentado más adelante a lo largo de la trayectoria del gas sobre el cuerpo estructurado calentado. Es una ventaja que la temperatura de todos los elementos conductores de electricidad, excepto el material conductor de electricidad, se mantenga baja para proteger las conexiones entre los conductores y el cuerpo estructurado. Cuando la temperatura de los conductores y otros elementos conductores de electricidad, excepto el material conductor de la electricidad, es relativamente baja, menos limitaciones existen en los materiales adecuados para los conductores y otros elementos conductores de electricidad, excepto el material conductor de la electricidad. Cuando la temperatura de los elementos conductores de electricidad aumenta, su resistividad aumenta; por lo tanto, es deseable evitar el calentamiento innecesario de todas las demás piezas además de los materiales conductores de la electricidad dentro del sistema de calentamiento. La expresión "elementos conductores de la electricidad, excepto el material conductor de la electricidad", está destinada a cubrir los elementos conductores de la electricidad pertinentes dispuestos para conectar la fuente de alimentación al cuerpo estructurado, excepto el propio cuerpo estructurado conductor de la electricidad.

Se debería observar, que el sistema de la invención puede incluir cualquier número apropiado de fuentes de alimentación y cualquier número apropiado de conductores que conecten la(s) fuente(s) de alimentación y el(los) material(es) conductor de la electricidad(es) del cuerpo estructurado.

Convenientemente, los al menos dos conductores son conducidos a través de una carcasa de presión a un acoplamiento, de modo que los al menos dos conductores están aislados eléctricamente de la carcasa de presión. El acoplamiento puede ser, parcialmente, de un material plástico y/o cerámico. El término "acoplamiento" pretende indicar un dispositivo que permite conectar mecánicamente dos piezas de soporte físico en una configuración de soporte de presión. De este modo, la presión dentro de la carcasa de presión se puede mantener incluso aunque los al menos dos conductores pasen a través de ella. Ejemplos no limitativos de acoplamientos pueden ser un acoplamiento aislante de la electricidad, un acoplamiento dieléctrico, un sello de compresión de potencia, un acoplamiento de compresión o una brida. La carcasa de presión comprende normalmente paredes laterales, paredes finales, bridas y posiblemente otras piezas. La expresión "carcasa de presión" pretende cubrir cualquiera de estos componentes.

La conexión entre el cuerpo estructurado y los al menos dos conductores puede ser una conexión mecánica, una conexión de soldadura autógena, una conexión de soldadura fuerte o una combinación de las mismas. El cuerpo estructurado puede comprender terminales física y eléctricamente conectados al cuerpo estructurado con el fin de facilitar la conexión eléctrica entre el material conductor de la electricidad y los al menos dos conductores. La expresión "conexión mecánica" está destinada a designar una conexión donde dos componentes se mantienen unidos mecánicamente, tal como mediante una conexión roscada o mediante sujeción, de modo que una corriente pueda avanzar entre los componentes.

Los materiales conductores de la electricidad situados en una serie de materiales conductores de la electricidad pueden estar conectados eléctricamente entre sí. La conexión entre los dos o más materiales conductores de la electricidad puede ser mediante conexión mecánica, sujeción de apriete, soldadura, soldadura o cualquier combinación de estos métodos de conexión. Cada material conductor de la electricidad puede comprender terminales para facilitar las conexiones eléctricas. Los dos o más materiales conductores de la electricidad pueden conectarse a la fuente de alimentación en conexión en serie o en paralelo. La conexión eléctrica entre los dos o más materiales conductores de la electricidad es ventajosamente coherente y uniforme a lo largo de la superficie de conexión entre los dos o más materiales conductores de la electricidad, de modo que los dos o más materiales conductores de la electricidad actúen como un único material coherente o consistentemente intraconectado; por ello, se facilita una conductividad eléctrica uniforme en todos los dos o más materiales conductores de la electricidad. De forma alternativa o adicional, el cuerpo estructurado puede comprender una serie de materiales conductores de la electricidad que no están conectados eléctricamente entre sí. Más bien, dos o más materiales conductores de la electricidad se colocan juntos dentro de la carcasa de presión, pero no conectados eléctricamente entre sí. En este caso, el cuerpo estructurado comprende por tanto materiales conductores de la electricidad conectados en paralelo a la fuente de alimentación.

Se puede añadir un revestimiento cerámico directamente a una superficie metálica del material conductor de la electricidad mediante revestimiento por lavado. El revestimiento por lavado de una superficie metálica es un proceso bien conocido; se proporciona una descripción, p. ej., en Cybulski, A., y Moulijn, J. A., "Structured bodys and reactors", Marcel Dekker, Inc, Nueva York, 1998, Capítulo 3 y referencias incluidas en la misma. El revestimiento cerámico puede ser, por ejemplo, un óxido que comprende Al, Zr, Mg, Ce y/o Ca. Revestimientos a modo de ejemplo son aluminato de calcio o una espinela de magnesio y aluminio. Un revestimiento cerámico de este tipo puede comprender otros elementos, tales como La, Y, Ti, K o combinaciones de los mismos. El revestimiento cerámico es un material aislante de la electricidad y normalmente tendrá un espesor en el intervalo de aproximadamente 100 pm, digamos 10-500 pm.

La extrusión y sinterización o la impresión 3D de una estructura macroscópica dan como resultado una estructura macroscópica de forma uniforme y coherente, que posteriormente se puede revestir con el revestimiento cerámico.

El material conductor de la electricidad y el revestimiento cerámico pueden haber sido sinterizados en una atmósfera oxidante para formar enlaces químicos entre el revestimiento cerámico y el material conductor de la electricidad; de este modo se consigue una conductividad térmica especialmente alta entre el material conductor de la electricidad y el revestimiento cerámico. De este modo, el cuerpo estructurado es compacto en términos de transferencia de calor, y un sistema de calentamiento que aloja el cuerpo estructurado puede ser compacto y estar limitado principalmente por la velocidad del calentamiento.

En una realización, el cuerpo estructurado tiene al menos una parte aislante de la electricidad dispuesta para aumentar la trayectoria de la corriente entre los conductores hasta una longitud mayor que la dimensión más grande del cuerpo estructurado. La provisión de una trayectoria de corriente entre los conductores mayor que la dimensión más grande del cuerpo estructurado puede realizarse mediante la provisión de piezas aislantes de la electricidad situadas entre los conductores y evitando que la corriente pase a través de alguna parte del cuerpo estructurado. Tales piezas aislantes de la electricidad están dispuestas para aumentar la trayectoria de la corriente y así aumentar la resistencia a través del cuerpo estructurado. Por ello, la trayectoria de la corriente a través del cuerpo estructurado puede ser, p. ej., más de 50 %, 100 %, 200 %, 1000 %, o incluso 10.000 % más larga que la dimensión más grande del cuerpo estructurado.

Además, tales piezas aislantes de la electricidad están dispuestas para dirigir la corriente desde un conductor, que está más cerca del primer extremo del cuerpo estructurado que del segundo extremo, hacia el segundo extremo del cuerpo estructurado y de regreso a un segundo conductor más cercano al primer extremo del cuerpo estructurado que al segundo extremo. Preferiblemente, la corriente está dispuesta para que discurra desde el primer extremo del cuerpo estructurado hasta el segundo y de regreso al primer extremo. Como se ve en las figuras, el primer extremo del cuerpo estructurado es el extremo superior del mismo. La flecha indicada como "z" en las Figuras 5-7 indica un eje z a lo largo de la longitud del cuerpo estructurado. La trayectoria de corriente principal a lo largo del cuerpo estructurado tendrá un valor positivo o negativo de la coordenada z del vector de densidad de corriente secundaria a lo largo de la mayor parte de la trayectoria de corriente. Por trayectoria principal de corriente se entiende la trayectoria de los electrones a través de una estructura macroscópica del cuerpo estructurado con la mayor densidad de corriente. Por trayectoria principal de corriente también se puede entender la trayectoria que tiene la longitud mínima a través de la estructura macroscópica del cuerpo estructurado. Visto geométricamente, la trayectoria de corriente principal se puede cuantificar como el vector de densidad de corriente más grande dentro de un plano perpendicular a la dirección del flujo de gas de una sección coherente de la estructura macroscópica. En la parte inferior del cuerpo estructurado, como se muestra en las figuras, la corriente girará, y aquí la coordenada z del vector de densidad de corriente secundaria será cero.

Como se emplea en esta memoria, la expresión sección coherente pretende indicar un área de sección transversal de la estructura macroscópica en donde todas las paredes de la sección coherente están conectadas geométricamente a una o más paredes de la sección coherente dentro del mismo plano.

En una realización, el cuerpo estructurado tiene al menos una parte aislante de la electricidad dispuesta para dirigir una corriente a través del cuerpo estructurado con el fin de garantizar que durante al menos el 70 % de la longitud de dicho cuerpo estructurado, un vector de densidad de corriente de una trayectoria de corriente principal tiene un valor de componente distinto de cero paralelo a la longitud de dicho cuerpo estructurado. Por tanto, para al menos el 70 % de la longitud del cuerpo estructurado, el vector de densidad de corriente tendrá un valor de componente positivo o negativo paralelo a la longitud del cuerpo estructurado. Por tanto, al menos el 70 %, p. ej., para el 90 % o el 95 %, de la longitud del cuerpo estructurado, es decir, a lo largo del eje z del cuerpo estructurado como se ve en las Figuras 5 a 10, el vector de densidad de corriente de una trayectoria de corriente principal tendrá un valor positivo o negativo a lo largo del eje z. Esto significa que la corriente es forzada desde el primer extremo del cuerpo estructurado hacia el segundo extremo, y posteriormente es forzada nuevamente hacia el primer extremo. El gas que entra por el primer extremo del cuerpo estructurado absorbe calor del cuerpo estructurado. Por este motivo, el primer extremo del cuerpo estructurado permanece más frío que el segundo extremo, y asegurando que el vector de densidad de corriente de la trayectoria de corriente principal tenga un valor de componente distinto de cero paralelo a la longitud de dicho cuerpo estructurado, teniendo esto lugar con un perfil de temperatura sustancialmente creciente, lo que da un frente de reacción controlable. En una realización, el vector de densidad de corriente tiene un valor de componente distinto de cero paralelo a la longitud de dicho cuerpo estructurado en el 70 % de la longitud de dicho cuerpo estructurado, preferiblemente 80 %, más preferiblemente 90 %, e incluso más preferiblemente 95 %. Cabe señalar que la expresión "la longitud del cuerpo estructurado" pretende indicar la dimensión del cuerpo estructurado en la dirección del flujo de gas. En los cuerpos estructurados como se muestra en las figuras, la longitud es la dirección longitudinal, es decir, la dimensión más larga del mismo. Esto se indica mediante la flecha que indica z en algunas de las figuras.

Ejemplos no limitativos de piezas aislantes son cortes, hendiduras o agujeros en la estructura. Opcionalmente, se puede utilizar un material aislante sólido tal como cerámicos en los cortes o hendiduras de la estructura. Un material aislante sólido dentro de un corte o hendidura ayuda a mantener separadas entre sí las partes del cuerpo estructurado a los lados del corte o hendidura. Como se emplea en esta memoria, la expresión "dimensión más grande del cuerpo estructurado" pretende indicar la dimensión interior más grande de la forma geométrica adoptada por el cuerpo estructurado. Si el cuerpo estructurado tiene forma de caja, la dimensión más grande sería la diagonal desde una esquina hasta la esquina más alejada, también denotada como diagonal del espacio.

Cabe señalar que aunque la corriente a través del cuerpo estructurado puede estar dispuesta para girar o enrollarse a través del cuerpo estructurado debido a las partes aislantes de la electricidad dispuestas para aumentar la trayectoria de la corriente, el gas que pasa a través del sistema de calentamiento se introduce en un extremo del sistema de calentamiento, pasa sobre el cuerpo estructurado una vez antes de salir del sistema de calentamiento. Ventajosamente, el material inerte está presente en los espacios relevantes entre el cuerpo estructurado y el resto del sistema de calentamiento para garantizar que el gas dentro del sistema de calentamiento pase sobre el cuerpo estructurado.

La longitud del paso de gas a través del cuerpo estructurado es adecuadamente menor que la longitud del paso de corriente desde un electrodo a través del cuerpo estructurado hasta el siguiente electrodo. La razón entre la longitud del paso de gas y la longitud del paso de corriente puede ser inferior a 0,6, o 0,3, 0,1 o incluso hasta 0,002.

Normalmente, el cuerpo estructurado tiene partes aislantes de la electricidad dispuestas para hacer que la trayectoria de la corriente a través del cuerpo estructurado sea una trayectoria en zigzag. En este punto, las expresiones "trayectoria en zigzag" y "ruta en zigzag" pretenden denotar una trayectoria que tiene esquinas en ángulos variables que trazan una trayectoria de un conductor a otro. Un trayectoria en zigzag es, por ejemplo, una trayectoria que va hacia arriba, gira y posteriormente desciende. Una trayectoria en zigzag puede tener muchas curvas, yendo hacia arriba y posteriormente hacia abajo muchas veces a través del cuerpo estructurado, aunque un giro es suficiente para que la trayectoria sea una trayectoria en zigzag.

Cabe señalar que las piezas aislantes dispuestas para aumentar la trayectoria de la corriente no están necesariamente relacionadas con el revestimiento cerámico del material conductor de la electricidad; aunque este revestimiento cerámico también se considera aislante de la electricidad, no cambia la longitud de la trayectoria actual entre los conductores conectados al material conductor de la electricidad.

La estructura macroscópica puede tener una pluralidad de canales paralelos, una pluralidad de canales no paralelos y/o una pluralidad de canales laberínticos, donde los canales tienen paredes que definen los canales. De este modo, se pueden usar varias formas diferentes de la estructura macroscópica, siempre que el área superficial del cuerpo estructurado expuesto al gas sea lo más grande posible. En una realización preferida, la estructura macroscópica tiene canales paralelos, dado que tales canales paralelos producen un cuerpo estructurado con una caída de presión muy pequeña. En una realización preferida, los canales longitudinales paralelos están sesgados en la dirección longitudinal de la estructura macroscópica. De esta forma, las moléculas del gas que fluye a través de la estructura macroscópica tenderán principalmente a chocar con una pared dentro de los canales en lugar de simplemente fluir directamente a través de un canal sin entrar en contacto con una pared. La dimensión de los canales debe ser adecuada con el fin de proporcionar una estructura macroscópica con una resistividad suficiente. Por ejemplo, los canales podrían ser cuadráticos (como se observa en la sección transversal perpendicular a los canales) y tener una longitud de lado de los cuadrados de entre 1 y 3 mm; sin embargo, son concebibles los canales que tienen una extensión máxima en la sección transversal de hasta aproximadamente 4 cm. Las paredes pueden, p. ej., tener un espesor de entre 0,2 y 2 mm, tal como de aproximadamente 0,5 mm, y el revestimiento cerámico soportado por las paredes tiene un espesor de entre 10 gm y 500 gm, tal como entre 50 gm y 200 gm, tal como de 100 gm. En otra realización, la estructura macroscópica del cuerpo estructurado es ondulada cruzada.

En general, cuando la estructura macroscópica se extruye o se imprime en 3D, la caída de presión de la entrada a la salida del sistema de calentamiento se puede reducir considerablemente en comparación con un sistema de calentamiento donde el material catalizador está en forma de gránulos.

El área superficial geométrica de la estructura macroscópica puede estar entre 100 y 3.000 m2/m3, tal como entre 500 y 1.100 m2/m3. Normalmente, se elige el material de la estructura macroscópica como material dispuesto para suministrar un flujo de calor de 500 W/m2 a 50.000 W/m2 mediante el calentamiento por resistencia del material. Preferiblemente, el calentamiento por resistencia del material suministra un flujo de calor de entre 5 kW/m2 y 12 kW/m2, por ejemplo, entre 8 kW/m2 y 10 kW/m2. El flujo de calor se da como calor por área superficial geométrica de la superficie expuesta al gas.

El intervalo de temperatura predeterminado del gas que sale de la carcasa de presión/del sistema de calentamiento es el intervalo de 200 a 1300 °C. La temperatura de salida del gas calentado del cuerpo estructurado se mide directamente debajo o en la superficie más aguas abajo del cuerpo estructurado. La tecnología de medición pueden ser termopares (por caída de tensión), detectores de temperatura por resistencia o detección por infrarrojos. El punto de medición puede estar separado del cuerpo estructural e incrustarse en un inerte posterior o estar directamente sobre la superficie con una cobertura superficial aislante.

El cuerpo estructurado dentro de dicho sistema de calentamiento tiene adecuadamente una razón entre el diámetro equivalente del área de una sección transversal horizontal a través del cuerpo estructurado y la altura del cuerpo estructurado en el intervalo de 0,1 a 2,0. El diámetro equivalente del área de la sección transversal a través del sistema de calentamiento se define como el diámetro de un círculo de área equivalente al área de la sección transversal. Cuando la razón entre el diámetro equivalente del área y la altura del cuerpo estructurado esté comprendida entre 0,1 y 2,0, la carcasa de presión que aloja el cuerpo estructurado puede ser relativamente pequeña en comparación con otros sistemas de calentamiento.

Normalmente, el gas fluye a través del sistema de calentamiento en dirección ascendente o descendente, de modo que el gas fluya a través de canales en el cuerpo estructurado a lo largo de la altura del mismo. Cuando el cuerpo estructurado comprende varias o una serie de estructuras macroscópicas, las estructuras macroscópicas individuales dentro de la serie se pueden colocar una al lado de la otra, una encima de la otra o en una combinación de las mismas. Se destaca que, cuando el cuerpo estructurado comprende más de una estructura macroscópica, las dimensiones del cuerpo estructurado son las dimensiones de las más de una estructura macroscópica. Por tanto, como ejemplo, si el cuerpo estructurado comprende dos estructuras macroscópicas, teniendo cada una la alturah,puestas una encima de la otra, la altura del cuerpo estructurado es2h.

El volumen del cuerpo estructurado se elige teniendo en cuenta la temperatura deseada a la salida del sistema de calentamiento en relación con la capacidad de generación de calor del material conductor de la electricidad.

Convenientemente, la altura del sistema de calentamiento está entre 0,5 y 7 m, más preferiblemente entre 0,5 y 3 m. Valores de ejemplo de la altura del sistema de calentamiento es una altura de menos de 5 metros, preferiblemente menos de 2 m o incluso 1 m. Las dimensiones del sistema de calentamiento y del cuerpo estructurado dentro del sistema de calentamiento están correlacionadas; por supuesto, la carcasa de presión y la capa de aislamiento térmico hacen que el sistema de calentamiento sea algo más grande que el propio cuerpo estructurado.

El sistema de calentamiento descrito anteriormente no es un sistema segregado. Como el calor no se transfiere a través de una pared de carga a presión, el riesgo de fallo mecánica no es alto. Esto significa que el arranque es rápido en comparación y, en la práctica, la invención actual se puede iniciar aplicando una tensión determinada y luego el sistema funcionará hacia un equilibrio térmico para alcanzar el estado estacionario sin ninguna intervención adicional del operario.

Un proceso para calentar un gas de alimentación en un sistema de calentamiento descrito en esta memoria;

El proceso comprende las etapas de:

- presurizar dicho gas de alimentación,

- suministrar energía eléctrica a través de conductores eléctricos que conectan un suministro de energía eléctrica situado fuera de dicha carcasa de presión a dicho cuerpo estructurado, permitir que una corriente eléctrica pase a través de dicho material conductor de la electricidad, calentando así al menos parte del cuerpo estructurado,

- calentar el gas de alimentación; y

- sacar el gas calentado del sistema de calentamiento.

Todos los detalles del sistema proporcionado anteriormente son, siempre que sea posible, relevantes para el proceso descrito anteriormente.

En un aspecto, el gas de alimentación se presuriza a una presión entre 2 y 30 bar. El gas de alimentación puede presurizarse a una presión entre 30 y 200 bar. Convenientemente, al menos parte del cuerpo estructurado se calienta a una temperatura de al menos 700 °C, preferiblemente al menos 900 °C, más preferiblemente al menos 1000 °C. La temperatura máxima a la que se calienta el cuerpo estructurado es de aprox. 1400 °C.

Por lo tanto, se proporciona un método para cambiar rápidamente el calentamiento de un gas de alimentación en un sistema de calentamiento como se establece en esta memoria, desde una primera condición de calentamiento en estado estacionario (A) a una segunda condición de calentamiento en estado estacionario (B) o viceversa.

Alcanzar una condición de estado estacionario se define como cuando los parámetros centrales del proceso (como el flujo de alimentación y la temperatura de salida) han alcanzado un valor dentro del ±15 % del valor promedio del proceso para el parámetro de proceso dado durante la hora siguiente.

Una condición de la invención, A o B, implica un estado en el que el sistema se calienta mediante una energía eléctrica equilibrada para calentar la temperatura de salida del gas del cuerpo estructurado a una temperatura entre 300 y 1300 °C a una presión entre 5 barg y 150 barg con una materia prima en un caudal total de 300 Nm3/h a 100000 Nm3/h.

El término "viceversa" se utiliza para indicar que el método se aplica igualmente cuando se cambia de la primera condición de calentamiento (A) a la segunda condición de calentamiento (B) como cuando se cambia de la segunda condición de calentamiento (B) a la primera condición de calentamiento (A). En concreto, un cambio de la condición A a la B se considera completado cuando los valores del proceso del sistema han alcanzado el 85 % de las condiciones de estado estacionario.

El sistema de calentamiento es como se ha descrito anteriormente; es decir, comprende una carcasa de presión que alberga un cuerpo estructurado dispuesto para facilitar el calentamiento de un gas de alimentación, dicho cuerpo estructurado comprende una estructura macroscópica de un material conductor de la electricidad, dicha estructura macroscópica soporta un revestimiento cerámico, y en donde dicho sistema de calentamiento está provisto de aislamiento térmico entre dicho cuerpo estructurado y dicha carcasa de presión. Todos los detalles descritos anteriormente en relación con el sistema de calentamiento son relevantes para la tecnología actual.

El método de este aspecto de la invención comprende las etapas de:

en dicha primera condición de calentamiento en estado estacionario (A):

- suministrar dicho gas de alimentación al sistema de calentamiento en un primer flujo total, y

- suministrar una primera energía eléctrica a través de conductores eléctricos que conectan un suministro de energía eléctrica situado fuera de dicha carcasa de presión a dicho cuerpo estructurado, permitiendo así que una primera corriente eléctrica pase a través de dicho material conductor de la electricidad,

calentando así al menos parte del cuerpo estructurado hasta una primera temperatura a la que dicho gas de alimentación se calienta sobre dicho cuerpo estructurado en dichas primeras condiciones de calentamiento en estado estacionario (A); y dicho primer gas calentado sale del sistema de calentamiento;

y, en dicha segunda condición de calentamiento en estado estacionario (B):

- suministrar dicho gas de alimentación al sistema de calentamiento en un segundo flujo total,

- suministrar una segunda energía eléctrica a través de conductores eléctricos que conectan un suministro de energía eléctrica situado fuera de dicha carcasa de presión a dicho cuerpo estructurado, permitiendo así que una segunda corriente eléctrica pase a través de dicho material conductor de la electricidad,

calentando así al menos parte del cuerpo estructurado a una segunda temperatura; a la que dicho gas de alimentación se calienta sobre dicho cuerpo estructurado en dichas segundas condiciones de calentamiento en estado estacionario (B); y dicho segundo gas calentado sale del sistema de calentamiento.

Para lograr la primera y segunda condiciones de calentamiento en estado estacionario (A) y (B), la segunda energía eléctrica es mayor que dicha primera energía eléctrica; y/o dicho segundo flujo total es mayor que dicho primer flujo total.

En concreto, un aumento en el flujo total aumentará la entrada de gas de alimentación frío, enfriando así el cuerpo estructurado y reduciendo la reactividad de modo que se consiga la segunda condición de calentamiento en estado estacionario (B). Un cambio significativo en el flujo cambiará la energía requerida para el proceso.

Un cambio en el flujo total puede incluir un cambio en el flujo total sin cambio de composición o un cambio en la composición, tal como aumentar el flujo de reciclaje o cambiar parte de la materia prima.

En una realización, la razón entre el flujo total de alimentación de gas en dicha primera condición de calentamiento A y dicha segunda condición de calentamiento B (A:B) es al menos 1:10. En consecuencia, el cambio entre las condiciones A y B permite un aumento o disminución significativa de la producción de gas calentado. Esto es ventajoso cuando la invención se utiliza, p. ej., para almacenamiento de energía donde el exceso de energía eléctrica de la red eléctrica está disponible y de esta manera puede almacenarse como energía química, o viceversa para aumentar la disponibilidad de energía eléctrica en la red cuando se necesita en otro lugar. Adicionalmente, la realización permite utilizar la invención para suministrar grandes cantidades de gas calentado en períodos en los que los procesos posteriores lo exigen, mientras que, de lo contrario, la invención funciona en una condición de espera. Esto resulta ventajoso si no existe una demanda continua del gas calentado.

En otra realización, la temperatura de salida del gas calentado del cuerpo estructurado en la condición de calentamiento B es entre 50 °C y 800 °C mayor, tal como entre 100 °C y 500 °C mayor, preferiblemente entre 150 °C y 400 °C mayor, que la temperatura de salida del gas calentado del cuerpo estructurado en la condición de calentamiento A. Esto permite arrancar rápidamente el sistema de calentamiento desde un estado frío a las condiciones de funcionamiento. Esto es ventajoso en la situación de arranque del sistema, donde el procedimiento de arranque implica etapas que incluyen:

• calentar el equipo de proceso en un gas sin condensación a una temperatura superior al punto de condensación de las condiciones de estado estacionario de la planta a plena capacidad operativa,

• presurizar los componentes del gas de alimentación,

• alimentar los componentes del gas de alimentación al sistema de calentamiento mientras se aplica una primera energía eléctrica,

• cambiar a una temperatura de funcionamiento más alta aplicando una segunda energía eléctrica.

De esta forma, todas los etapas del procedimiento de arranque son relativamente rápidas.

La temperatura de salida del gas calentado del cuerpo estructurado en la condición de calentamiento B normalmente no es más de 50 °C mayor que la temperatura de salida del gas calentado del cuerpo estructurado en la condición de calentamiento A. Esto permite cambiar rápidamente entre las condiciones A y B. De esta manera, la demanda de gas calentado para los procesos posteriores del sistema de calentamiento se puede suministrar fácilmente en diferentes cantidades sin interferir significativamente en el entorno químico de estos.

En una realización, el cambio entre las condiciones de calentamiento A y B incluye un cambio gradual del flujo total de alimentación de gas desde dicho primer flujo total a dicho segundo flujo total y un cambio gradual simultáneo del potencial eléctrico aplicado sobre dicho material conductor de la electricidad de dicha primera a dicha segunda energía eléctrica. De esta forma, la composición del gas calentado puede mantenerse casi constante también durante la etapa de transición. En una realización, los cambios graduales se realizan de tal manera que el flujo aumenta en pequeños etapas mientras se aumenta la energía eléctrica para mantener una temperatura de salida del gas calentado casi constante desde el cuerpo estructurado.

En una realización, el cuerpo estructurado comprende una primera parte dispuesta para generar un primer flujo de calor y una segunda parte dispuesta para generar un segundo flujo de calor, donde el primer flujo de calor es menor que el segundo flujo de calor, y donde la primera parte está aguas arriba de la segunda parte.

En este punto, la expresión "la primera parte está aguas arriba de la segunda parte" pretende denotar, que el gas alimentado al sistema de calentamiento llegue a la primera parte antes de que llegue a la segunda parte. La primera parte y la segunda parte del cuerpo estructurado pueden ser dos estructuras macroscópicas diferentes que soportan el revestimiento cerámico, donde las dos estructuras macroscópicas diferentes pueden disponerse para generar diferentes flujos de calor para una corriente y una tensión eléctricas determinadas. Por ejemplo, la primera parte del cuerpo estructurado puede tener una gran superficie, mientras que la segunda parte del cuerpo estructurado tiene una superficie menor. Esto se puede lograr proporcionando un cuerpo estructurado en la segunda parte que tenga un área de sección transversal más pequeña que el área de sección transversal de la primera parte. De manera alternativa, la trayectoria de la corriente a través de la primera parte del cuerpo estructurado puede ser más recto que la trayectoria de la corriente a través de la segunda parte del cuerpo estructurado, haciendo así que la corriente gire y se enrolle más a través de la segunda parte que a través de la primera parte del cuerpo estructurado, con lo que la corriente genera más calor en la segunda parte del cuerpo estructurado que en la primera parte. Como se ha mencionado anteriormente, las hendiduras o cortes en la estructura macroscópica pueden hacer que la trayectoria actual zigzaguee a través de la estructura macroscópica. Se debería observar, que la primera y la segunda partes del cuerpo estructurado puedan experimentar diferentes corrientes y tensiones eléctricas para poder suministrar diferentes flujos de calor. Sin embargo, los diferentes flujos de calor de la primera y segunda partes también se pueden lograr suministrando la misma corriente y tensión eléctricas a través de/sobre la primera y segunda partes, debido a diferentes propiedades físicas de la primera y segunda partes como se ha indicado anteriormente. En una realización adicional, el cuerpo estructurado comprende una tercera parte dispuesta para generar un tercer flujo de calor, donde el tercer flujo de calor es menor que el primer y/o el segundo flujos de calor, y donde la tercera parte está aguas abajo de la primera y/o la segunda parte.

En una realización, el sistema de calentamiento comprende además un sistema de control dispuesto para controlar el suministro de energía eléctrica para garantizar que la temperatura del gas que sale de la carcasa de presión se encuentre en un intervalo predeterminado. El control del suministro de energía eléctrica es el control de la salida eléctrica del suministro de energía. El control del suministro de energía eléctrica puede realizarse, p. ej., como control de la tensión y/o corriente del suministro eléctrico, como un control de si el suministro de energía eléctrica está encendido o apagado o como una combinación de los mismos. La energía suministrada al cuerpo estructurado puede ser en forma de corriente alterna o corriente continua.

Según una realización, un controlador proporcional-integral-derivado (PID) controla el potencial eléctrico basándose en la lectura de retroalimentación del valor del proceso de la temperatura de salida del gas calentado del cuerpo estructurado.

El método descrito en esta memoria permite un cambio rápido entre las condiciones A y B. Adecuadamente, por lo tanto, el cambio entre las condiciones de calentamiento A y B se realiza en un período inferior a 3 horas, tal como inferior a 2 horas, tal como inferior a 60 min, preferiblemente inferior a 30 min, e incluso más preferiblemente inferior a 15 min.

En una realización, el cambio entre las condiciones de calentamiento A y B implica suministrar una segunda energía eléctrica al cuerpo estructurado. Esto ocurre adecuadamente mientras se mantiene el flujo total esencialmente constante.

En un aspecto, el cambio entre las condiciones de calentamiento A y B comprende un estado de transición entre dichas condiciones de calentamiento A y B; comprendiendo dicho estado de transición un primer período en el que se desconecta la energía eléctrica, seguido de un segundo período en el que dicha segunda energía eléctrica de la condición B se suministra al cuerpo estructurado. Esto permite un establecimiento más rápido de un estado estacionario.

En un aspecto, el cambio entre las condiciones de calentamiento A y B comprende un estado de transición entre dichas condiciones de calentamiento A y B; comprendiendo dicho estado de transición un primer período en el que se suministra una tercera energía eléctrica al cuerpo estructurado, seguido de un segundo período en el que dicha segunda energía eléctrica de la condición B se suministra al cuerpo estructurado, siendo dicha tercera energía eléctrica mayor que la segunda energía eléctrica. Esto permite un establecimiento más rápido de un estado estacionario.

El proceso puede comprender etapas adicionales realizadas sobre el gas producto, tales como purificación, presurización, calentamiento adicional, enfriamiento, etc. para proporcionar el gas calentado final para una aplicación aguas abajo del sistema de calentamiento de esta invención.

Cabe señalar que el gas de alimentación puede comprender gases de alimentación individuales y que la etapa de presurizar el gas de alimentación puede comprender presurizar individualmente gases de alimentación individuales. Además, cabe señalar que el orden en que se escriben los etapas del proceso no es necesariamente el orden en que se llevan a cabo los etapas del proceso, en tanto que dos o más etapas pueden tener lugar simultáneamente, o el orden puede ser diferente al indicado anteriormente.

En una realización, el proceso comprende la etapa de presurizar el gas aguas arriba de la carcasa de presión a una presión de hasta al menos 2 bar. La presión de funcionamiento elegida se define mediante la integración del calentamiento en los etapas del proceso circundantes.

En una realización del proceso según la invención, la temperatura del gas de alimentación introducido en el sistema de calentamiento está entre 100 °C y 700 °C, preferiblemente entre 100 y 300 °C. Sin embargo, en todas las realizaciones, la temperatura y la presión del gas de alimentación se ajustan para garantizar que el gas de alimentación esté por encima del punto de rocío.

En otra realización del proceso de la invención, el cuerpo estructurado se calienta de modo que la temperatura máxima del cuerpo estructurado se encuentre entre 200 °C y 1300 °C. La temperatura máxima del cuerpo estructurado depende del material del material conductor de la electricidad; por tanto, si el material conductor de la electricidad es una aleación de FeCr, que se funde a una temperatura de entre 1380 °C y 1490 °C (dependiendo de la aleación real), la temperatura máxima debe estar algo por debajo del punto de fusión, tal como a aproximadamente 1300 °C si el punto de fusión del material conductor de la electricidad es a aproximadamente 1400 °C, ya que el material se volverá blando y dúctil al acercarse al punto de fusión. La temperatura máxima puede verse limitada además por la durabilidad del revestimiento.

El revestimiento cerámico puede ser de Al2O3, ZrO<2>, MgAl2O3, CaAbO3, o una combinación de los mismos y potencialmente mezclados con óxidos de Y, Ti, La o Ce. La temperatura máxima del sistema de calentamiento puede estar entre 850 y 1300 °C. La presión del gas de alimentación puede ser de 2 a 180 bar, preferiblemente aproximadamente 35 bar. En una realización dicha estructura macroscópica está hecha de una aleación de Fe Cr Al, soportando un revestimiento cerámico de una mezcla de ZrO<2>y AbO3.

Descripción detallada de las figuras

A lo largo de las Figuras, números de referencia similares denotan elementos similares.

La Figura 1 a muestra una sección transversal a través de una realización de un sistema de calentamiento 100 según la invención. El sistema de calentamiento 100 comprende un cuerpo estructurado 10, dispuesto como una serie de estructuras macroscópicas 5. Cada estructura macroscópica 5 de la serie está revestida con un revestimiento cerámico. El sistema de calentamiento 100 comprende además conductores 40, 40' conectados a una fuente de alimentación (no mostrada en las Figuras) y al cuerpo estructurado 10, es decir, el conjunto de estructuras macroscópicas. Los conductores 40, 40' son conducidos a través de la pared de una carcasa de presión 20 que aloja el cuerpo estructurado y a través de material aislante 30 en el lado interior de la carcasa de presión, mediante los acoplamientos 50. Los conductores 40' están conectados al conjunto de estructuras macroscópicas 5 mediante carriles de contacto de conductores 41.

En una realización, la fuente de alimentación eléctrica suministra una tensión de 26V y una corriente de 1200A. En otra realización, la fuente de alimentación eléctrica suministra una tensión de 5V y una corriente de 240A. La corriente se conduce a través de conductores eléctricos 40, 40' hasta los carriles de contacto conductores 41 y la corriente circula a través del cuerpo estructurado 10 desde un carril de contacto conductor 41, p. ej., desde el carril de contacto conductor visto a la izquierda en la Figura 1 a, al otro carril de contacto conductor 41, p. ej., el carril de contacto del conductor visto a la derecha en la Figura 1a. La corriente puede ser tanto corriente alterna y, p. ej., circular en alternancia en ambos sentidos, como corriente continua y circular en cualquiera de los dos sentidos.

Las estructuras macroscópicas 5 están hechas de material conductor de la electricidad. Se prefiere especialmente la aleación kanthal que consiste en aluminio, hierro y cromo. El revestimiento cerámico, es, p. ej., un óxido, revestido sobre el cuerpo estructurado 5. Los conductores 40, 40' están fabricados de materiales tales como hierro, aluminio, níquel, cobre o aleaciones de los mismos.

Durante el funcionamiento, un gas de alimentación entra al sistema de calentamiento 100 desde arriba como lo indica la flecha 11. El gas calentado sale del sistema de calentamiento por la parte inferior del mismo como lo indica la flecha 12.

La Figura 1 b muestra el sistema de calentamiento 100 de la Figura 1 a con una parte de la carcasa de presión 20 y la capa de aislamiento térmico 30 eliminadas y la Figura 2 es una vista ampliada de una parte del sistema de calentamiento 100. En las Figuras 1b y 2 las conexiones entre los conductores 40' y los carriles de contacto del conductor 41 se muestran más claramente que en la Figura 1 a. Además, se ve que los conductores 40 son conducidos a través de las paredes de la carcasa de presión a un acoplamiento 50 y que el conductor 40 está dividido en tres conductores 40' dentro de la carcasa de presión. Se debería observar, que el número de conductores 40' puede ser cualquier número apropiado, como por ejemplo menor que tres o incluso mayor que tres.

En el sistema de calentamiento que se muestra en las Figuras 1a, 1b y 2, los conductores 40, 40' son conducidos a través de la pared de una carcasa de presión 20 que aloja el cuerpo estructurado y a través de material aislante 30 en el lado interior de la carcasa de presión, mediante los acoplamientos 50. El gas de alimentación se introduce en el sistema de calentamiento 100 a través de una entrada en el lado superior del sistema de calentamiento 100 como se muestra con la flecha 11, y el gas calentado sale del sistema de calentamiento 100 a través de una salida en la parte inferior del sistema de calentamiento 100 como se muestra con la flecha 12.

En el sistema de calentamiento 100 mostrado en las Figuras 1a a 2, ventajosamente está presente material inerte (no mostrado en las Figuras 1a-2) entre el lado inferior del cuerpo estructurado 10 y el fondo de la carcasa de presión. Además, ventajosamente, está presente un material inerte entre los lados exteriores del cuerpo estructurado 10 de las estructuras macroscópicas 5 y el material aislante 30. Por tanto, un lado del material aislante 30 está orientado hacia el lado interior de la carcasa de presión 20 y el otro lado del material aislante 30 está orientado hacia el material inerte. El material inerte es, p. ej., material cerámico y puede estar en forma de gránulos. El material inerte ayuda a controlar la caída de presión a través del sistema de calentamiento 100 y a controlar el flujo del gas a través del sistema de calentamiento 100, de modo que el gas fluya sobre las superficies del cuerpo estructurado 10.

Las Figuras 3 y 4 muestran una realización de un cuerpo estructurado que comprende una serie de estructuras macroscópicas vistas desde arriba y desde un lado, respectivamente. La Figura 3 muestra un cuerpo estructurado 10 que comprende una serie de estructuras macroscópicas 5 vista desde arriba, es decir, como se ve desde la flecha 11 en las Figuras 1a y 1b. La serie tiene 6 filas, es decir, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e y 1f, de cinco estructuras macroscópicas 5. Las estructuras macroscópicas 5 en cada fila están conectadas a su(s) estructura(s) macroscópica(s) vecina(s) en la misma fila y las dos estructuras macroscópicas más externas en cada fila están conectadas a un carril de contacto conductor 41. Las estructuras macroscópicas 5 vecinas en una fila de estructuras macroscópicas están conectadas entre sí por medio de una pieza de conexión 3.

La Figura 4 muestra el cuerpo estructurado 10 que tiene una serie de estructuras macroscópicas 5 de la Figura 3 vistas desde un lado. De la Figura 4, se puede observar que cada estructura macroscópica 5 se extiende longitudinalmente perpendicular a la sección transversal vista en la Figura 3. Cada estructura macroscópica 5 tiene una hendidura 60 cortada a lo largo de su dirección longitudinal (véase la Figura 4). Por lo tanto, cuando se energiza por la fuente de energía, la corriente entra en el conjunto de estructuras macroscópicas 5 a través de un carril de contacto conductor 41, es conducida a través de la primera estructura macroscópica 5 hacia abajo hasta el límite inferior de la hendidura 60 y posteriormente es conducida hacia arriba hacia una pieza de conexión 3. La corriente es conducida a través de una trayectoria en zigzag correspondiente, hacia abajo y hacia arriba, a través de cada estructura macroscópica 5 en cada fila 1a-1f de estructuras macroscópicas 5 en la serie 10. Esta configuración aumenta ventajosamente la resistencia sobre el cuerpo estructurado 10.

La Figura 5 muestra un cuerpo estructurado 10 según la invención en una vista en perspectiva. El cuerpo estructurado 10 comprende una estructura macroscópica que está revestida con un revestimiento cerámico. Dentro del cuerpo estructurado hay canales 70 que se extienden a lo largo de la dirección longitudinal (mostrada por la flecha que indica "h" en la Figura 5) de la estructura macroscópica 5; los canales están definidos por las paredes 75. En la realización mostrada en la Figura 5, las paredes 75 definen una serie de líneas paralelas, canales cuadrados 70 cuando se ve desde la dirección del flujo como lo indica la flecha 12. El cuerpo estructurado 10 tiene un perímetro sustancialmente cuadrado visto desde arriba, definido por las longitudes de los bordes e1 y e2. Sin embargo, el perímetro también podría ser circular o tener otra forma.

Las paredes 75 del cuerpo estructurado 10 son de material extruido o impreso en 3D revestido con un revestimiento cerámico, p. ej., un óxido, que se ha revestido sobre la estructura macroscópica. En las Figuras, el revestimiento cerámico no se muestra. El revestimiento cerámico está presente en cada pared dentro del cuerpo estructurado 10 sobre el cual fluye el flujo de gas durante la operación e interactúa con la superficie calentada de la estructura.

En el cuerpo estructurado 10 mostrado en la Figura 5 se ha cortado una hendidura 60 en el cuerpo estructurado 10. Esta hendidura 60 fuerza a una corriente a tomar una ruta en zigzag, en este caso hacia abajo y posteriormente hacia arriba, dentro de la estructura macroscópica aumentando así la trayectoria de la corriente y, por tanto, la resistencia y, en consecuencia, el calor disipado dentro de la estructura macroscópica. La hendidura 60 dentro de la estructura macroscópica puede estar provista de material aislante incrustado para garantizar que no fluya corriente en la dirección transversal de la hendidura 60.

Los canales 70 en el cuerpo estructurado 10 están abiertos en ambos extremos. Durante el uso del cuerpo estructurado en un sistema de calentamiento, un gas de alimentación fluye a través de la unidad, en la dirección mostrada por las flechas 11 y 12 en las Figuras 1a y 1b, y se calienta mediante el contacto con las paredes 75 de los canales 70 y por radiación de calor. Las paredes 75 de los canales 70 pueden tener, p. ej., un espesor de 0,5 mm, y el revestimiento cerámico aplicado sobre las paredes 75 puede tener, p. ej., un espesor de 0,1 mm. Aunque las flechas 11 y 12 (véanse las Figuras 1a y 1b) indican que el flujo del gas de alimentación es descendente, la dirección opuesta del flujo, es decir, un flujo ascendente, también es concebible.

La Figura 6 muestra el cuerpo estructurado 10 de las Figuras 1a y 1b en una vista en perspectiva y con los conectores 7 unidos. Cada uno de los conectores 7 conecta una parte del cuerpo estructurado 10 a un conductor 40. Ambos conductores 40 están conectados a una fuente de alimentación (no mostrada). Cada uno de los conectores 7 está conectado a una parte superior del cuerpo estructurado. Cuando los conductores 40 están conectados a una fuente de alimentación, se conduce una corriente eléctrica a través del conductor al conector 7 correspondiente y recorre el cuerpo estructurado 10. La hendidura 60 impide el flujo de corriente en dirección transversal (dirección horizontal de la Figura 6) en toda su longitud a lo largo de la altura h del cuerpo estructurado 10. Por lo tanto, la corriente corre en dirección hacia abajo como se ve en la Figura 6 en la parte del cuerpo estructurado a lo largo de la hendidura 60, posteriormente circula transversalmente a la dirección longitudinal debajo de la hendidura 60 como se ve en la Figura 6 y finalmente la corriente corre hacia arriba en la dirección longitudinal del cuerpo estructurado hasta el otro conector 7. Los conectores 7 de la Figura 6 se sujetan mecánicamente al cuerpo estructurado mediante, entre otros, medios de fijación mecánicos tales como tornillos y pernos. Sin embargo, son concebibles medios de fijación adicionales o alternativos. En una realización, la fuente de alimentación eléctrica genera una tensión de 3V y una corriente de 400 A. Los conectores 7 se fabrican, p. ej., de materiales como hierro, aluminio, níquel, cobre o aleaciones de los mismos.

Como se ha mencionado, el cuerpo estructurado 10 puede estar revestido con un revestimiento cerámico, tal como un óxido. Sin embargo, las partes del cuerpo estructurado 10, que están conectadas a los conectores 7, no deben revestirse con óxido. Más bien, la estructura macroscópica del cuerpo estructurado debe quedar expuesta o conectada directamente a los conectores 7 para obtener una buena conexión eléctrica entre la estructura macroscópica y el conector.

Cuando los conectores 7 y, por tanto, los conductores 40 están conectados al mismo extremo del cuerpo estructurado 10, es decir, al extremo superior como se ve en la Figura 6, el gas de alimentación que entra en un sistema de calentamiento que aloja el cuerpo estructurado 10 podría enfriar los conectores 7 y los conductores 40. Por ejemplo, el gas de alimentación que entra en dicho sistema de calentamiento podría tener una temperatura de 200 °C o 400 °C y, por lo tanto, evitaría que los conectores 7 y los conductores 40 alcancen temperaturas mucho más altas que esta temperatura.

La Figura 7 muestra otra realización de un cuerpo estructurado 10"" con conectores 7"'. El cuerpo estructurado 10"' es, p. ej., el cuerpo estructurado como se muestra en la Figura 6. Cada uno de los conectores 7"' tiene tres orificios en su lado superior para la conexión a conductores (no mostrados). Una pieza de material aislante de la electricidad 61 está dentro de la hendidura 60 (véase Figura 5) del cuerpo estructurado 10'".

Se debería observar, que aunque los cuerpos estructurados mostrados en las figuras se muestran con canales con una sección transversal cuadrada, visto perpendicular al eje z, es concebible cualquier forma adecuada de las secciones transversales de los canales. Por tanto, los canales del cuerpo estructurado podrían ser, alternativamente, p. ej., triangulares, hexagonales, octogonales o circulares, prefiriéndose las formas triangulares, cuadradas y hexagonales.

La Figura 8 muestra una realización del proceso donde se proporciona una materia prima mezclando gas de síntesis de un reactor de reformado con materia prima de CO<2>, donde el CO<2>se calienta en un sistema de calentamiento 100 según la invención. El CO<2>calentado se mezcla con el gas de síntesis antes o en un post-convertidor adiabático 150. Esto produce un gas producto más rico en CO que dicho primer gas producto.

La Figura 9 muestra datos experimentales de un experimento que utiliza una realización del sistema de calentamiento según la invención. Usando un monolito similar a la Figura 5 con una longitud de 12 cm y una longitud de borde exterior de 3 cm multiplicado por 3 cm como cuerpo estructurado, la temperatura de una materia prima de CO<2>puro a un caudal de 50 Nl/h y aproximadamente 5 barg se elevó desde una temperatura de entrada de aproximadamente 150 °C hasta la temperatura presentada en la Figura 9 en función de la potencia de entrada. La potencia de entrada se muestra como la energía transferida al sistema en relación con el área superficial del monolito, que se muestra como flujo de calor en el eje x de la figura. Como lo muestran los datos, en el experimento se alcanzaron temperaturas de funcionamiento muy altas, que ilustran las capacidades de alta temperatura de la invención.

La Figura 10 muestra datos experimentales de un experimento similar al experimento de la Figura 9.

La Figura 10 muestra otra serie de datos con calentamiento de CO<2>a 2,5 barg y un mayor aporte de calor para alcanzar temperaturas superiores a 1000 °C.

La Figura 11 muestra datos experimentales de un experimento que utiliza una realización del sistema de calentamiento según la invención. Usando un monolito similar a la Figura 5 con una longitud de 12 cm y una longitud de borde exterior de 3 cm multiplicado por 3 cm como cuerpo estructurado, la temperatura de una materia prima de N<2>puro a un caudal de 250 Nl/h y 3,2 barg se elevó desde una temperatura de entrada de aproximadamente 150 °C hasta la temperatura presentada en la Figura 11 en función de la potencia de entrada. Como lo muestran los datos, en el experimento se alcanzaron temperaturas de funcionamiento muy altas, superiores a 1000 °C, que ilustran las capacidades de alta temperatura de la invención.

Ejemplos

Ejemplo comparativo 1

Como ejemplo comparativo, se considera un caso para el ajuste del módulo de gas de síntesis utilizando en primer lugar un sistema de calentamiento tradicional para precalentamiento de CO<2>, como p. ej. un intercambiador de calor de tubos situado en un calentador encendido de una planta química que proporciona una temperatura típica de precalentamiento del gas de proceso de 650 °C. La Tabla 1 muestra la composición del gas de síntesis, que en este caso se produce en un reformador tubular. En paralelo una alimentación de CO<2>se precalienta en un intercambiador de calor de tubos a 650 °C. Luego, estas corrientes se mezclan y se envían a un APOC donde se llevan a cabo reacciones de metanación/reformado con vapor y desplazamiento de gas de agua durante una reacción adiabática para producir un gas de síntesis rico en CO, en el caso dado, aumentando el rendimiento de CO en un 36 % a partir de una materia prima fija.

Tabla 1

E emplo comparativo 2

En comparación con el ejemplo comparativo 1, el precalentamiento de CO<2>se puede realizar según el sistema de calentamiento de la invención para alcanzar una temperatura más alta. Utilizando la misma composición y cantidades de gas de síntesis y CO<2>que en la Tabla 1, pero en lugar de ello precalentando el CO<2>a 1070 °C, se consigue el proceso según la Tabla 2. Mezclar y enviar el CO<2>y el gas de síntesis a un APOC donde tienen lugar reacciones de metanación/reformado con vapor y desplazamiento de gas de agua durante una reacción adiabática produce un gas de síntesis rico en CO. En este caso, el rendimiento de CO aumenta en un 50 % a partir de una materia prima fija, a diferencia del 36 % en la Tabla 1. Asimismo, el deslizamiento de CH<4>se reduce de 689 Nm3/h en la Tabla 1 a 548 en la Tabla 2.

Tabla 2

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de calentamiento para calentar un gas de alimentación, comprendiendo dicho sistema de calentamiento:

- un suministro de gas de alimentación;

- al menos dos conductores conectados eléctricamente a dicho cuerpo estructurado y a una fuente de alimentación eléctrica situada fuera de dicha carcasa de presión, en donde dicha fuente de alimentación eléctrica está dimensionada para calentar al menos una parte de dicho cuerpo estructurado hasta una temperatura de al menos 400 °C haciendo pasar una corriente eléctrica a través de dicha estructura macroscópica, en donde dichos al menos dos conductores están conectados al cuerpo estructurado en una posición en el cuerpo estructurado más cercana a dicho primer extremo de dicho cuerpo estructurado que a dicho segundo extremo de dicho cuerpo estructurado, y en donde el cuerpo estructurado está construido para dirigir una corriente eléctrica ir desde un conductor sustancialmente hasta el segundo extremo del cuerpo estructurado y regresar al segundo de dichos al menos dos conductores; y,

- una salida para gas calentado.

2. El sistema de calentamiento según la reivindicación 1, en donde dicho suministro de energía eléctrica está dimensionado para calentar al menos parte de dicho cuerpo estructurado a una temperatura de al menos 700 °C, preferiblemente al menos 900 °C, más preferiblemente al menos 1000 °C.

3. El sistema de calentamiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el gas de alimentación se selecciona del grupo que consiste en N<2>, H<2>, CO<2>, CH<4>, H<2>O, O<2>y una mezcla de los mismos.

4. El sistema de calentamiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde dicha estructura macroscópica soporta un revestimiento cerámico.

5. El sistema de calentamiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la resistividad del material conductor de la electricidad está entre 10-5 ü m y 10-7 ü m .

6. El sistema de calentamiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde dichos al menos dos conductores son conducidos a través de la carcasa de presión a un acoplamiento de modo que los al menos dos conductores estén eléctricamente aislados de la carcasa de presión.

7. El sistema de calentamiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde se elige el material de la estructura macroscópica como un material dispuesto para generar un flujo de calor de 500 a 50.000 W/m2 mediante el calentamiento por resistencia del material.

8. El sistema de calentamiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el cuerpo estructurado dentro de dicho sistema de calentamiento tiene una razón entre el diámetro equivalente del área de una sección transversal horizontal a través del cuerpo estructurado y la altura del cuerpo estructurado en el intervalo de 0,1 a 2,0.

9. Un proceso para calentar un gas de alimentación en un sistema de calentamiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes; comprendiendo dicho proceso las etapas de:

- presurizar dicho gas de alimentación,

- calentar el gas de alimentación sobre el cuerpo estructurado y

- sacar un gas calentado del sistema de calentamiento.

10. El proceso según la reivindicación 9, en donde al menos parte del cuerpo estructurado se calienta a una temperatura de al menos 700 °C, preferiblemente al menos 900 °C, más preferiblemente al menos 1000 °C.

11. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 9-10, en donde el gas calentado del sistema de calentamiento es CO<2>sustancialmente puro y se suministra a un post-convertidor adiabático junto con un gas de síntesis; y en dicho post-convertidor adiabático, el gas calentado reacciona con el gas de síntesis para proporcionar así un segundo gas producto, siendo dicho segundo gas producto una corriente de gas de síntesis rica en CO.

12. Un método para calentar una materia prima en un sistema de calentamiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1-8, desde una primera condición de calentamiento en estado estacionario (A) a una segunda condición de calentamiento en estado estacionario (B) o viceversa; comprendiendo dicho método las etapas de: en dicha primera condición de calentamiento en estado estacionario (A):

- suministrar dicha materia prima al sistema de calentamiento en un primer flujo total, y

- suministrar una primera energía eléctrica a través de conductores eléctricos que conectan un suministro de energía eléctrica situado fuera de dicha carcasa de presión a dicho cuerpo estructurado, permitiendo así que una primera corriente eléctrica pase a través de dicho material conductor de la electricidad, calentando así al menos parte del cuerpo estructurado hasta una primera temperatura a la que dicha materia prima se calienta sobre dicho cuerpo estructurado en dichas primeras condiciones de calentamiento en estado estacionario (A); y dicho primer gas calentado sale del sistema de calentamiento;

y, en dicha segunda condición de calentamiento en estado estacionario (B):

- suministrar dicha materia prima al sistema de calentamiento en un segundo flujo total,

- suministrar una segunda energía eléctrica a través de conductores eléctricos que conectan un suministro de energía eléctrica situado fuera de dicha carcasa de presión a dicho cuerpo estructurado, permitiendo así que una segunda corriente eléctrica pase a través de dicho material conductor de la electricidad, calentando así al menos parte del cuerpo estructurado a una segunda temperatura; a la que dicha materia prima se calienta sobre dicho cuerpo estructurado en dichas segundas condiciones de calentamiento en estado estacionario (B); y dicho segundo gas calentado sale del sistema de calentamiento;

en donde dicha segunda energía eléctrica es mayor que dicha primera energía eléctrica; y/o dicho segundo flujo total es mayor que dicho primer flujo total.

13. El método según la reivindicación 12, en donde la razón entre el flujo total de alimentación de gas en dicha primera condición de calentamiento A y dicha segunda condición de calentamiento B (A:B) es al menos 1:10.

14. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 12-13, en donde la temperatura de salida del gas calentado del cuerpo estructurado en la condición de calentamiento B es entre 50 °C y 600 °C mayor, tal como entre 100 °C y 500 °C mayor, preferiblemente entre 150 °C y 400 °C mayor que la temperatura de salida del gas calentado del catalizador estructurado en la condición de calentamiento A.